打樁船高精度沉樁工藝在大橋鋼管復合樁的應用

陳永青

摘 要：隨著打樁船沉樁技術的進步，目前通常采用GPS-RTK打樁定位技術進行鋼管復合樁位的高精度定位。相比于傳統的GPS定位技術，該技術具有測量精度高，數據可靠，測量速度快，動態監測等優勢，全天候運行等優點，現已成為大型打樁船必不可少的關鍵技術。文章通過實例闡述GPS-RTK打樁定位技術在大橋鋼管復合樁工程中打樁船高精度沉樁工藝的應用情況。

關鍵詞：打樁船；精度；沉樁；研究

引言

近幾年大型的跨海大橋工程逐漸增多，海上樁基工程的施工多采用大型打樁船方法，該方法帶動橋梁建設科技進步也促進先進設備及關鍵施工技術的應用，因此具有廣闊的深海水域能源資源的開發利用前景。然而，在海上樁基施工工作中，樁位精度一直是眾多學者研究的課題。目前，GPS-RTK技術由于使用方便、快捷，越來越被廣泛使用。該技術在工程項目中使用時具有很高的精度，如港珠澳大橋的建設過程中就采用了這種技術，此外GPS-RTK技術往往需要結合其他技術來確保測量精度。實踐證明，打樁船高精度沉樁采用定位GPS-RTK技術能顯著的提高工程質量。

1 工程實例

1.1 概況

港珠澳大橋非通航孔樁基采用鋼管復合樁，其樁長為75m，重90t，屬超長超重樁，根據《大橋質量管理制度》中對鋼管樁的精度要求，鋼管樁樁頂平面偏位≤10cm，樁頂高程≤±10cm，垂直度≤1/250，是普通規范限差的2.5倍，沉樁精度要求高。

本項目施工水域位于江河中心位置，風浪大，水流急，暗涌頻繁，潮汐類型屬于不規則的半日潮混合潮型，日不等現象明顯，施工水域附近航道較多，高速客船、各類貨船航行頻繁，施工環境相當惡劣。

1.2 施工方案設計

采用大型打樁船沉樁法進行施工。

大型打樁船沉樁法有以下優點：成孔速度快，效率高，能在較短的時間內完成工程計劃；機械設備需求量較少，材料周轉便捷，可以有效的控制施工成本。

其缺點如下：受環境影響較大，尤其江海上風浪的影響；打樁船需要先進的作業操作系統，要求各環節具有較高的施工工藝。

1.3 “長大海基”打樁船的主要參數

主尺度：74.75m×27m×5.2m；吃水：3.0m；樁架高度：100m；樁架打樁變幅：±18.5°；樁架起重變幅：6°～20°；雙鉤聯吊最大起重量：250t；

植樁直徑：800-3200mm；植樁長度：85m+水深；移船絞車：8×35t；錘型：BSP CGL-370/IHC S-600；定位系統厘米級GPS定位系統。

1.4 施工工藝流程

海上沉樁流程為：前期準備（調試樁基定位系統）→運輸鋼樁→沉樁船就位→打樁船運樁就位→機械立樁→管樁進龍口→移船就位→穩定船身、控制好龍口豎向角度→調整樁位平面借助GPS精準定位、拉緊纜繩→樁自沉→借助GPS調整船位和龍口→壓上柴油錘和替打→借助GPS重新調整船位和龍口→啟動小沖程錘擊管樁→正常錘擊管樁→利用GPS軟件分析角度變化并及時調整錘擊頻率→滿足沉樁控制條件后停錘→估測樁偏位→起吊錘和替打→移船取樁。

1.5 海上GPS-RTK技術

GPS-RTK系統常用于打樁船定位系統，GPS-RTK技術是海上GPS打樁定位系統的主要技術，該技術包括了傳統的測量技術、電子傳感技術、實時分析和處理數據等功能。首先，基準站GPS接收機設在岸上已定的控制點上，然后將3個移動臺GPS接收機安裝在打樁船后側的適當位置。在移動臺上使用已知精度坐標和采集的載波相位，用微分求解坐標。

該項目使用的“長大海基”打樁船裝配一套高精度打樁定位系統，系統硬件包括三臺TrimbleR7GPS流動站，兩臺高精度測距儀，一臺高精度側傾儀等組成。

TrimbleR7GPS流動站，以RTK方式實時控制船體的位置、方向和姿態，由測距儀測得的實時樁中心與測距儀相對距離，最后根據船體姿態和相對關系計算出實際鋼管樁中心位置，從而實現對樁身的定位和定向。樁架上安裝有1臺高精度傾斜儀（縱、橫向精度為0.01度），其顯示的縱、橫向傾斜度與需打設的鋼管中心線一致。通過前后調整樁架、左右船艙注入平衡水，達到對鋼管縱、橫向垂直度的控制。樁頂標高由安裝在樁架上的“高程監測系統”實時測定。GPS、測距儀、傾斜儀所測得的數據，實時傳送至控制室計算機中，再通過軟件顯示在屏幕上。

1.6 系統設計精度及功能模塊

在精密設備的安裝和操作之前，按照系統的設計和設備的精度（雙GPS-RTK）得到的平面定位誤差理論值應小于5cm，樁頂標高誤差應小于5cm。該系統的精度是定位誤差應小于10cm，垂直定位誤差應小于10cm。保證測量定位精度的方法：打樁船開始施工作業時，當施工第一根鋼管樁時，應在海上固定測量點使用常規的設備去定位管樁樁位，將得到的數據與船上的定位系統得到的數據做對比，當坐標系統轉換參數及設備系統參數調校精確時，就能夠進一步提高GPS的定位精度。

2 結束語

GPS-RTK沉樁定位技術測量精度高、數據可靠、測量速度快、動態監測、操作人員少、全天候作業，是大型打樁船能夠得到工程應用的關鍵一步。結合工程實例，通過分析得知選用裝有GPS-RTK沉樁定位技術大型打樁船沉樁進行復合鋼管樁的高精度作業，大大縮短了鋼管復合樁沉樁工期，為項目后續生產施工創造了有利條件，同時有效的控制了船機設備及周轉材料的投入，節省了巨額的施工成本。

參考文獻

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