淺談海上施工測(cè)量控制

王超槐

摘 要：港珠澳大橋是在“一國(guó)兩制”條件下港粵澳三地首次合作共建的超大型基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，是目前世界上修建的最長(zhǎng)跨海大橋。因港珠澳大橋地理情況限制，海上施工控制點(diǎn)布設(shè)困難，其測(cè)量方法與測(cè)量手段與普通施工有較大區(qū)別，下面以港珠澳大橋淺水區(qū)非通航孔橋?qū)嵗?，淺談海上施工測(cè)量控制。

關(guān)鍵詞：海上施工；測(cè)量控制

1 工程簡(jiǎn)介

港珠澳大橋CB05標(biāo)全長(zhǎng)6.653km，采用淺埋式預(yù)制墩臺(tái)結(jié)構(gòu)，整墩分幅鋼混組合梁體系。淺水區(qū)非通航孔橋共62個(gè)橋墩，墩高19.143～42.974m，其中低墩區(qū)（墩高≤27m）橋墩49個(gè)，高墩區(qū)（墩高>27m）橋墩13個(gè)。海上施工測(cè)量控制一個(gè)總體原則是，能在岸上完成的堅(jiān)決在岸上做好，海上布設(shè)的控制點(diǎn)精度一定要滿足施工要求。以施工的先后順序，分三個(gè)板塊介紹海上施工測(cè)量控制，分別是：鋼管復(fù)合樁插打定位與圍堰施工，墩臺(tái)架設(shè)，墊石施工。

2 復(fù)合樁插打/圍堰安裝

鋼管復(fù)合樁插打是海上施工的第一步，其精度控制直接影響圍堰下放與承臺(tái)架設(shè)，可以說(shuō)，控制好了鋼管樁，海上施工控制就成功了一半。復(fù)合樁插打按工序分為以下兩步，導(dǎo)向架定位，復(fù)合樁插打。因?yàn)槲覀儾捎玫氖峭ㄟ^(guò)測(cè)量導(dǎo)向架的空間位置關(guān)系來(lái)確定復(fù)合樁插打及圍堰安裝，所以我們首先介紹導(dǎo)向架的施工。

2.1 導(dǎo)向架驗(yàn)收

導(dǎo)向架是在岸上加工好的，其作用是通過(guò)直接測(cè)量它的空間姿態(tài)來(lái)間接控制復(fù)合樁的定位和圍堰的下放定位。因此導(dǎo)向架的加工精度非常重要。因其制作過(guò)程在整體尺寸和平整度兩個(gè)要素存在加工誤差，從而影響鋼管樁和圍堰的平面偏移量以及豎向垂直度。因此，通過(guò)測(cè)量的手段獲取導(dǎo)向架的出廠加工數(shù)據(jù)，可有效規(guī)避后期施工因其加工誤差帶來(lái)的不良影響。導(dǎo)向架驗(yàn)收按以下步驟進(jìn)行。（1）導(dǎo)向架長(zhǎng)、短邊量尺分中。油漆標(biāo)記十字中點(diǎn)、四角高程控制點(diǎn)和相關(guān)特征點(diǎn)，量取導(dǎo)向架的特征部位的結(jié)構(gòu)尺寸并記錄；（2）全站儀任意設(shè)站觀測(cè)布控點(diǎn)位坐標(biāo)，并以長(zhǎng)軸中點(diǎn)建立獨(dú)立坐標(biāo)系，將觀測(cè)點(diǎn)位轉(zhuǎn)換到此獨(dú)立坐標(biāo)系中，整理比對(duì)特征點(diǎn)實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的差值；（3）觀測(cè)導(dǎo)向架四角高程控制點(diǎn)的相對(duì)高差并作為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整恢復(fù)初始設(shè)計(jì)值；（4）依據(jù)出廠數(shù)據(jù)和相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)編制excel內(nèi)業(yè)計(jì)算表。

2.2 調(diào)整導(dǎo)向架空間姿態(tài)

先將導(dǎo)向架吊裝安放到支撐樁分配梁（鋼護(hù)筒）上，利用GPS-RTK獲取軸線點(diǎn)位偏差，用水準(zhǔn)儀實(shí)測(cè)導(dǎo)向架四角高程。在分配梁（鋼護(hù)筒）上焊接平面限位，起吊導(dǎo)向架后抄墊鋼板，利用二次調(diào)整將導(dǎo)向架軸線偏差控制在±5cm且無(wú)異向偏扭，四角高差長(zhǎng)邊控制在±1cm，短邊±5mm。然后復(fù)測(cè)軸線偏差和四角高程。將獲取的數(shù)據(jù)輸入excel計(jì)算表，計(jì)算出導(dǎo)環(huán)（調(diào)節(jié)塊）伸出量。

2.3 鋼管樁/圍堰落放實(shí)時(shí)控制

首先根據(jù)上述excel計(jì)算表格提供的數(shù)據(jù)頂推導(dǎo)向架上、下層導(dǎo)環(huán)（調(diào)節(jié)塊）距設(shè)計(jì)伸出量3cm處，當(dāng)鋼管樁（圍堰）分別喂入到上、下層導(dǎo)向架時(shí)，頂推導(dǎo)環(huán)（調(diào)節(jié)塊）到設(shè)計(jì)伸出量。停止鋼管樁（圍堰）下放，穩(wěn)定一段時(shí)間后通過(guò)吊線錘的方法檢查傾斜度是否滿足設(shè)計(jì)要求，若超限二次提升鋼管樁（圍堰），微調(diào)導(dǎo)環(huán)（調(diào)節(jié)塊）伸出量，再次落放鋼管樁（圍堰）到初始穩(wěn)定高度，復(fù)測(cè)傾斜度，重復(fù)上述步驟直至傾斜度滿足繼續(xù)落放要求。每落放5m復(fù)測(cè)傾斜度，直到鋼管樁自由沉降到穩(wěn)定狀態(tài)（圍堰落放到設(shè)計(jì)底標(biāo)高）。

2.4 鋼管樁/圍堰落放竣工復(fù)核

鋼管樁每震打5m復(fù)測(cè)管樁傾斜度，根據(jù)導(dǎo)向架實(shí)測(cè)高程和鋼管樁自身噴涂刻度控制其底標(biāo)高。6根管樁震打到設(shè)計(jì)高程后用GPS-RTK獲取管樁頂圈任意三點(diǎn)平面坐標(biāo)，計(jì)算管樁實(shí)際中心偏差結(jié)合震打后的管樁傾斜度，推算樁頭偏位。同理，復(fù)測(cè)圍堰頂面鎖口出平面坐標(biāo)并結(jié)合四個(gè)面的傾斜度，推算承臺(tái)底口面與圍堰間縫隙值是否滿足底節(jié)承臺(tái)墩身架設(shè)要求。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，上述測(cè)量控制方法可嚴(yán)格控制鋼管樁偏差和傾斜度以及圍堰的下放要求。

2.5 圍堰歸心墩轉(zhuǎn)點(diǎn)

2.5.1 圍堰歸心墩轉(zhuǎn)點(diǎn)的必要性

由于高等級(jí)控制點(diǎn)距離墩位較遠(yuǎn)，長(zhǎng)距離測(cè)量受天氣、儀器自身誤差，測(cè)量人員操作等因素的干擾，單次測(cè)量結(jié)果離散度高，對(duì)墩臺(tái)軸線偏位及高程的控制不利。通過(guò)與高等級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，對(duì)獨(dú)立墩位圍堰歸心墩進(jìn)行網(wǎng)形加密。根據(jù)測(cè)量規(guī)范對(duì)內(nèi)網(wǎng)加密精度的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)處理后歸心墩坐標(biāo)能滿足獨(dú)立墩位測(cè)量作業(yè)要求。圍堰內(nèi)測(cè)量作業(yè)在主控點(diǎn)上操作有死角，對(duì)角歸心墩能覆蓋圍堰內(nèi)所有測(cè)量作業(yè)面。包括：樁頭竣工、底板高程復(fù)核、豎向頂推裝置高程復(fù)核、圍堰內(nèi)壁承臺(tái)軸線擬合點(diǎn)放樣。

2.5.2 圍堰歸心墩轉(zhuǎn)點(diǎn)的方法

（1）平面坐標(biāo)傳遞。前期圍堰歸心墩平面點(diǎn)加密主要采用與首級(jí)控制點(diǎn)組成閉合導(dǎo)線，多測(cè)回測(cè)角測(cè)距，通過(guò)嚴(yán)密平差求取平面坐標(biāo)的方法。并利用GPS靜態(tài)觀測(cè)解算值予以復(fù)核，保證獲取坐標(biāo)的可靠性。后期通過(guò)臨近墩墩頂平面控制點(diǎn)進(jìn)行平面坐標(biāo)的傳遞。

（2）高程傳遞。前期通過(guò)自助研發(fā)的測(cè)量機(jī)器人對(duì)向、調(diào)岸觀測(cè)跨海高程方法與首級(jí)高程控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，組成閉合水準(zhǔn)環(huán)，對(duì)觀測(cè)的多組環(huán)路進(jìn)行數(shù)據(jù)剔除和處理，選取閉合差滿足常規(guī)二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求的環(huán)路進(jìn)行聯(lián)合平差求取歸心墩高程。后期高程傳遞與平面?zhèn)鬟f方式相同。利用臨近墩墩頂高程控制點(diǎn)進(jìn)行高程的傳遞。

3 墩臺(tái)架設(shè)

3.1 底節(jié)承臺(tái)墩身安裝

3.1.1 樁頭竣工

樁頭竣工測(cè)量主要是檢核復(fù)合樁中心偏位以及樁頭標(biāo)高。嚴(yán)格控制樁頭標(biāo)高，避免預(yù)留孔鋼筋焊接受阻。確保后續(xù)工序的順利開(kāi)展。根據(jù)中山預(yù)制場(chǎng)墩臺(tái)出廠竣工數(shù)據(jù)反算油頂現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)高程，并由測(cè)量人員嚴(yán)格控制。

3.1.2 堰內(nèi)壁軸線點(diǎn)布

圍堰內(nèi)壁承臺(tái)頂面高程處十字軸線放樣，目的是在墩臺(tái)下放安裝過(guò)程中與承臺(tái)頂面十字軸線進(jìn)行比對(duì)，與實(shí)測(cè)的圍堰內(nèi)壁與承臺(tái)四側(cè)面的縫隙值，利用木楔限位，將墩臺(tái)的平面偏差盡量減小，簡(jiǎn)化后續(xù)精調(diào)工作。endprint

3.1.3 底節(jié)墩臺(tái)平面及高程精調(diào)

根據(jù)墩臺(tái)出廠竣工數(shù)據(jù)利用頂推裝置嚴(yán)格恢復(fù)承臺(tái)面四角高差及絕對(duì)高程以及墩身垂直度和軸線偏差。底節(jié)承臺(tái)墩身頂面裙邊及8個(gè)預(yù)留砼立柱絕對(duì)高程竣工測(cè)量，主要是為頂節(jié)墩身墩帽安裝提供指導(dǎo)。

表1 承臺(tái)高程和吊具底高程計(jì)算結(jié)果測(cè)點(diǎn)

樁號(hào) 預(yù)制區(qū)承臺(tái)高程（m） 存放區(qū)承臺(tái)高程（m） 差值（mm） 示意圖：

高程

A 10.630 10.620 -10 -6.005

B 10.633 10.633 0 -6.002

C 10.643 10.634 -9 -5.992

D 10.631 10.633 2 -6.004

吊具底高程測(cè)量

測(cè)點(diǎn)號(hào) 實(shí)測(cè)吊

具高程 轉(zhuǎn)換后吊

具高程 差值（mm）

157#-1 10.645 10.653 -8 -5.982

157#-2 10.658 10.663 -5 -5.972

157#-3 10.659 10.661 -2 -5.974

157#-4 10.666 10.673 -7 -5.962

157#-5 10.698 10.702 -4 -5.933

157#-6 10.660 10.660 0 -5.975

注：預(yù)制區(qū)承臺(tái)設(shè)計(jì)高程（H）為10.635m

算例中承臺(tái)頂面架設(shè)墩位絕對(duì)高程設(shè)計(jì)值為-6m

H1=-6+h1-H

H1為架設(shè)墩位ABCD的絕對(duì)高程。4個(gè)點(diǎn)位的高程要嚴(yán)格按照出廠數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。四角互差限差值長(zhǎng)邊為±7.5mm，短邊為±2mm。吊具扁擔(dān)梁高程（h3）是墩臺(tái)轉(zhuǎn)移到存放區(qū)后安裝實(shí)測(cè)的。通過(guò)存放區(qū)ABCD角點(diǎn)實(shí)測(cè)的高程（h2）與預(yù)制區(qū)實(shí)測(cè)高程（h1）差值。利用扁擔(dān)梁中心距長(zhǎng)邊角點(diǎn)長(zhǎng)度進(jìn)行比例改正求解預(yù)制區(qū)虛擬的扁擔(dān)梁中心設(shè)計(jì)高程（h4）。

H2=-6+h4-H

H2為架設(shè)墩位豎向頂推裝置的頂面高程。

3.2 頂節(jié)墩身墩帽調(diào)整

3.2.1 數(shù)據(jù)整合

結(jié)合底節(jié)承臺(tái)墩身竣工數(shù)據(jù)與頂節(jié)墩身墩帽出廠數(shù)據(jù)計(jì)算8根預(yù)埋砼立柱抄墊高度使墩頂絕對(duì)高程可控，保證墩帽安全落放。

圖3 頂節(jié)墩身加墩帽調(diào)整數(shù)據(jù)整合算例（單位：mm；標(biāo)高：m）

砼立柱抄墊計(jì)算：

3.2.2 精調(diào)

墩帽架設(shè)控制方法和原理與承臺(tái)架設(shè)一樣。調(diào)整墩帽頂面四角高差，恢復(fù)構(gòu)件在預(yù)制臺(tái)座時(shí)的空間姿態(tài)。平面位置通過(guò)在控制點(diǎn)架設(shè)全站儀，觀測(cè)預(yù)制場(chǎng)竣工時(shí)做的軸線點(diǎn)來(lái)確認(rèn)。垂直度通過(guò)計(jì)算高差（預(yù)制場(chǎng)出廠數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)）的差值計(jì)算。

3.2.3 竣工測(cè)量

四角高差及軸線偏位復(fù)測(cè)、墩帽頂面加密控制點(diǎn)傳遞。為墊石施工做準(zhǔn)備。

4 墊石施工

墊石施工的精度要求高，受海浪及大氣折光影響，為保證放樣點(diǎn)位一致性，無(wú)法在控制點(diǎn)上直接觀測(cè)。我們采取的辦法是，在每個(gè)墩頂布設(shè)控制點(diǎn)。將儀器架設(shè)在待測(cè)墩墩頂控制點(diǎn)上完成測(cè)量任務(wù)。平面控制點(diǎn)平面?zhèn)鬟f方法和圍堰歸心墩一樣，高程控制點(diǎn)略有區(qū)別，一律采用測(cè)量機(jī)器人跨海高程傳遞的方法進(jìn)行，嚴(yán)禁使用水準(zhǔn)儀傳遞高程。一般測(cè)量任務(wù)如檢查模板，竣工測(cè)量采取常規(guī)方法即可。

5 結(jié)語(yǔ)

海上施工測(cè)量精度控制是一個(gè)經(jīng)典又新穎的課題。施工工藝決定測(cè)量方法，測(cè)量手段的改進(jìn)又輔助施工工藝的革新。相互促進(jìn)的關(guān)系在鋼管樁插打和墩臺(tái)安裝的實(shí)踐過(guò)程中得到很好的論證。

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