CN102304910A - 防波堤工程中护面块体的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防波堤工程中护面块体的施工方法，包括施工准备、工程测量、护坡块石的抛填和护面块体的安装灯步骤。本发明采用先进的RTK-GPS动态测量技术对护面块体进行精确定位安装，其优点如下：本发明的防波堤工程中护面块体的施工方法定位精确，克服了单个GPS接收机定位误差较大，满足不了施工要求的缺点；采用的RTK-GPS技术可以保证护面块体的安装密度，并且节省作业时间；本发明的精确控制护面块体安装的方法不但方便快捷、精度高，而且可以实现在恶劣的自然条件下全天候作业，数据采集和成果提交实现了高效自动化，能有效加快施工进度。
Description
技术领域
本发明属于水利工程中的防波堤施工领域，涉及一种防波堤工程中护面块体的施工方法。
背景技术
防波堤一般所处环境波高浪大，自然条件恶劣，大部分工程在水下施工。当防波堤采用扭王字块等块体作为护面块体时，其安装难度较大，不能在恶劣的气候条件下全天候作业，影响施工进度。并且如果采用常规的测量方法难以满足施工精度需要。
因此，有必要发明一种采用动态量测定位技术的方法以高效自动化的优势满足外海定位测量的需要，实现在恶劣的自然条件下全天候作业，保证护面块体的安装密度，同时有效地加快施工进度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种防波堤工程中护面块体的施工方法，该防波堤工程中护面块体的施工方法施工精度高、自动化程度高。
本发明的技术解决方案如下：
一种防波堤工程中护面块体的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：护坡块石的抛填：
包括水面以上部位的抛填和水面以下部分的抛填；
水面以上部位的抛填采用基于标高控制的方法进行；(可采用全站仪、经纬仪、水准仪等常规方法测量。)
水面以下部分的抛填按照网格法的要求进行，并及时采用RTK-GPS与超声波自动测深系统检测抛放是否合格；
步骤2：护面块体的安装；
a、安装参数计算及安装网格图绘制：将块体在斜坡上的安装间距换算成水平投影面的安装控制参数，然后根据该安装控制参数绘制出块体的安装网格图；
【间距×排距＝设计面积/设计密度。
其中安放网格水平方向的间距为A，安放网格排距为B；
A＝1.15H时，B＝0.57H，或A＝0.57H时，B＝1.15H，H为块体型高；
单元面积S＝0.656H2；
单层块体的安放密度E＝0.9H。
以平海电厂防波堤为例：已知：18t扭王字块每100m2设计安放个数为17.2(个)，18t扭王字块型高H＝2.97m。
则：单元面积S＝1/安放密度，18t扭王字块安装单元面积S＝1/17.2＝5.81m2。
故：设置安放网格水平方向的间距A＝3.41m；安放网格排距B＝1.705m。】
b、安装分区与安装平面图绘制：将安装区域分为起始区、标准区和特殊区，形成安装平面图；
起始区为三角形，为护面块体最初安装的区域，按照从底到高、每层减少一块的原则呈三角形安装；
标准区为菱形，紧靠起始三角形的一条边依次进行安装，
特殊区指非直线堤段或过渡段；
c、采用RTK-GPS定位安装护面块体：护面块体安装采用RTK-GPS定位，安装顺序从起始区开始，向上安装；然后沿起始三角形的两边为起点，从下向上安装标准区块体，GPS移动站圆形天线安装在吊车扒杆的顶部，与吊装的钢丝绳在同一垂线上，即GPS天线的平面位置即为吊车所吊的护面块体的平面位置，GPS天线的平面坐标通过传输线传到吊车驾驶室，吊车司机根据GPS天线的平面坐标以及安装平面图将所吊的护面块体移到与设计位置相重合的位置，依次安装各护面块体，直至完成所有护面块体的安装。
采用以下工程测量同步配合施工进行：
A：水面以下部位及边坡抛石测量：包括水下地形、断面测量和防波堤施工测量；
(1)水下地形测量：将GPS流动站和测深仪安装在测量船上，采取按预设网格定距打点方式采集数据，测量船沿测区预测一遍，获得水下地形资料；
(2)断面测量：
采用双频RTK-GPS(实时动态差分GPS)与数字化自动测深系统相结合测量防波堤所在区域海床原始地形及防波堤填筑期间的水下断面；
(3)防波堤施工测量：基于前述的断面测量，按照抛石前测量-抛石-抛石后复测的程序，完成防波堤水下填筑和成型施工的测量控制；
B：水面以上部位测量：包括控制点平面测量和高程测量(包括由业主提供的控制点，进行防波堤测量，并通过GPS基准站布置和潮位观测站实施平面测量和高程测量)；
C.根据已测取的水下地形图和断面图生成三维立体图：
利用水深测量软件设计航迹线，由GPS引导测量船，将测得的测深点坐标及水深数据生成三维立体图，以便动态直观地反映水下地形或防波堤的填筑状态；
3.根据权利要求2所述的防波堤工程中护面块体的施工方法，其特征在于，
水面以下部分的抛填按照网格法的要求进行，具体方法如下：
a、抛放网格及抛填量的确定：首先将抛理的边坡或坡脚区域分成若干个抛填单元网格，【网格大小暂定为2.0m×2.0m～2.5m×2.5m(可通过开始抛放时的典型试验来确定和调整其大小)】，根据RTK-GPS的断面测量结果，将实测数据进行处理，绘制断面图或三维立体图像，同时将防波堤设计断面制成数据模板，将实测断面迭加到设计断面上进行比较，形成抛石断面成型状态图，并根据网格的大小与高程计算出每个网格内需要的抛石料数量，并填入各网格内，即绘制成护坡抛石施工控制网格图；
块石抛填施工时，根据护坡抛石施工控制网格图定点定量抛填。
b、吊车定位：在吊车上安装的GPS接收机，将GPS实时测得的GPS坐标映射到护坡抛石施工控制网格图上；
c、定点定量抛石：利用吊机抓斗按各抛填网格计算需要的石料数量，均匀抛填到位；抛放过程中每抛完一排网格就及时用RTK-GPS与超声波自动测深系统检测抛放情况，若有超欠则及时用抓斗进行抓补处理，直至合格后才移至下一排网格继续抛放。
4.根据权利要求3所述的防波堤工程中护面块体的施工方法，其特征在于，控制点平面测量使用Leica生产的TC2002全站仪，【该仪器性能优良，测量精度高，测角0.5″，测距为±(1mm+1PPm×D)】，高程测量使用Leica生产的NA2精密水准仪，配二把3m玻璃钢双面水准尺，按《水运工程测量规范》三等水准技术要求进行施测，若已知高程控制点多于两个，则将控制点布设成一条闭合水准路线或附合水准路线，采取往返观测。
5.根据权利要求1-4任一项所述的防波堤工程中护面块体的施工方法，其特征在于，所述的护面块体为扭王字块、扭工字块或四脚空心方块。
有益效果：
本发明的防波堤工程中护面块体的施工方法，施工方法定位精确，克服了单个GPS接收机定位误差较大，满足不了施工要求的缺点，采用的RTK-GPS技术可以保证护面块体的安装密度，并且节省作业时间。实验证明，本发明的精确控制护面块体安装的方法不但方便快捷、精度高，而且可以实现在恶劣的自然条件下全天候作业，数据采集和成果提交实现了高效自动化，能有效加快施工进度。
附图说明
图1是RTK-GPS水下地形测量原理图；
图2-1是预制块安装网格示意图；
图2-2是预制块安装示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
如图1到图2所示，本发明的优选实施例公开了一种防波堤护面块体的精确安装方法，具体包括如下4个步骤：(1)施工准备，(2)工程测量，(3)护坡块石的抛填，(4)护面块体的安装。
本发明四个步骤具体的内容如下：
(1)施工准备
a：测量设备的配置：所述的测量设备主要包括：HD-8900双频RTK接收机一套、笔记本电脑一台、中海达HyNav海洋测量软件一套(以上软件均可购买)。
b：设置GPS基准站：在施工区域地势较高，现场开阔的地方设置GPS基准站，保证现场内障碍物的仰角应小于10°。通过与控制点进行联测，确定基准站点的坐标和坐标转换参数。在基准站配置GPS设备一套(另备用一套)为各流动站提供差分信息。
c：实时获取潮位信息：在施工区域内设立潮位观测站，并由专人观测潮位变化，观测员每隔10分钟或潮位变化10cm，用对讲机通报各施工点，为水下块石抛填，水下地形和断面测量等提供潮位信息。
(2)工程测量
工程测量主要包括水下地形、护坡块石抛填及护面块体安装等相关施工测量以及水上部位的测量，以便生成能直观地反映水下地形或防波堤的填筑状态水下地形图、断面图和三维立体图，为护面块体的安装提供依据。
a：水面以下部位及边坡抛石测量：水下部位及边坡抛石测量包括水下地形、断面测量、护坡块石抛填控制及护面预制块体安装相关施工测量。
工程测量过程中，在各施工点上(如测水下地形图的测量船上、安装护面块的吊车扒杆顶上等)的用户接收机(移动站)进行测量时，在接收四颗以上的卫星信号的同时，并根据基准站已知的精密坐标，计算出基准站精密坐标与GPS-卫星所测定的坐标改正值，并由基准站实时将这一改正值发送出去。按预设网格(监测网格按2.0m×2.0m设置为宜)进行水下地形测量，将GPS流动站，测深仪、电脑等设备安装在测量船上，采取定距打点方式采集数据，测量船沿测区预测一遍，获得水下地形资料。
防波堤所在区域海床原始地形及防波堤填筑期间的水下断面测量采用双频RTK-GPS与数字化自动测深系统(KNUDSEN 320M型数字测深仪和TSS DMS2-05型三维涌浪滤波器相结合进行测量。即平面坐标使用GPS确定，该坐标位置的水深由测深仪同步测量，潮位由潮位观测站提供。
防波堤施工测量(护坡块石抛填控制及护面预制块体安装)主要使用所测量得到的断面图。按照抛石前测量——抛石——抛石后复测的程序，完成防波堤水下填筑和成型施工的测量控制。
b：水面以上部位测量：水面以上部位测量主要包括控制点平面测量和高程测量。测量前需对业主提供的控制点进行复核，做好测量控制网布设。控制点平面测量使用Leica生产的TC2002全站仪。高程测量使用精密水准仪，配2把3m玻璃钢双面水准尺进行施测。使用经审核的控制点，根据工程需要用上述方法进行加密布点。防波堤水上部位平面控制网、高程控制点和跨海高程传递采用Leica生产的TC2002全站仪、经纬仪、Leica生产的NA2精密水准仪等常规测量与RTK-GPS测量相结合。
c：获取水下地形图、断面图和三维立体图：参见图1，在水下地形测量方面，本发明利用水深测量软件设计航迹线【水深测量软件设计航迹线为现有技术】，由GPS引导测量船，实时测量并显示测量船的平面坐标，控制测量船航行方向，确保测深断面航迹线与设计航迹线的偏离不大于规范(JTJ203-2001水运工程测量规范、全球定位系统(GPS测量规范)GB/T18314-2001)规定值，并自动保留已测航迹。水深点数据按间距进行采样，间距大小按规范要求执行。测深点坐标及水深数据一并输入电脑，生成水下地形图、断面图和三维立体图，能动态直观地反映水下地形或防波堤的填筑状态。
(3)护坡块石的抛填
抛填护坡块石时利用GPS系统定位，对水面以上部位的抛填标高采用全站仪、经纬仪、水准仪等常规标高测量控制法控制；对于水面以下部分的抛填，则严格按照“网格法”进行，并及时采用RTK-GPS与超声波自动测深系统检测抛放是否合格，具体做法如下：
a、抛放网格及抛填量的确定：首先将抛理的边坡或坡脚区域分成若干个抛填单元网格，网格大小暂定为2.0m×2.0m～2.5m×2.5m(可通过开始抛放时的典型试验来确定和调整其大小)。根据RTK-GPS的断面测量结果，将实测数据进行处理，绘制断面图或三维立体图像。同时将防波堤设计断面制成数据模板，将实测断面迭加到设计断面上进行比较，电脑屏幕立即显示抛石断面成型状态，并根据网格的大小与高程计算出每个网格内需要的抛石料数量，并填入各网格内，即绘制成“护坡抛石施工控制网格图”。
块石抛填施工时，必须根据测量结果和抛石方格图定点定量抛填。
b、吊车定位：路堤填筑形成作业面后，根据吊幅的远近分别利用55t、90t履带吊吊装块石抛填。定位时通过在吊车上安装的GPS接收机，将GPS实时测得的坐标在电脑屏幕上直观地显示出吊车与路堤、边坡线以及抛石网格之间的位置关系，其测量原理同护面块体安装测量。
c、定点定量抛石：吊车定位后，利用吊机抓斗按各抛填网格计算需要的石料数量，均匀抛填到位。抛放过程中每抛完一排网格就及时用RTK-GPS与超声波自动测深系统检测抛放情况，若有超欠及时用抓斗抓补处理，直至合格后才移至下一排网格继续抛放，使所抛石料一次合格。
(4)护面块体的安装
a、运输：护面块体陆上在预制场由汽车吊装平板车运输至安装现场，利用履带吊起吊安装。
b、安装参数计算及安装网格图绘制：安装参数及安装网格图绘制的确定是将块体在斜坡上的安装间距换算成水平投影面的安装控制参数，然后根据该参数绘制出块体的安装网格图，如图2-1所示的预制块安装网格示意图。
所述安装网格主要的算式为：间距×排距＝设计面积/设计密度。
其中安放网格水平方向的间距A＝1.15H(或0.57H)，H为块体型高；
安放网格排距B＝0.57H(或1.15H)；
单元面积S＝(1.15H×0.57H)＝0.656H2；
单层块体的安放密度E＝0.9H。
c、安装分区与安装平面图绘制：分区的原则是根据吊车的吊幅、起重能力，让吊车定位一次能安装尽量多的块体，以减少定位次数，提高安装效率、便于管理。
护面块体安装平面图如图2-2所示。该图是根据块体安装网格图和每个块体的安装坐标绘制的。分为“起始区，标准区和特殊区”。起始区为三角形，为护面块体最初安装的区域，按照“从底到高、每层减少一块的原则”呈三角形安装，如图中的A区所示。标准区为菱形，紧靠起始三角形的一条边依次进行安装，如图中的B区所示。特殊区指非直线堤段或过渡段，D区所示为堤头圆弧段布置。
d、采用RTK-GPS定位安装：护面块体安装采用RTK-GPS定位。安装顺序从起始区开始，向上安装；然后沿起始三角形的两边为起点，从下向上安装标准区块体。GPS移动站圆形天线安装在吊车扒杆的顶部，与吊装的钢丝绳在同一垂线上，即GPS天线的平面位置即为吊车所吊的护面块体的平面位置。天线的平面坐标通过传输线传到吊车驾驶室的电脑屏幕上，直接显示出所吊块体在安装平面图上的位置，吊车司机根据电脑屏幕上的显示，转动吊车扒杆，当所吊的块体移到与设计位置重合时，将块体送至坡面并落钩安装，电脑的定位软件读取并记录下该块体的安装坐标。吊车即可进行下一块体的安装。每安装一块，在对应的平面图上划掉一块，以防漏安或重安。
本发明应用于防波堤工程护面块体的安装工程中，相对于其他传统的定位方法，采用的RTK-GPS技术是一种既保证块体安装密度，同时有效的加快施工进度的方法。
Claims (5)
1.一种防波堤工程中护面块体的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：护坡块石的抛填：
包括水面以上部位的抛填和水面以下部分的抛填；
水面以上部位的抛填采用基于标高控制的方法进行；
水面以下部分的抛填按照网格法的要求进行，并及时采用RTK-GPS与超声波自动测深系统检测抛放是否合格；
步骤2：护面块体的安装；
a、安装参数计算及安装网格图绘制：将块体在斜坡上的安装间距换算成水平投影面的安装控制参数，然后根据该安装控制参数绘制出块体的安装网格图；
b、安装分区与安装平面图绘制：将安装区域分为起始区、标准区和特殊区，形成安装平面图；
起始区为三角形，为护面块体最初安装的区域，按照从底到高、每层减少一块的原则呈三角形安装；
标准区为菱形，紧靠起始三角形的一条边依次进行安装，
特殊区指非直线堤段或过渡段；
c、采用RTK-GPS定位安装护面块体：护面块体安装采用RTK-GPS定位，安装顺序从起始区开始，向上安装；然后沿起始三角形的两边为起点，从下向上安装标准区块体，GPS移动站圆形天线安装在吊车扒杆的顶部，与吊装的钢丝绳在同一垂线上，即GPS天线的平面位置即为吊车所吊的护面块体的平面位置，GPS天线的平面坐标通过传输线传到吊车驾驶室，吊车司机根据GPS天线的平面坐标以及安装平面图将所吊的护面块体移到与设计位置相重合的位置，依次安装各护面块体，直至完成所有护面块体的安装。
2.根据权利要求1所述的防波堤工程中护面块体的施工方法，其特征在于，
采用以下工程测量同步配合施工进行：
A：水面以下部位及边坡抛石测量：包括水下地形、断面测量和防波堤施工测量；
(1)水下地形测量：将GPS流动站和测深仪安装在测量船上，采取按预设网格定距打点方式采集数据，测量船沿测区预测一遍，获得水下地形资料；
(2)断面测量：
采用双频RTK-GPS与数字化自动测深系统相结合测量防波堤所在区域海床原始地形及防波堤填筑期间的水下断面；
(3)防波堤施工测量：基于前述的断面测量，按照抛石前测量-抛石-抛石后复测的程序，完成防波堤水下填筑和成型施工的测量控制；
B：水面以上部位测量：包括控制点平面测量和高程测量；
C.根据已测取的水下地形图和断面图生成三维立体图：
利用水深测量软件设计航迹线，由GPS引导测量船，将测得的测深点坐标及水深数据生成三维立体图，以便动态直观地反映水下地形或防波堤的填筑状态；
3.根据权利要求2所述的防波堤工程中护面块体的施工方法，其特征在于，
水面以下部分的抛填按照网格法的要求进行，具体方法如下：
a、抛放网格及抛填量的确定：首先将抛理的边坡或坡脚区域分成若干个抛填单元网格，根据RTK-GPS的断面测量结果，将实测数据进行处理，绘制断面图或三维立体图像，同时将防波堤设计断面制成数据模板，将实测断面迭加到设计断面上进行比较，形成抛石断面成型状态图，并根据网格的大小与高程计算出每个网格内需要的抛石料数量，并填入各网格内，即绘制成护坡抛石施工控制网格图；
块石抛填施工时，根据护坡抛石施工控制网格图定点定量抛填。
b、吊车定位：在吊车上安装的GPS接收机，将GPS实时测得的GPS坐标映射到护坡抛石施工控制网格图上；
c、定点定量抛石：利用吊机抓斗按各抛填网格计算需要的石料数量，均匀抛填到位；抛放过程中每抛完一排网格就及时用RTK-GPS与超声波自动测深系统检测抛放情况，若有超欠则及时用抓斗进行抓补处理，直至合格后才移至下一排网格继续抛放。
4.根据权利要求3所述的防波堤工程中护面块体的施工方法，其特征在于，控制点平面测量使用Leica生产的TC2002全站仪，高程测量使用Leica生产的NA2精密水准仪，配二把3m玻璃钢双面水准尺，按《水运工程测量规范》三等水准技术要求进行施测，若已知高程控制点多于两个，则将控制点布设成一条闭合水准路线或附合水准路线，采取往返观测。
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