港珠澳大橋鋼管樁施工定位測量技術應用

易建華，姬翠翠，黃文學，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應用

易建華1，姬翠翠1，黃文學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測是港珠澳大橋埋置式承臺足尺模型工藝試驗研究關鍵及施測困難的工序之一。通過自行研制的工具式導向架沉樁系統，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

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。本次試驗承臺基礎采用鋼管復合樁結構，鋼管樁標準段外徑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，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 儀器設備、坐標系統及高程基準

使用的儀器設備包括：Leica NA2水準儀1臺，標稱精度±0．7 mm/km；天寶R6 GPS接收機3臺，動態平面精度±(10 mm+1×10-6×D)，動態高程精度±(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經緯儀和KDT02經緯儀各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一的測量基準。平面基準采用測控中心建立的橋梁工程坐標系，高程基準采用1985國家高程基準[1]。

鋼管樁施工定位測量控制網統一采用測控中心提供的HZMB-CORS系統和首級控制點坐標成果表[2]。

圖2 工具式導向沉樁系統示意圖

3 鋼管樁平面高程定位測量及精調

3.1 鋼管樁平面定位及精調

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

圖3 鋼管樁精調示意圖

3.2 鋼管樁標高測量

鋼管樁振沉過程中，利用已知控制點的標高，采用三角高程測量方法，對鋼管樁振沉標高進行控制。當鋼管樁振沉至設計標高上1 m時，換水準儀按四等水準測量要求對鋼管樁頂部標高進行實時測量，指導鋼管樁精確振沉至設計標高。

3.3 鋼管樁垂直度控制與監測

鋼管樁沉放過程中，實時對鋼管樁的垂直度進行監測，測量方法為在錨樁塔帽上架設經緯儀，利用豎絲法外切鋼管樁外壁，整平儀器后，瞄準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計要求時，及時利用導向架上下龍口的頂緊裝置進行調整，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

在導向架錨樁塔帽上已加密的測量控制點上架設全站儀，在鋼管樁頂外壁上架設棱鏡，利用三維坐標法測量其坐標。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。通過坐標反算得到樁與樁之間的相對偏差，并根據垂直度推算到承臺安裝設計標高面處樁中心坐標，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，以指導墩臺安裝施工。

4.2 鋼管樁樁頂高程成樁測量

在導向架錨樁塔帽上已加密的測量控制點上架設全站儀，在鋼管樁頂外壁上架設棱鏡，利用三角高程測量方法測量出塔帽上控制點與樁頂的高差，得到樁頂的成樁高程，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。首先根據已測的樁位中心坐標，放樣出每根鋼管樁的軸線點。然后根據放樣出的鋼管樁軸線，同時下放兩個測錘至鋼管樁內。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壁的距離，并量取上下口的高度。根據已量測的數據，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]，在樁頂標高H=6 m處樁整體偏差:

在樁底標高H=-9．9 m處樁整體偏差:

表2 鋼管樁垂直度成果表

預制墩臺吊裝時，貫穿高度為標高+6 m至-9．9 m，共15．9 m，群樁整體偏差小于預制墩臺吊裝可調節量100 mm，能夠滿足預制墩臺順利下放。

5 鋼管樁施工定位測量小結

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

1）鋼管樁自身加工誤差：在現場實際測量中發現，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，應建立測量平臺基準進行垂直度檢查，確保其垂直度滿足1/1 000的精度要求。

2）導向架加工誤差：導向架制作精度影響鋼管樁振沉精度。建議嚴格控制導向架加工誤差，包括平整度及垂直度的檢查。當導向架重復使用時，應定期對導向架進行變形監控，若發現變形應及時采取措施。

3）導向架定位誤差：導向架定位時應盡量靠近設計位置，當導向架定位存在旋轉偏角時，液壓調位系統對旋轉偏角的調位效果不理想。建議對調位系統進行設計改進，以更好地實現平面扭角的調整。

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。建議嚴格按照測量外業操作規程進行，每次應精確對儀器進行整平對中，盡量減少人為誤差的影響，且在測量中隨時關注儀器的工作狀態。

5）氣象窗口的選擇：海上風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整。建議在鋼管樁定位時，應選擇海上風浪較小的時候進行，一般要求海上陣風小于等于6級且浪高不高于0．5 m。

6）分析鋼管樁成樁垂直度發現，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向架后至振沉完成中間間隔時間較長且風浪過大或因為地質原因產生溜樁引起。建議鋼管樁喂入導向架后振沉應及時完成，中間不應間隔太長時間，且應做好超前地質預報。

7）在鋼管樁垂直度監測中發現，導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。建議導向架頂緊裝置與鋼管樁外壁應留有3 mm空隙，使鋼管樁振沉下放時處于自由狀態，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）現場實測發現，受施工現場對GPS信號的影響及基線長度嚴重不均，靜態加密控制測量難以實現。建議在主體工程施工時，利用已經建設好的測量平臺及優先墩上的測量控制點，利用常規測量方法，平面采用測回法、高程采用三角高程對向觀測，將測量控制點轉測至錨樁塔帽上，且應經常復測，再根據轉點對鋼管樁進行精調，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建設好的測量平臺和優先墩上多方向架設經緯儀實時監測，且在導向架一層平臺與二層平臺之間懸掛垂球進行復核。

9）鋼管樁振沉完成后的最終定位成果對指導預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，其垂直度應在填芯混凝土澆筑完成且孔內排水完成后（鋼管樁不得割孔），利用加工制作的一個與鋼管樁內徑大小一致的“十字型”工具下放至鋼管樁內，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，多次測量取平均值，其與鋼管樁頂部中心點坐標進行比較，得出鋼管樁垂直度且能得出鋼管樁垂直度的最弱方向。

[1] 熊金海，熊偉，吳迪軍．港珠澳大橋GNSS 連續運行參考站系統的建設及應用[J]．工程勘測,2013(2):75-78

[2] 王春林，高飛，李書群．單基站CORS在電力線路測量中的應用[J]．測繪工程,2012,21(6):81-85

[3] 段舉舉，沈云中． GPS/GLONASS組合靜態相位相對定位算法[J]．測繪學報,2012,41(6):825-830

[4] 馬耀昌，辛國．GPS測量誤差與數據處理的質量控制[J]．地理空間信息,2006,4(2):22-24

[5] GB/T 18314-2009．全球定位系統(GPS)測量規范[S]．

[6] 吳衛平．GPS水深測量系統及其平面定位精度分析[J]．水運工程,2008(10):271-275

[7] GB/T 15314-94．精密工程測量規范[S]．

[8] GB 50026-2007．工程測量規范[S]．

[9] 馬建良．GPS技術在地鐵控制網測量中的應用[J]．測繪通報,2009(增刊):30-31

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。