跨海大橋定位樁安裝新工藝

殷婷婷　嚴輝煌

摘要：起重船放置導管架入水后采用四根輔助導管進行粗定位，再用調平油缸水平調平；之后，上滑塊的滑移油缸結合GPS信號進行精確定位后鎖死；最后通過上下滑塊的夾樁器進行微調及垂直度修正，以達到工程設計所需要的安裝精度要求。

關鍵詞：定位樁；導向架；GPS；滑移油缸；橋梁建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：U655 文章編號：1009-2374（2017）04-0109-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.056

1 概述

基于已完成的港珠澳大橋橋梁試樁工程情況以及杭州灣大橋的定位樁安裝，采用傳統打樁船打設鋼管樁，其垂直度只能做到1/200L，平面誤差在10cm左右，而現在越來越多新的跨海工程設計的要求垂直度已達到1/400L，平面誤差在5cm以內。傳統大型打樁船依靠錨泊系統來實線船舶在海上的定位和移船，而錨泊系統一般采用鋼絲繩或錨鏈作為錨纜，錨纜在錨拋出去數百米后，即使由錨機將鋼絲繩拉緊，但由于受到鋼絲自身重量影響，會形成一個弧度。錨纜自身具有一定的彈性，造成了船體在波浪或風、水流的影響下，產生一定程度的位移或傾斜，位移量一般都遠超過10cm，且產生極頻繁的晃動，從而造成上述兩項指標都難以達到。

同時，由于某些海域（如江河入?？?、洋流經過處）水流流速大，風浪影響頻繁，這些環境因素都會對傳統定位樁的安裝施工造成極大的不確定性。

所以，采用常規錨泊定位的打樁船及導向架已經難以達到目前的工程工藝要求的，為此我們專門研究了能適應各種復雜海況的GPS打樁導向定位架系統。

2 工作原理

該導向定位架參考港珠澳大橋的一個樁點四根樁的安裝模式設計，主要是采用起重船將該架在指定位置進行安裝并粗定位（粗定位精度為±200mm范圍內），將該架放置在泥面上，該架底部設有防沉板以防止下沉。然后采用四根鋼管樁作為導向架輔助樁腿穿過該架位于四角的四個導管插入泥面至并沉樁至泥面以下50m，通過調平油缸將導向架調平并固定在樁上，利用該架上下兩層夾樁器通過液壓油缸及平面滑移系統在一定范圍內（±300mm）產生四個夾樁器整體平面滑移。因調整層的四個夾樁器均形成一個整體，所以樁的相對位置不會發生變化，而通過上下調整層的相對平面滑移，可精確調整樁的平面位置及垂直度，先用振動錘施打，在施打過程中嚴密監控樁的垂直度變化，垂直度一出現變化馬上采用振動錘進行糾偏，一直將樁振動至-50.0m標高處。此時樁已基本穩定，并進入較硬的土質（N=10以上），再更換液壓打樁錘在定位架的導向下打至設計標高

-70.0m處，即滿足設計要求。

3 打樁定位導向架基本構造

打樁定位導向架主要材質為船用鋼，主體由四根鋼管作為導管，導管間距為13m×10.9m。采用Φ800mm×δ12mm鋼管作為主橫撐桿焊接成一個四方立體導管式定位導向架。定位導向架設置上、下兩個精確調節導向層，兩層導向裝置間距為12m。導向定位架底部設置防沉板，防止導向架在安放到泥面后下沉。見圖1所示：

4 導向架主要系統裝置

4.1 上層調節裝置

上調整層由下滑板、上滑板、四個夾樁器、八個滑移油缸、導向板以及支撐系統組成。

下滑板焊接在導向定位架主體上，可支撐上滑板及四個夾樁器并使其可在上面滑動。

夾樁器的主要功能是讓樁通過，并對樁進行位移限制，僅允許樁進行軸向的移動及夾緊樁。四個夾樁器按樁位的間距，焊接布置在上滑板上形成一個整體。

上調整層的主要功能是使四個夾樁器形成一個整體，使四根樁分別通過導向板進入夾樁器后的相對位置固定不變。在夾樁器將樁夾緊后，可將四根樁在保持相對位置不變的情況下，整體在±300mm的范圍內進行任意方向的平面精確移動，當四個樁位的平面誤差均達到設計要求后，可通過機械方式對上滑板以及其上的四個夾樁器進行鎖定。

上滑板與下滑板之間可通過八個滑移油缸（每側兩個）調節，進行平面任意方向滑動，使焊接在上滑板上的四個夾樁器產生平面移動，從而達到調整樁位平面位移的目的。

下滑板焊接固定在導向定位架本體上，起支撐上滑板及焊接在上滑板上四個夾樁器的作用，同時提供給上述構件在上面滑動的平面。面層采用磨平加工，以減少滑動摩擦力。

上滑板按樁位尺寸開孔，將四個夾樁器焊接在開孔的相應位置，可讓樁通過并將樁夾緊。上滑板下表面須進行磨平加工，以減少與下滑板之間的滑動摩擦力。

夾樁器由以下主要部件組成：圓形箱體、導向板、夾樁油缸、夾樁滾輪、滾輪滑道，夾樁器焊接固定在上滑板上，夾樁導輪由液壓油缸推動，也可用機械形式鎖定。

下層導向裝置：下層導向調節裝置同上層調節裝置結構及工作原理相同。在上層導向裝置調整四根樁的平面位置達到設計要求并采用機械鎖定后，當樁進入下層導向調整裝置后，通過對下層位置的精確調整，可精確調整樁的垂直度。

4.2 液壓系統

每個導向架調整層有24個液壓油缸（其中16個夾樁器夾樁油缸、8個滑移油缸），上、下兩個層導向裝置，有48個液壓油缸（其中32個夾樁器油缸、16個滑移油缸）。四個導管下部用于固定導管與樁的油缸2個×4=8個，共有56個油缸。此外，導管架調平系統在每根導管頂部設置一臺液壓千斤頂，共四臺。液壓系統將上、下兩層分成兩個系統，在導向架頂部設置兩臺型號相同可相互替代的液壓動力站及油缸控制臺。

4.3 GPS定位系統

GPS定位天線設置在上層導向裝置的軸線上（此軸線與大橋縱向軸線重合），數量為兩個，固定處為上滑塊兩端。當滑移油缸推動上滑塊微調時，天線達到預定位置，且大橋設計軸線與天線兩點連線垂直并經過其中點時，則精確定位成功。

5 導向定位架詳細工作過程