石正偉，蔣永輝

（中交上航（福建）交通建設(shè)工程有限公司，福建廈門 361000）

1 工程概況

1.1 概述

工程所在地霞浦縣海島鄉(xiāng)西洋島，地處霞浦縣東南海域，距霞浦縣城約20 nm，面積約7.9 km2。本項(xiàng)目碼頭位于北澳港區(qū)東防波堤內(nèi)側(cè)，與護(hù)岸通過棧橋連接。

1.2 布置形式

碼頭總長(zhǎng)度142.49 m，分4 個(gè)結(jié)構(gòu)段，單個(gè)結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)35.6 m，寬18 m，每個(gè)結(jié)構(gòu)段均為4 跨，設(shè)5 榀排架，排架間距7.7 m，兩端懸臂長(zhǎng)均為2.40 m，共計(jì)20 個(gè)排架。碼頭共有600 mm×600 mm 預(yù)應(yīng)力方樁117 根（含備樁2 根），樁長(zhǎng)為20～60 m；其中直樁47 根，斜樁68 根，斜樁包括1:4 及1:5 兩種比例，相對(duì)碼頭平面橫縱軸線的扭角包括15°、17°及20°三種。

圖1 碼頭平面布置示意圖

1.3 施工條件

1）潮位

港池內(nèi)泥面平均標(biāo)高-0.5 m，設(shè)計(jì)最高潮位6.66 m，設(shè)計(jì)最低潮位0.66 m，水深在1.16～7.16 m；打樁船吃水深度為2.5 m，運(yùn)樁船吃水深度為4 m，潮位2.0 m 以上時(shí)方可滿足打樁船作業(yè)要求。

2）地質(zhì)條件

根據(jù)勘察孔揭露的地質(zhì)資料，地基土主要可分為5 個(gè)巖土層，分別為淤泥、粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖以及中風(fēng)化花崗巖。每層巖土層呈較大坡度向下延伸，且施工過程中伴隨著夾層，地質(zhì)情況較復(fù)雜。

2 主要施工方法與難點(diǎn)

2.1 施工方法

本工程預(yù)應(yīng)力方樁采用“合力樁3”船進(jìn)行施打，由20 排架至1 排架呈梯形由F 軸至A 軸進(jìn)行施工。在有效的作業(yè)時(shí)間內(nèi)，為保障施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙每根樁的參數(shù)，立樁入龍口前應(yīng)提前架設(shè)調(diào)整好陸上測(cè)量?jī)x器，減少校核時(shí)間，提高每日施打方樁數(shù)量，以盡快形成排架進(jìn)行上部橫梁混凝土澆筑。

圖2 沉樁施工工藝流程

2.2 施工難點(diǎn)

本工程預(yù)應(yīng)力方樁水上沉樁施工位于北澳80 HP 碼頭，施工中伴隨著趕潮水作業(yè)、地質(zhì)條件復(fù)雜兩大施工難點(diǎn)，每日有效作業(yè)時(shí)間短、插樁后定位精度偏差大，為保障施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，一方面要提前布設(shè)測(cè)量?jī)x器并保證零失誤，另一方面根據(jù)陸上測(cè)量校核結(jié)果加強(qiáng)與船上人員溝通交流，不斷調(diào)整方樁的位置方向，在保證沉樁精度符合設(shè)計(jì)要求的前提下，提高每日施打方樁數(shù)量，為后續(xù)上部橫梁施工打下基礎(chǔ)。

為提高方樁沉樁精度，減少因偏位過大而影響后續(xù)施工進(jìn)度，方樁沉樁控制采用船載GPS 定位及陸上測(cè)量校核的雙控保障機(jī)制。陸上測(cè)量采用一臺(tái)經(jīng)緯儀加一臺(tái)全站儀，由于每根方樁的施打位置不一樣，每次均需調(diào)整測(cè)量?jī)x器至合適位置。綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，拋開測(cè)量?jī)x器的架設(shè)時(shí)間，對(duì)于斜樁來講，在全站儀后方交會(huì)完成后，需要根據(jù)交會(huì)形成的坐標(biāo)高程推算斜樁該高程的平面坐標(biāo)。為減少測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)工作計(jì)算時(shí)間，降低計(jì)算出錯(cuò)率，有效提高現(xiàn)場(chǎng)沉樁的精準(zhǔn)定位及施工速度，通過了解沉樁定位控制方法及解析計(jì)算過程，并最終形成一套簡(jiǎn)易快速的條件判定公式變得尤為重要。

3 定位控制方法

在確保平面扭角正確的前提下，任意兩條相交線可確定該樁的平面位置，即通過架設(shè)兩臺(tái)儀器觀看樁身任意一已知點(diǎn)A（Xa，Ya，Za）便可估算出樁的偏移方向及偏移量。

通過設(shè)計(jì)圖可知該樁設(shè)計(jì)標(biāo)高處的平面坐標(biāo)。將直樁沿垂直方向投影，該面不受高程影響，即可直接得出樁身任意高程處平面坐標(biāo)；反之，斜樁隨著高程不斷變化，投影面也在隨著變化，需通過系列計(jì)算方可得出樁身任意高程處平面坐標(biāo)。

3.1 直樁定位控制

已知該樁設(shè)計(jì)標(biāo)高，選擇該面上已知點(diǎn)A（Xa，Ya，Za），沿樁身做兩條延長(zhǎng)線，不難發(fā)現(xiàn)，此延長(zhǎng)線上的點(diǎn)均為已知點(diǎn)。

選擇該延長(zhǎng)線上2個(gè)已知點(diǎn)輸入RTK進(jìn)行直線放樣，在陸上合適位置處架設(shè)儀器并通過觀測(cè)已知點(diǎn)位置調(diào)整觀測(cè)方向，保持儀器及觀測(cè)方向在放樣直線上，此時(shí)觀測(cè)不受高程影響，任意上下旋轉(zhuǎn)目鏡均可作為樁身的偏位校核。

圖3 直樁定位控制

3.2 斜樁定位控制

已知該樁設(shè)計(jì)標(biāo)高，取樁身已知點(diǎn)A（Xa，Ya，Za），沿樁斜度方向做A 點(diǎn)延長(zhǎng)線1，不難發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)線1上任意兩點(diǎn)作為已知點(diǎn)輸入RTK進(jìn)行直線放樣時(shí)，在陸上合適位置處架設(shè)儀器并通過觀測(cè)已知點(diǎn)位置調(diào)整觀測(cè)方向，保持儀器及觀測(cè)方向在放樣直線上，此時(shí)觀測(cè)不受高程影響，任意上下旋轉(zhuǎn)目鏡均可作為樁身的偏位校核。

在觀測(cè)另一個(gè)方向即延長(zhǎng)線2（非斜度方向），該觀測(cè)點(diǎn)受高程影響。此時(shí)選擇合適位置處架設(shè)好全站儀，通過后方交會(huì)形成一個(gè)已知點(diǎn)坐標(biāo)C（Xc，Yc，Zc），調(diào)整保持全站儀目鏡水平（即垂直角為0°）。此時(shí)C 點(diǎn)與B 點(diǎn)高程相等，即可通過該高程推算樁身任意一點(diǎn)B（Xb，Yb，Zb），為易于觀測(cè)偏移情況，可選擇角點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。將B 點(diǎn)坐標(biāo)輸入已架設(shè)調(diào)整完畢的全站儀中進(jìn)行放樣測(cè)量，此時(shí)只需水平轉(zhuǎn)動(dòng)全站儀，待儀表盤dHA 即目標(biāo)與待放樣點(diǎn)的水平角差值為0 時(shí)，全站儀十字絲中心對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)即為B 點(diǎn)。

圖4 斜樁定位控制

3.3 計(jì)算方法

直樁2 個(gè)方向觀測(cè)均不受高程影響，斜樁只沿斜度方向觀測(cè)不受高程影響，另一個(gè)方向需通過計(jì)算得出未知點(diǎn)B 坐標(biāo)后方可進(jìn)行觀測(cè)，以本工程為例，相關(guān)計(jì)算過程為：由設(shè)計(jì)圖紙可知，該樁設(shè)計(jì)標(biāo)高任一點(diǎn)A（Xa，Ya，Za)，隨著高度變化，求樁身任意高程一點(diǎn)B（Xb，Yb，Zb）。

由于本工程擬建高樁碼頭平行和垂直碼頭方向（即XY 坐標(biāo)系）與設(shè)計(jì)測(cè)量控制網(wǎng)（即NE 坐標(biāo)系）并非完全重合，存在一定夾角，由于斜樁有相對(duì)于碼頭的平面扭角，為確保計(jì)算精準(zhǔn)，先將其轉(zhuǎn)換于設(shè)計(jì)測(cè)量控制網(wǎng)中，相關(guān)參數(shù)為：β=2°3′32″=2.059°，γ=α-Z·90°，δ=γ-β。α 為以碼頭X軸為起點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的平面扭角；β 為碼頭XY 坐標(biāo)系與NE 坐標(biāo)系的夾角；γ 為不影響后續(xù)計(jì)算而設(shè)定的一個(gè)角度，大于0°且小于90°；Z 為整數(shù)，-1,0,1,2,....；δ 為以E 軸為起點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的平面扭角。

圖5 平面扭角轉(zhuǎn)換

1）以樁中心點(diǎn)為0 點(diǎn)，當(dāng)α 位于第一、三象限時(shí)，對(duì)應(yīng)于圖 6 中編號(hào)③，|△X|=S·cosδ，|△Y|=S·sinδ，即|△X|=|Zb－Za|/i·cos（α－β－Z·90°），|△Y|=|Zb－Za|/i·sin（α－β－Z·90°）。

圖6 計(jì)算方法

2）以樁中心點(diǎn)為0 點(diǎn)，當(dāng)α 位于第二、四象限時(shí)，對(duì)應(yīng)于圖 6 中編號(hào)④，|△X|=S·sinδ，|△Y|=S·cosδ，即|△X|=|Zb－Za|/i·sin（α－β－Z·90°），|△Y|=|Zb－Za|/i·cos（α－β－Z·90°）。

其中：S=|Zb－Za|/i；Za 為已知點(diǎn)A 點(diǎn)高程；Zb 為通過全站儀后方交會(huì)形成的未知點(diǎn)B 點(diǎn)高程；S 為投影長(zhǎng)度；i 為樁身斜度；可得Xb=Xa+△X，Yb=Ya+△Y，即可求出未知點(diǎn)B（Xb，Yb，Zb）。

3.4 正負(fù)條件判定

通過上述計(jì)算公式，可知△X 與△Y 可正可負(fù)，為提高測(cè)量控制進(jìn)展效率，在計(jì)算完成△X 與△Y的絕對(duì)值后，根據(jù)平面扭角，可確定該扭角位于第幾象限，比較設(shè)計(jì)已知點(diǎn)A 高程Za 與全站儀交會(huì)形成的已知點(diǎn)C 高程Zc 的差值，即可快速得到△X與△Y 的正負(fù)情況，代入推導(dǎo)公式可得到未知點(diǎn)B點(diǎn)的坐標(biāo)，將該點(diǎn)輸入全站儀，旋轉(zhuǎn)到位后觀測(cè)該方向的偏移情況。

表1 正負(fù)判定表

為方便記憶正負(fù)情況，設(shè)定設(shè)計(jì)標(biāo)高中心處0點(diǎn)至樁尖方向?yàn)檎较?，至樁頂方向?yàn)樨?fù)方向，如圖7，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)未知點(diǎn)高程大于已知點(diǎn)高程時(shí)，未知點(diǎn)位于負(fù)方向上，以α 位于第1 象限為例，此時(shí)未知點(diǎn)位于第3 象限內(nèi)，即△X 為負(fù)、△Y 為負(fù)；當(dāng)未知點(diǎn)高程小于已知點(diǎn)高程時(shí)，此時(shí)未知點(diǎn)位于第1 象限內(nèi)，即△X 為正、△Y 為正。

圖7 正負(fù)判定

3.5 成果總結(jié)與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用

1）成果總結(jié)

綜上所述，通過對(duì)直樁、斜樁定位控制方法的了解并解析計(jì)算過程，最終形成一套簡(jiǎn)易快速的條件判定公式（見表2），將成果表運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際沉樁定位控制，減少測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)工作及計(jì)算時(shí)間，降低計(jì)算出錯(cuò)率，并有效提高現(xiàn)場(chǎng)沉樁精準(zhǔn)定位及施工速度。

表2 成果表

2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例計(jì)算

取斜樁7-C 為計(jì)算實(shí)例，已知相對(duì)于碼頭的平面扭角α=253°，

樁身斜度i=4:1，樁設(shè)計(jì)標(biāo)高1.5 m，取樁身一已知點(diǎn)A（505357.3137，2934711.2688，1.5），假設(shè)全站儀后方交會(huì)后形成的坐標(biāo)C 的高程Zc=7.5 m，即待求點(diǎn)B 點(diǎn)高程Zb=7.5 m。已知以上參數(shù)，求樁身B 點(diǎn)坐標(biāo)（Xb，Yb，Zb）。

圖8 斜樁7-C 計(jì)算

以樁中心點(diǎn)為0 點(diǎn)，此時(shí)α 位于三象限，又Zc＞Za，根據(jù)表2，可得△X＞0，△Y＞0；此時(shí)

即求得樁身待觀測(cè)點(diǎn) B（505357.8035，2934712.6866，7.5）。

4 結(jié)語(yǔ)

在受潮水、地質(zhì)等因素影響下，每日有效作業(yè)時(shí)間短、插樁后定位精度偏差大，為保證沉樁施工質(zhì)量進(jìn)度，提高每日施打方樁數(shù)量，在對(duì)每根樁的陸上測(cè)量校核時(shí)，我們需要做到快速準(zhǔn)確無(wú)失誤，由于設(shè)計(jì)提供的坐標(biāo)是在設(shè)計(jì)標(biāo)高條件下的樁中心點(diǎn)坐標(biāo)，而中心點(diǎn)儀器無(wú)法觀測(cè)到，由此需將設(shè)計(jì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為角點(diǎn)坐標(biāo)方便觀測(cè)，因此需要使用文中提出的方法來實(shí)現(xiàn)。

在后方交會(huì)完成后可通過調(diào)整儀高擬定統(tǒng)一的2～3 個(gè)觀測(cè)標(biāo)高，將本文成果表運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，提前計(jì)算每根斜樁的角點(diǎn)坐標(biāo)，并形成坐標(biāo)一覽表，方便放樣時(shí)隨時(shí)調(diào)出使用。通過運(yùn)用本文提出的方法及成果，有效降低無(wú)規(guī)律計(jì)算導(dǎo)致的出錯(cuò)率和對(duì)沉樁施工質(zhì)量進(jìn)度的影響，極大地保障施工的流暢性，提高測(cè)量控制工作及現(xiàn)場(chǎng)沉樁施工質(zhì)量及效率。