易建華，姬翠翠，黃文學(xué)，楊銀波

（1. 中交二航局 第二工程有限公司，重慶 400042）

港珠澳大橋鋼管樁施工定位測量技術(shù)應(yīng)用

易建華1，姬翠翠1，黃文學(xué)1，楊銀波1

（1. 中交二航局 第二工程有限公司，重慶 400042）

海上鋼管樁施工定位及其精度監(jiān)測是港珠澳大橋埋置式承臺足尺模型工藝試驗研究關(guān)鍵及施測困難的工序之一。通過自行研制的工具式導(dǎo)向架沉樁系統(tǒng)，對鋼管樁振沉過程施以約束來提高鋼管樁定位精度，滿足鋼管樁平面定位±5 cm、垂直度1/400的精度要求。根據(jù)工程實踐，提出影響定位精度的誤差來源并給出減小誤差的建議。

港珠澳大橋；埋置式承臺；鋼管樁；平面定位；垂直度；精調(diào)

1 工程概況

本次足尺模型工藝試驗墩1個，位于港珠澳大橋中心樁號K22+853 m，向北偏離橋軸線150 m處。本次試驗承臺基礎(chǔ)采用鋼管復(fù)合樁結(jié)構(gòu)，鋼管樁標(biāo)準(zhǔn)段外徑2．2 m，壁厚25 mm，樁長61．7 m，樁底高程-70．0 m，嵌入承臺長度1．6 m，并在高程-25．9 m以上設(shè)置鋼筋籠及填芯混凝土，以確保鋼管樁與承臺混凝土之間錨固及鋼管樁剛度要求。鋼管樁按摩擦樁設(shè)計，樁基中心距6．0 m及5．5 m。樁基平面見圖1。

圖1 樁基平面示意圖

采用專用的高精度沉樁系統(tǒng)，見圖2，以確保鋼管樁施工精度滿足垂直度和相對平面偏位這兩項控制精度要求。

2 儀器設(shè)備、坐標(biāo)系統(tǒng)及高程基準(zhǔn)

使用的儀器設(shè)備包括：Leica NA2水準(zhǔn)儀1臺，標(biāo)稱精度±0．7 mm/km；天寶R6 GPS接收機3臺，動態(tài)平面精度±(10 mm+1×10-6×D)，動態(tài)高程精度±(20 mm+1×10-6×D)；Leica TCR1201 精密全站儀1臺，測角±1"，測距±（1 mm+2×10-6×D)；J2-JDE經(jīng)緯儀和KDT02經(jīng)緯儀各1臺，測角±2"。另配備垂球3個，垂線若干。

測量定位采用港珠澳大橋統(tǒng)一的測量基準(zhǔn)。平面基準(zhǔn)采用測控中心建立的橋梁工程坐標(biāo)系，高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)[1]。

鋼管樁施工定位測量控制網(wǎng)統(tǒng)一采用測控中心提供的HZMB-CORS系統(tǒng)和首級控制點坐標(biāo)成果表[2]。

圖2 工具式導(dǎo)向沉樁系統(tǒng)示意圖

3 鋼管樁平面高程定位測量及精調(diào)

3.1 鋼管樁平面定位及精調(diào)

在振沉鋼管樁前，需對鋼管樁的平面位置進行精調(diào)。由于錨樁振沉完成后，已經(jīng)在導(dǎo)向架一層平臺塔帽上加密測量控制點，在其上架設(shè)全站儀，對鋼管樁周圍的四向頂緊裝置進行測量，實現(xiàn)對鋼管樁平面位置的精調(diào)，如圖3。

圖3 鋼管樁精調(diào)示意圖

3.2 鋼管樁標(biāo)高測量

鋼管樁振沉過程中，利用已知控制點的標(biāo)高，采用三角高程測量方法，對鋼管樁振沉標(biāo)高進行控制。當(dāng)鋼管樁振沉至設(shè)計標(biāo)高上1 m時，換水準(zhǔn)儀按四等水準(zhǔn)測量要求對鋼管樁頂部標(biāo)高進行實時測量，指導(dǎo)鋼管樁精確振沉至設(shè)計標(biāo)高。

3.3 鋼管樁垂直度控制與監(jiān)測

鋼管樁沉放過程中，實時對鋼管樁的垂直度進行監(jiān)測，測量方法為在錨樁塔帽上架設(shè)經(jīng)緯儀，利用豎絲法外切鋼管樁外壁，整平儀器后，瞄準(zhǔn)鋼管樁的一個外切面，測量上、下兩個斷面鋼管樁到豎直視線的距離，并測量兩個斷面的高差，即可計算出鋼管樁的垂直度：T=（L2-L1）/H，如圖4所示。分別測量鋼管樁4個外切面的垂直度，取同方向兩個切面的平均值為該鋼管樁垂直度。鋼管樁垂直度超出設(shè)計要求時，及時利用導(dǎo)向架上下龍口的頂緊裝置進行調(diào)整，直至滿足要求為止。同時鋼管樁每下沉5 m，利用垂球法對鋼管樁的垂直度進行復(fù)核[3]。

4 鋼管樁成樁測量

4.1 鋼管樁平面位置成樁測量

在導(dǎo)向架錨樁塔帽上已加密的測量控制點上架設(shè)全站儀，在鋼管樁頂外壁上架設(shè)棱鏡，利用三維坐標(biāo)法測量其坐標(biāo)。每根鋼管樁上測量3個點，利用三點定圓心的方法，得到鋼管樁沉樁后的中心坐標(biāo)。通過坐標(biāo)反算得到樁與樁之間的相對偏差，并根據(jù)垂直度推算到承臺安裝設(shè)計標(biāo)高面處樁中心坐標(biāo)，對承臺底位置（-9．9 m）處樁位的平面偏差及相對尺寸進行分析，以指導(dǎo)墩臺安裝施工。

4.2 鋼管樁樁頂高程成樁測量

在導(dǎo)向架錨樁塔帽上已加密的測量控制點上架設(shè)全站儀，在鋼管樁頂外壁上架設(shè)棱鏡，利用三角高程測量方法測量出塔帽上控制點與樁頂?shù)母卟睿玫綐俄數(shù)某蓸陡叱?，其中每根鋼管樁上測量4個點，取4個點的高程平均值作為鋼管最終的成樁標(biāo)高。

4.3 鋼管樁垂直度成樁測量

由于鋼管樁振沉后，其露出水面的高度較短，測量其沉樁垂直度時，在填芯混凝土澆筑完成后進行。首先根據(jù)已測的樁位中心坐標(biāo)，放樣出每根鋼管樁的軸線點。然后根據(jù)放樣出的鋼管樁軸線，同時下放兩個測錘至鋼管樁內(nèi)。沿兩個垂球的方向，上下同時用鋼卷尺量取垂線至鋼管樁內(nèi)壁的距離，并量取上下口的高度。根據(jù)已量測的數(shù)據(jù)，計算鋼管樁的成樁垂直度。

4.4 鋼管樁沉樁成果及精度評定

鋼管樁沉樁定位成果見表1，垂直度成果見表2。由表1，鋼管樁沉樁定位精度滿足設(shè)計要求（平面±5 cm，高程0～10 cm，垂直度1/400）。

圖4 鋼管樁垂直度方向及方法示意圖

表1 鋼管樁定位成果表

按誤差傳播定律[4]，在樁頂標(biāo)高H=6 m處樁整體偏差:

在樁底標(biāo)高H=-9．9 m處樁整體偏差:

表2 鋼管樁垂直度成果表

預(yù)制墩臺吊裝時，貫穿高度為標(biāo)高+6 m至-9．9 m，共15．9 m，群樁整體偏差小于預(yù)制墩臺吊裝可調(diào)節(jié)量100 mm，能夠滿足預(yù)制墩臺順利下放。

5 鋼管樁施工定位測量小結(jié)

鋼管樁施工定位精度誤差來源較多，各環(huán)節(jié)的誤差均會影響到鋼管樁最終的成樁精度，故應(yīng)注意以下事項：

1）鋼管樁自身加工誤差：在現(xiàn)場實際測量中發(fā)現(xiàn)，鋼管樁局部垂直度較差，影響后期鋼管樁振沉垂直度。建議在鋼管樁出廠時，應(yīng)建立測量平臺基準(zhǔn)進行垂直度檢查，確保其垂直度滿足1/1 000的精度要求。

2）導(dǎo)向架加工誤差：導(dǎo)向架制作精度影響鋼管樁振沉精度。建議嚴(yán)格控制導(dǎo)向架加工誤差，包括平整度及垂直度的檢查。當(dāng)導(dǎo)向架重復(fù)使用時，應(yīng)定期對導(dǎo)向架進行變形監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)變形應(yīng)及時采取措施。

3）導(dǎo)向架定位誤差：導(dǎo)向架定位時應(yīng)盡量靠近設(shè)計位置，當(dāng)導(dǎo)向架定位存在旋轉(zhuǎn)偏角時，液壓調(diào)位系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)偏角的調(diào)位效果不理想。建議對調(diào)位系統(tǒng)進行設(shè)計改進，以更好地實現(xiàn)平面扭角的調(diào)整。

4）測量誤差:鋼管樁最終定位由多次測量定位完成，每次測量均包含測量誤差及人為誤差。建議嚴(yán)格按照測量外業(yè)操作規(guī)程進行，每次應(yīng)精確對儀器進行整平對中，盡量減少人為誤差的影響，且在測量中隨時關(guān)注儀器的工作狀態(tài)。

5）氣象窗口的選擇：海上風(fēng)浪較大時對鋼管樁初始入水及入泥時的垂直度影響較大且難以調(diào)整。建議在鋼管樁定位時，應(yīng)選擇海上風(fēng)浪較小的時候進行，一般要求海上陣風(fēng)小于等于6級且浪高不高于0．5 m。

6）分析鋼管樁成樁垂直度發(fā)現(xiàn)，鋼管樁Z2方向1的垂直度為1/369，未能滿足精度要求，原因為鋼管樁喂入導(dǎo)向架后至振沉完成中間間隔時間較長且風(fēng)浪過大或因為地質(zhì)原因產(chǎn)生溜樁引起。建議鋼管樁喂入導(dǎo)向架后振沉應(yīng)及時完成，中間不應(yīng)間隔太長時間，且應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報。

7）在鋼管樁垂直度監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)向架二層平臺拆除前后，鋼管樁存在一定的回彈，對鋼管樁相對平面位置及垂直度造成影響。建議導(dǎo)向架頂緊裝置與鋼管樁外壁應(yīng)留有3 mm空隙，使鋼管樁振沉下放時處于自由狀態(tài)，避免頂緊裝置對鋼管樁受力，從而消除鋼管樁回彈的影響。

8）現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)，受施工現(xiàn)場對GPS信號的影響及基線長度嚴(yán)重不均，靜態(tài)加密控制測量難以實現(xiàn)。建議在主體工程施工時，利用已經(jīng)建設(shè)好的測量平臺及優(yōu)先墩上的測量控制點，利用常規(guī)測量方法，平面采用測回法、高程采用三角高程對向觀測，將測量控制點轉(zhuǎn)測至錨樁塔帽上，且應(yīng)經(jīng)常復(fù)測，再根據(jù)轉(zhuǎn)點對鋼管樁進行精調(diào)，既能滿足鋼管樁的相對定位精度要求也能滿足絕對定位精度要求。鋼管樁振沉過程中的垂直度控制建議在已經(jīng)建設(shè)好的測量平臺和優(yōu)先墩上多方向架設(shè)經(jīng)緯儀實時監(jiān)測，且在導(dǎo)向架一層平臺與二層平臺之間懸掛垂球進行復(fù)核。

9）鋼管樁振沉完成后的最終定位成果對指導(dǎo)預(yù)制墩臺下放起著重要作用，故對鋼管樁的成樁檢測要引起足夠重視。建議在鋼管樁振沉完成后，利用錨樁塔帽上轉(zhuǎn)測的控制點對鋼管樁頂面進行平面及高程的成樁測量，其垂直度應(yīng)在填芯混凝土澆筑完成且孔內(nèi)排水完成后（鋼管樁不得割孔），利用加工制作的一個與鋼管樁內(nèi)徑大小一致的“十字型”工具下放至鋼管樁內(nèi)，再利用懸吊垂球把“十字型”工具的中心點引至頂口，利用全站儀測定“十字型”工具的中心點坐標(biāo)，多次測量取平均值，其與鋼管樁頂部中心點坐標(biāo)進行比較，得出鋼管樁垂直度且能得出鋼管樁垂直度的最弱方向。

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P258

B

1672-4623（2014）05-0134-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.05.049

易建華，注冊測繪師，測量工程師，主要從事鐵路、公路及橋梁的工程測量工作。

2013-10-08。