內(nèi)河高樁碼頭樁基的測(cè)量定位技術(shù)探討

◎ 劉建華 中交四航局第二工程有限公司

1.工程實(shí)例

一般傳統(tǒng)常規(guī)的水上沉樁測(cè)量定位方法主要有前方交會(huì)法以及船載GPS-RTK定位法，兩者分別需要對(duì)樁位、船位進(jìn)行大量的計(jì)算，定位過程繁瑣且耗時(shí)。本文以廣東省佛山市高荷碼頭工程項(xiàng)目高樁碼頭PHC樁沉樁施工為例，利用船載GPS—RTK定位系統(tǒng)配合岸上全站儀免棱鏡技術(shù),對(duì)內(nèi)河施工樁基工藝測(cè)量定位技術(shù)進(jìn)行研究探討,著重介紹樁基定位方法,該方法簡(jiǎn)單快速,定位精度高，可以指導(dǎo)類似項(xiàng)目實(shí)際操作；經(jīng)過實(shí)測(cè),沉樁偏位控制符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

本工程位于佛山市高明大橋下游、西江右岸高明港區(qū)的荷城作業(yè)區(qū)；碼頭工程包括4個(gè)2000噸級(jí)內(nèi)河集裝箱泊位，同時(shí)滿足2艘3000噸級(jí)海輪集裝箱船靠泊要求，碼頭結(jié)構(gòu)按5000噸級(jí)集裝箱船預(yù)留設(shè)計(jì)，岸線總長(zhǎng)276m，設(shè)計(jì)分前后樁臺(tái)，前樁臺(tái)包括上下游護(hù)岸共計(jì)263根樁基需水上沉樁，碼頭為現(xiàn)澆梁板式結(jié)構(gòu)，樁基包括直樁和斜樁，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)典型斷面圖

2.定位技術(shù)方法

高樁碼頭樁基定位沉樁后平面位置偏差大小直接影響樁基的受力分布，對(duì)碼頭上部結(jié)構(gòu)造成巨大隱患，因?yàn)槠矫嫖恢闷钸^大，會(huì)大大削弱樁基承載力數(shù)值進(jìn)而直接威脅到碼頭的使用安全，所以樁基平面位置控制在港口泊位碼頭施工質(zhì)量控制中甚為重要。

2.1 常規(guī)測(cè)量定位方法

前方交會(huì)法：直樁情況下，在岸上兩個(gè)大致相互垂直的控制點(diǎn)上分別架設(shè)1臺(tái)全站儀（或經(jīng)緯儀），根據(jù)提前計(jì)算出的水平方位角，觀測(cè)樁基在設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高處的水平角度；如果是斜樁，還需增設(shè)一臺(tái)水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果反饋給打樁專職指揮，并通過移動(dòng)打樁船來調(diào)整樁位，直至將樁準(zhǔn)確定位后開始沉樁。沉樁過程中，測(cè)量人員如發(fā)現(xiàn)樁基有偏位，立即通知打樁專職指揮，進(jìn)行調(diào)整；若樁位偏差較大時(shí)，需將樁基拔起后重新定位施打，直到符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求[1]。

船載GPS-RTK定位法：根據(jù)船上安裝的GPS-RTK打樁定位系統(tǒng)配合搭載在船體及樁架上的傾斜儀，時(shí)時(shí)顯示樁體的形態(tài)，包括樁位情況及傾斜情況；打樁專職指揮根據(jù)電腦上顯示的數(shù)據(jù)指揮船上操作人員移動(dòng)打樁船到指定位置（見圖2），并調(diào)整樁架傾斜度（直樁時(shí)傾斜度為0），定好樁位，同時(shí)需要在岸上架設(shè)一臺(tái)水準(zhǔn)儀觀測(cè)打樁貫入度。沉樁過程中，通過時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)觀察如發(fā)現(xiàn)樁基有偏位，立即通知打樁專職指揮，進(jìn)行調(diào)整；若樁位偏差較大時(shí)，也需將樁基拔起后重新定位施打，直到符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

圖2 船載GPS-RTK打樁定位系統(tǒng)操作界面圖

2.2 改進(jìn)的測(cè)量方法

本工程在樁基施工過程中，綜合傳統(tǒng)常規(guī)測(cè)量定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)，利用全站儀的免棱鏡功能，加上GPSRTK打樁定位系統(tǒng)，完美的解決了水上沉樁定位難，精度低的難題[2]。

（1）直樁施工時(shí)，首先采用船載GPS-RTK定位法進(jìn)行粗定位，在岸上可視的位置，架設(shè)一臺(tái)全站儀，采用后方交會(huì)的方法，對(duì)儀器進(jìn)行定向，然后在利用儀器的免棱鏡技術(shù)，在提前計(jì)算好的水平方位角和距離的基礎(chǔ)上通過對(duì)樁位設(shè)計(jì)標(biāo)高處的中心和樁邊進(jìn)行免棱鏡測(cè)量，可以準(zhǔn)確的測(cè)量出樁的位置，對(duì)樁位進(jìn)行準(zhǔn)確定位；如果是斜樁施工，還需要對(duì)不同高程的樁心坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，因此復(fù)核出樁位的扭角及傾斜度[3]。

（2）斜樁的計(jì)算，因只使用一臺(tái)儀器，需要測(cè)量幾個(gè)高程的樁中心來復(fù)核樁位的扭角及傾斜度，那么就需要根據(jù)提高量來計(jì)算各高程處樁中心的坐標(biāo)值，再計(jì)算提高處的水平角度和距離，計(jì)算原理如下：

計(jì)算仰樁提高高程后的樁心坐標(biāo)（x1,y1）:設(shè)樁的傾斜度為m:1，其水平扭角為β，向上提高量為h，樁身提高h(yuǎn)后水平投影距離為d,設(shè)計(jì)高程處樁心坐標(biāo)為（x0,y0）。由樁身的傾斜度可得：d=h/m，由幾何關(guān)系可知，△x=dcosβ，△y=dsinβ，x1=x0+△x,y1=y0+△y。

計(jì)算俯樁時(shí)，提高高程后△x和△y 的算法和仰樁的完全一樣，但是一定要注意俯樁的樁心坐標(biāo)（x1,y1）計(jì)算和仰樁的完全不同：x1=x0-△x,y1=y0-△y；這一點(diǎn)十分重要，否則會(huì)導(dǎo)致測(cè)量定位出錯(cuò)。

本工程設(shè)計(jì)有前后樁臺(tái)，前樁臺(tái)施工時(shí)后樁臺(tái)已完成施工，故現(xiàn)場(chǎng)有較多的樁體遮擋視線，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的情況，在碼頭上下游分別設(shè)置一個(gè)固定的控制點(diǎn)，用作后視點(diǎn)位；測(cè)量過程中涉及到較多的坐標(biāo)正反算，因此我們還編制了EXECL表格用于方便坐標(biāo)正反算（見表1），定位時(shí)只需提前輸入測(cè)站坐標(biāo)及下根所需要測(cè)量的樁位的對(duì)應(yīng)高程，就可以計(jì)算出每個(gè)樁位各高程所對(duì)應(yīng)的方位角及距離，再對(duì)比全站儀測(cè)量出來的數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確知道樁位的具體情況，反饋給打樁專職指揮進(jìn)而調(diào)整樁位，從而精確的定位出每根樁基的正確位置、扭角及傾斜度。

表1 測(cè)站與樁位坐標(biāo)正反算計(jì)算表

3.定位技術(shù)研究討論

綜合上述方法，可以研究分析出各方法的優(yōu)缺點(diǎn)及定位精度：

方法1：必須配置大量的測(cè)量人員和測(cè)量?jī)x器，尤其在風(fēng)浪大的情況下，定位速度慢，精度不夠高（定位精度在10-20cm），打樁的施工效率很低，浪費(fèi)資源的同時(shí)也耗費(fèi)工期。

方法2：需配置一套GPS-RTK打樁定位系統(tǒng)，但是GPS接收機(jī)受打樁船樁架過高，以及天氣影響，導(dǎo)致GPS衛(wèi)星信號(hào)不穩(wěn)定，因此解算出來的樁位不夠準(zhǔn)確（信號(hào)穩(wěn)定時(shí)定位精度在10cm左右，信號(hào)失穩(wěn)時(shí)定位精度無(wú)法確定），但該系統(tǒng)直觀明了，簡(jiǎn)單易懂，因此定位速度快，能提高打樁的施工效率。

而本工程采用的方法，在方法2的優(yōu)點(diǎn)下，利用了全站儀的特性，綜合了所有的資源，消除了方法2的不穩(wěn)定性和定位精度不夠準(zhǔn)確的弊端，也消除了方法1中定位速度慢及精度不夠高的缺點(diǎn)，使打樁定位的速度成倍的提高，定位的精度也得到了顯著的提升；通過在實(shí)際操作中的情況反饋，定位時(shí)間只需不到5分鐘，定位的精度可達(dá)5cm以內(nèi)，大大地提高了成樁的效率和準(zhǔn)確性。具體的復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。

表2 樁基測(cè)量驗(yàn)收記錄表

在內(nèi)河碼頭施工過程中，需要考慮的其他因素也有很多，例如潮汐、汛期等，在沉樁過程中也有很多需要考慮的，例如地質(zhì)情況、開挖面的坡度以及樁基的俯仰情況等，都對(duì)樁基的施工有很大的影響，需要和打樁預(yù)留值結(jié)合起來；本文僅單獨(dú)考慮測(cè)量定位的一些影響因素。最后本項(xiàng)目沉樁情況如圖3所示。

圖3 已完成沉樁樁位現(xiàn)場(chǎng)圖

4.結(jié)論

在我國(guó)大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)下，內(nèi)河的水路運(yùn)輸也將得到重視，而內(nèi)河碼頭的結(jié)構(gòu)形式受潮汐、汛期等的影響，勢(shì)必要采用高樁梁板結(jié)構(gòu)形式；通過在佛山港高荷碼頭項(xiàng)目樁基施工中測(cè)量定位實(shí)際運(yùn)用，該方法在同類樁基的施工工作中其定位速度快、精度高，有效提高施工效率,為企業(yè)贏得良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為同類碼頭項(xiàng)目施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)。