陳永青

摘 要：隨著打樁船沉樁技術(shù)的進(jìn)步，目前通常采用GPS-RTK打樁定位技術(shù)進(jìn)行鋼管復(fù)合樁位的高精度定位。相比于傳統(tǒng)的GPS定位技術(shù)，該技術(shù)具有測(cè)量精度高，數(shù)據(jù)可靠，測(cè)量速度快，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，全天候運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為大型打樁船必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。文章通過實(shí)例闡述GPS-RTK打樁定位技術(shù)在大橋鋼管復(fù)合樁工程中打樁船高精度沉樁工藝的應(yīng)用情況。

關(guān)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(dòng)橋梁建設(shè)科技進(jìn)步也促進(jìn)先進(jìn)設(shè)備及關(guān)鍵施工技術(shù)的應(yīng)用，因此具有廣闊的深海水域能源資源的開發(fā)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(xué)者研究的課題。目前，GPS-RTK技術(shù)由于使用方便、快捷，越來(lái)越被廣泛使用。該技術(shù)在工程項(xiàng)目中使用時(shí)具有很高的精度，如港珠澳大橋的建設(shè)過程中就采用了這種技術(shù)，此外GPS-RTK技術(shù)往往需要結(jié)合其他技術(shù)來(lái)確保測(cè)量精度。實(shí)踐證明，打樁船高精度沉樁采用定位GPS-RTK技術(shù)能顯著的提高工程質(zhì)量。

1 工程實(shí)例

1.1 概況

港珠澳大橋非通航孔樁基采用鋼管復(fù)合樁，其樁長(zhǎng)為75m，重90t，屬超長(zhǎng)超重樁，根據(jù)《大橋質(zhì)量管理制度》中對(duì)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(guī)范限差的2.5倍，沉樁精度要求高。

本項(xiàng)目施工水域位于江河中心位置，風(fēng)浪大，水流急，暗涌頻繁，潮汐類型屬于不規(guī)則的半日潮混合潮型，日不等現(xiàn)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(huán)境相當(dāng)惡劣。

1.2 施工方案設(shè)計(jì)

采用大型打樁船沉樁法進(jìn)行施工。

大型打樁船沉樁法有以下優(yōu)點(diǎn)：成孔速度快，效率高，能在較短的時(shí)間內(nèi)完成工程計(jì)劃；機(jī)械設(shè)備需求量較少，材料周轉(zhuǎn)便捷，可以有效的控制施工成本。

其缺點(diǎn)如下：受環(huán)境影響較大，尤其江海上風(fēng)浪的影響；打樁船需要先進(jìn)的作業(yè)操作系統(tǒng)，要求各環(huán)節(jié)具有較高的施工工藝。

1.3 “長(zhǎng)大海基”打樁船的主要參數(shù)

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(lián)吊最大起重量：250t；

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

1.4 施工工藝流程

海上沉樁流程為：前期準(zhǔn)備（調(diào)試樁基定位系統(tǒng)）→運(yùn)輸鋼樁→沉樁船就位→打樁船運(yùn)樁就位→機(jī)械立樁→管樁進(jìn)龍口→移船就位→穩(wěn)定船身、控制好龍口豎向角度→調(diào)整樁位平面借助GPS精準(zhǔn)定位、拉緊纜繩→樁自沉→借助GPS調(diào)整船位和龍口→壓上柴油錘和替打→借助GPS重新調(diào)整船位和龍口→啟動(dòng)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(shí)調(diào)整錘擊頻率→滿足沉樁控制條件后停錘→估測(cè)樁偏位→起吊錘和替打→移船取樁。

1.5 海上GPS-RTK技術(shù)

GPS-RTK系統(tǒng)常用于打樁船定位系統(tǒng)，GPS-RTK技術(shù)是海上GPS打樁定位系統(tǒng)的主要技術(shù)，該技術(shù)包括了傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)、電子傳感技術(shù)、實(shí)時(shí)分析和處理數(shù)據(jù)等功能。首先，基準(zhǔn)站GPS接收機(jī)設(shè)在岸上已定的控制點(diǎn)上，然后將3個(gè)移動(dòng)臺(tái)GPS接收機(jī)安裝在打樁船后側(cè)的適當(dāng)位置。在移動(dòng)臺(tái)上使用已知精度坐標(biāo)和采集的載波相位，用微分求解坐標(biāo)。

該項(xiàng)目使用的“長(zhǎng)大?；贝驑洞b配一套高精度打樁定位系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件包括三臺(tái)TrimbleR7GPS流動(dòng)站，兩臺(tái)高精度測(cè)距儀，一臺(tái)高精度側(cè)傾儀等組成。

TrimbleR7GPS流動(dòng)站，以RTK方式實(shí)時(shí)控制船體的位置、方向和姿態(tài)，由測(cè)距儀測(cè)得的實(shí)時(shí)樁中心與測(cè)距儀相對(duì)距離，最后根據(jù)船體姿態(tài)和相對(duì)關(guān)系計(jì)算出實(shí)際鋼管樁中心位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樁身的定位和定向。樁架上安裝有1臺(tái)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(shè)的鋼管中心線一致。通過前后調(diào)整樁架、左右船艙注入平衡水，達(dá)到對(duì)鋼管縱、橫向垂直度的控制。樁頂標(biāo)高由安裝在樁架上的“高程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”實(shí)時(shí)測(cè)定。GPS、測(cè)距儀、傾斜儀所測(cè)得的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳送至控制室計(jì)算機(jī)中，再通過軟件顯示在屏幕上。

1.6 系統(tǒng)設(shè)計(jì)精度及功能模塊

在精密設(shè)備的安裝和操作之前，按照系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備的精度（雙GPS-RTK）得到的平面定位誤差理論值應(yīng)小于5cm，樁頂標(biāo)高誤差應(yīng)小于5cm。該系統(tǒng)的精度是定位誤差應(yīng)小于10cm，垂直定位誤差應(yīng)小于10cm。保證測(cè)量定位精度的方法：打樁船開始施工作業(yè)時(shí)，當(dāng)施工第一根鋼管樁時(shí)，應(yīng)在海上固定測(cè)量點(diǎn)使用常規(guī)的設(shè)備去定位管樁樁位，將得到的數(shù)據(jù)與船上的定位系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)做對(duì)比，當(dāng)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)及設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)調(diào)校精確時(shí)，就能夠進(jìn)一步提高GPS的定位精度。

2 結(jié)束語(yǔ)

GPS-RTK沉樁定位技術(shù)測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)可靠、測(cè)量速度快、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、操作人員少、全天候作業(yè)，是大型打樁船能夠得到工程應(yīng)用的關(guān)鍵一步。結(jié)合工程實(shí)例，通過分析得知選用裝有GPS-RTK沉樁定位技術(shù)大型打樁船沉樁進(jìn)行復(fù)合鋼管樁的高精度作業(yè)，大大縮短了鋼管復(fù)合樁沉樁工期，為項(xiàng)目后續(xù)生產(chǎn)施工創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)有效的控制了船機(jī)設(shè)備及周轉(zhuǎn)材料的投入，節(jié)省了巨額的施工成本。

參考文獻(xiàn)

[1]杜兵.新型GPS-RTK打樁船定位系統(tǒng)在蘇通大橋建設(shè)中的應(yīng)用[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2006（6）：55-58.

[2]劉長(zhǎng)建.洋山三期大型鋼管樁試樁及大型鋼管樁承載力研究[D].北京：清華大學(xué)，2008.

[3]張鴻，劉先鵬.特大型橋梁深水高樁承臺(tái)基礎(chǔ)施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.