武漢天興洲大橋斜樁測量定位技術(shù)

詹志文 胡 鋒 張勁松

（1.江西省基礎(chǔ)測繪院 江西南昌330001；2.中鐵大橋局集團(tuán)第五工程公司 江西南昌332004）

1 工程概況

武漢天興洲大橋位于武漢長江二橋下游9.5公里的天興洲江段，橋位處長江河段屬微彎分叉型河段。江中天興洲將長江分為南、北兩個河汊，南側(cè)主河汊寬約1.5km，北側(cè)副河汊寬約1.1km，天興洲寬約1.5km。

武漢天興洲大橋從北岸諶家磯長江大堤堤腳DK7+449.4m，向南跨長江北汊上天興洲，越過長江南汊至DK12+106.5m 止，全長4657m，其中公鐵合建段長2638.6m。南汊正橋采用98+196+504+196+98米雙塔三索面斜拉橋，上層為雙向6 車道公路，下層為四線鐵路。北汊正橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,公鐵并排布置，公路在上游，鐵路在下游。斜拉橋主梁為板桁結(jié)合鋼桁梁，N 型桁架，三片主桁；其余部分鐵路采用預(yù)制混凝土簡支箱梁，公路采用現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁。主塔采用混凝土結(jié)構(gòu)，呈倒Y型，承臺以上高度為195m。

主塔2#、3#墩位于南側(cè)主河汊上，均采用雙壁鋼圍堰基礎(chǔ)。2#主塔墩靠近天興洲岸，因河床較高，圍堰定位系統(tǒng)采用高樁承臺錨墩定位。錨墩的基礎(chǔ)為6～9 根不同斜率和傾斜方向的鋼管樁。

2 錨墩結(jié)構(gòu)

在2#主塔墩的墩位上下游各設(shè)兩個錨墩，編號為A、B、C、D(以天興洲岸上游為起點(diǎn)，按逆時針方向編排)。錨墩采用φ1.0m、δ=12mm的鋼管樁群樁基礎(chǔ)，上設(shè)混凝土高樁承臺和絞錨及鋼絞線張拉系統(tǒng)。上游錨墩中心橫向距橋中線120m，縱向距2#墩里程65m；下游錨墩中心橫向距橋中線80m，縱向距2#墩里程61m。錨墩承臺頂面標(biāo)高為+23.0m，承臺高2.5m，鋼樁頂標(biāo)高為+21.5m。上游每個錨墩基礎(chǔ)設(shè)9根鋼樁，采用1∶5 和1∶11 兩種斜度；下游每個錨墩設(shè)6 根鋼管樁，也采用1∶5 和1∶11 兩種斜度；鋼管樁采用斜樁的目的是為了抵抗圍堰定位過程中的水平拉力。錨墩布置結(jié)構(gòu)圖如（1-1）所示：

3 測量方案的確定

根據(jù)測量組現(xiàn)有的設(shè)備配置、打樁施工船的形式和施工地點(diǎn)的地形條件，在保證施工要求的前提下，為了方便快捷對鋼樁進(jìn)行定位控制，我們選擇確定了先控制調(diào)整打樁施工船（粗定位），再對鋼樁進(jìn)行精確調(diào)整（精定位）的方案進(jìn)行施工控制。

1、先對打樁施工船進(jìn)行必要的測量，找出打樁施工船主要工作軸線的關(guān)系和尺寸；

2、和打樁船上的工作人員進(jìn)行溝通交流，參考他們的意見，確定每個錨墩鋼樁施工前打樁船的定位錨位置（以利在鋼樁定位過程中更好的控制和調(diào)整打樁船至預(yù)定工作地點(diǎn)）；

3、在天興洲岸南側(cè)布設(shè)打樁控制點(diǎn)，保證在交會定位的圖形強(qiáng)度；

4、根據(jù)對打樁船的測量結(jié)果，在打樁船上布置定位觀測點(diǎn)，確定其與打樁船的工作軸線的關(guān)系和距離；

5、根據(jù)在天興洲岸南側(cè)和在打樁船上布置定位觀測點(diǎn)，即可預(yù)先計(jì)算每根鋼樁定位時打樁船觀測點(diǎn)的坐標(biāo)和鋼樁的定位數(shù)據(jù)。減少現(xiàn)場施工測量的工作量，確保計(jì)算數(shù)據(jù)無誤。

4 測量定位前的準(zhǔn)備工作

4.1 外業(yè)測量的準(zhǔn)備工作

1、根據(jù)已有控制點(diǎn)和錨墩的位置，在天興洲岸南側(cè)，按四等導(dǎo)線和四等水準(zhǔn)測量要求，加密布設(shè)了平面和高程控制點(diǎn)。所布點(diǎn)位要滿足鋼樁定位時的交會角不小于30°且不大于120°的工程測量規(guī)范要求。

2、在已經(jīng)制造好的鋼樁上，用白油漆做上醒目的刻劃標(biāo)記。做標(biāo)記時，在鋼樁中間部分按1m 間隔標(biāo)注，接近鋼樁設(shè)計(jì)標(biāo)高處，按0.1m 間隔標(biāo)注，以便計(jì)算鋼樁頂標(biāo)高及貫入度。

3、為了能更好控制鋼管樁的斜率和傾斜方向，在打樁船兩側(cè)，布設(shè)了兩對與岸上通視條件良好的定位觀測點(diǎn)B1、B2、B3、B4，且定位觀測點(diǎn)B1 與B2和B3 與B4的連線與打樁船導(dǎo)向架中心的前后工作軸線方向平行。用LeicaTC1800 全站儀測出打樁船上定位觀測點(diǎn)B1、B2、B3、B4 與導(dǎo)向架垂直時的中心的坐標(biāo)，根據(jù)所測坐標(biāo)，計(jì)算出它們之間的相對關(guān)系；再用鋼卷尺量出水面至打樁船導(dǎo)向架轉(zhuǎn)軸處的距離L。定位觀測點(diǎn)B1、B2、B3、B4 與導(dǎo)向架中心關(guān)系位置如圖（1-2）所示：

4.2 測量內(nèi)業(yè)的準(zhǔn)備工作

1、首先收集齊相關(guān)資料，包括2#墩錨墩布置圖和錨墩結(jié)構(gòu)圖、錨墩施工工藝、打樁船的結(jié)構(gòu)尺寸和相關(guān)性能參數(shù)等。依據(jù)《新建鐵路工程測量規(guī)范》、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》、和《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》，選擇適當(dāng)?shù)臏y量儀器，制定相應(yīng)的測量方案。

2、根據(jù)收集的錨墩布置圖和錨墩結(jié)構(gòu)圖，計(jì)算出每個錨墩中心位置坐標(biāo)和軸線方向，再根據(jù)每個錨墩各鋼管樁的傾斜方向和傾斜度，計(jì)算出各鋼管樁在某一高程面的樁中心坐標(biāo)（因?yàn)殄^墩鋼管樁采用的是不同傾斜方向和不同的傾斜度，故其樁中心的平面位置在不同的高程面，就會有不同的坐標(biāo)相對應(yīng)）。計(jì)算坐標(biāo)時，每根鋼樁要計(jì)算出不同高程面上的兩個坐標(biāo)，且這兩個高程面之間的距離應(yīng)盡可能大些，這樣有利于儀器交會定位時，能更好的反映出鋼樁的傾斜度和傾斜方向。

3、依據(jù)加密控制點(diǎn)坐標(biāo)和各樁坐標(biāo)，計(jì)算每根樁在兩個不同高程面上的交會方位角和豎直角。由于是斜樁，樁中心是否位于交會方向上難以判別，為了便于測量員操作，將交會樁中心的方向改為照準(zhǔn)鋼樁的邊沿。計(jì)算公式如下：α=sin-1（r/S）AGM1～P=tan-1（△Y/△X）AGM1～E=AGM1～P±α V1=tan-1（h1/D1）V2=tan-1（h2/D2），圖中:GM1表示測站點(diǎn)編號、P表示斜樁中心、E表示視線與斜樁邊沿的切點(diǎn)、r表示斜樁的半徑、S表示測站GM1 到斜樁中心P的水平距離、i表示儀器高、V1、V2分別表示交會不同高程面時的豎直角、D1、D2分別表示測站到斜樁中心不同高程面的水平距離、h1、h2分別表示水平視線到斜樁中心不同高程面的距離。α表示照準(zhǔn)斜樁中心與切邊的偏角、AGM1～P、AGM1～E分別表示測站至斜樁中心和邊沿的方位角。如平面圖1-3 和立面圖1-4所示：

4、根據(jù)施工當(dāng)天的水位標(biāo)高和先前采集的水面至打樁船導(dǎo)向架轉(zhuǎn)軸處的距離L，計(jì)算將要定位的斜樁在轉(zhuǎn)軸標(biāo)高處的樁中心坐標(biāo)，再依據(jù)此點(diǎn)與打樁船某一側(cè)臨時控制點(diǎn)的相對關(guān)系，推算出這根斜樁在正確位置時，打樁船上臨時控制點(diǎn)B1、B2的相應(yīng)坐標(biāo)：X1、Y1,X2、Y2。

5 測量定位時的具體操作方法

先利用打樁船上傾斜刻度裝置，把鋼樁調(diào)到設(shè)計(jì)斜度，再以垂球和鋼尺對其進(jìn)行復(fù)核。岸上測量員將兩臺儀器，分別按某一固定高度架設(shè)在加密控制點(diǎn)上，相互后視定向（如采用標(biāo)稱精度：測角為1″、測距為1+2ppm的LeicaTC1800 全站儀和測角精度為2″級的SOKKIA T6OO 電子經(jīng)緯儀）。用全站儀測出打樁船上定位觀測點(diǎn)B1、B2的坐標(biāo)：X1`、Y1`、X2`、Y2`根據(jù)實(shí)測的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)的差值：△X1=X1`-X1、△Y1=Y1`-Y1 和△X2=X2`-X2,△Y2=Y2`-Y2,指揮打樁船往相對應(yīng)方向移動，當(dāng)打樁船按照要求移動完畢，再次對打樁船上的定位觀測點(diǎn)進(jìn)行測量（此項(xiàng)操作應(yīng)反復(fù)進(jìn)行，使實(shí)測控制點(diǎn)的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)相差不大于5cm時，且△X1 與△X2，△Y1 與△Y2 符號相同）。然后用兩臺儀器分別對鋼樁不同高程面進(jìn)行前方交會，根據(jù)交會的情況進(jìn)行調(diào)整，使其精度滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。因?yàn)樵谡{(diào)整斜樁的過程中，其位置和方向會相互影響，所以應(yīng)先調(diào)斜樁的傾角，再調(diào)出斜樁的傾斜方向，最后調(diào)整斜樁的平面位置（此調(diào)整過程要反復(fù)進(jìn)行，直至滿足設(shè)計(jì)施工規(guī)范要求）。

6 下樁過程中的測量

當(dāng)斜樁定位精度符合要求后，就可緩慢地將斜樁順著導(dǎo)向架扦入河床中；在下樁的過程中，岸上的儀器要對樁位和打樁船的位移進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。具體做法是下樁時在控制點(diǎn)上用一臺儀器照準(zhǔn)水面上斜樁的某一邊沿，另一臺儀器照準(zhǔn)斜樁中間偏上的另一邊沿，隨時觀察下樁過程中樁邊沿是否偏離儀器視線方向，并將觀察情況及時匯報(bào)至打樁船上的指揮員，直至將樁位打到設(shè)計(jì)位置。待樁錘從鋼樁上脫開后，用全站儀測出已打到位的樁中心位置，檢測其實(shí)際偏差。

7 結(jié)束語

武漢天興洲大橋2＃錨墩，全部采用不同傾斜度的斜樁基礎(chǔ)。經(jīng)分析，斜樁準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵要素是：斜樁的傾斜度與傾斜方向以及斜樁的平面位置。天興洲大橋2#錨墩采用上述方法進(jìn)行斜樁測量定位，從施工定位過程和打完樁后的竣工情況看，此方法完全滿足工藝精度要求，且定位效率高。因此，用此方法對斜樁進(jìn)行定位測量是可行可靠的。但在測量定位過程中還要注意以下幾個方面：

1、由于斜樁定位時的計(jì)算數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，在定位前應(yīng)有兩人以上按圖紙對數(shù)據(jù)進(jìn)行單獨(dú)校核，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2、根據(jù)具體的情況，在岸上布置合理的控制點(diǎn)。

3、合理拋設(shè)打樁的前后錨及邊錨。

4、打樁船上同一側(cè)兩控制點(diǎn)的連線一定要與導(dǎo)向架仰俯方向的正投影線平行，并且準(zhǔn)確測出導(dǎo)向架中心轉(zhuǎn)軸處與船上臨時控制點(diǎn)的相對關(guān)系。

5、斜樁定位時，按先調(diào)傾斜度、再調(diào)傾斜方向，最后調(diào)整平面位置的順序。

6、在下樁和打樁過程中要嚴(yán)格控制斜樁的方向與傾斜度，并及時將信息反饋于打樁船上的指揮員。

[1]《新建鐵路工程測量規(guī)范》.TB,10101-99.

[2]《鐵路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》.TB,10203-2002 J162-2002.

[3]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》.JTJ041-2000.

[4]《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》.JTG FS0/1—2004.