大管徑鋼護(hù)筒海上定位測量技術(shù)

柏晶晶

中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司 江西九江 332001

摘要：平潭海峽公鐵兩用大橋元洪航道斜拉橋主塔墩N04#墩樁基鋼護(hù)筒直徑達(dá)4.4m，護(hù)筒均長59m，均重200t。大管徑鋼護(hù)筒在惡劣海況下起吊定位和插打平面偏差以及垂直度測量精度控制技術(shù)的探究是橋梁樁基施工測量一個很好的研究課題。雙層導(dǎo)向框精限位施工工藝和雙斷面法護(hù)筒平面及垂直度精度控制的測量方法在實(shí)際施工過程中的運(yùn)用，很好的克服了不利氣象條件對鋼護(hù)筒定位插打的影響、并解決了施工測量數(shù)據(jù)結(jié)果反饋延時(shí)的難題。

關(guān)鍵詞：鋼護(hù)筒；導(dǎo)向框；雙斷面法；編程運(yùn)用

1，工程概況

N04#主塔墩基礎(chǔ)采用22根直徑4.0m鉆孔樁，C45水下混凝土，樁長為63m～72m。橫向樁距8.2m，縱向樁距8.2m。承臺為圓端啞鈴形的高樁承臺，C50混凝土，承臺頂高程為+5.0m，承臺底高程為-4.0m，厚9.0m，平面尺寸81.0×33.0m。該墩位位于元洪航道，常年來往運(yùn)輸大型船舶數(shù)量多，與橋區(qū)施工船舶作業(yè)區(qū)域存在交叉；施工海域季風(fēng)周期長，期間形成的大到巨浪嚴(yán)重制約施工計(jì)劃。

N04#墩樁基平面布置圖

2，測量施工工法介紹

根據(jù)鉆孔平臺和樁位的相對位置關(guān)系，同時(shí)考慮元洪航道船舶通航的安全性以及漲退潮實(shí)時(shí)潮位高低對起吊船舶拔桿吊裝安全角度的影響，保證整個護(hù)筒下放定位的快速、安全，整個吊裝下放定位的過程細(xì)分為4個步驟。運(yùn)輸、起吊船舶和鉆孔平臺相對位置布設(shè)→鋼護(hù)筒起吊粗定位→平潮期鋼護(hù)筒精定位及下放精調(diào)→鋼護(hù)筒插打竣工。

（1）運(yùn)輸、起吊船舶和鉆孔平臺相對位置布設(shè)

為了規(guī)避元洪航道來往船舶，考慮運(yùn)輸和起吊鋼護(hù)筒的施工安全，對相關(guān)施工船舶與鉆孔平臺相對位置進(jìn)行了嚴(yán)格的設(shè)計(jì)。主、副起吊船首先在護(hù)筒運(yùn)輸船上起吊鋼護(hù)筒，絞錨到護(hù)筒豎轉(zhuǎn)區(qū)協(xié)同作業(yè)進(jìn)行護(hù)筒豎轉(zhuǎn)。

（2）鋼護(hù)筒起吊粗定位

豎轉(zhuǎn)完成后副吊裝船摘除掉護(hù)筒底部鋼絲繩，通過鉆孔平臺上吊裝指揮人員的指揮，主吊裝船絞錨到護(hù)筒下放孔位相對海上區(qū)域，穩(wěn)錨后通過微調(diào)錨繩將鋼護(hù)筒粗定位到孔位導(dǎo)向框上方。

導(dǎo)向裝置示意圖

（3）平潮期鋼護(hù)筒精定位及下放精調(diào)

前期，在桁架平臺上布設(shè)上、下導(dǎo)向框。在導(dǎo)向框四角布設(shè)限位點(diǎn)，實(shí)測限位點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算出限位點(diǎn)到護(hù)筒壁的尺寸，并將尺寸標(biāo)記到導(dǎo)向框上。平潮期利用導(dǎo)向框喇叭口引導(dǎo)裝置將護(hù)筒喂入到上層導(dǎo)向框，根據(jù)四角限位點(diǎn)的限位尺寸調(diào)節(jié)固定導(dǎo)向輪，繼續(xù)下放護(hù)筒到底口穿過下層導(dǎo)向框，護(hù)筒入水前方法同上，調(diào)節(jié)下層導(dǎo)向輪。護(hù)筒著床前，架設(shè)全站儀，用免棱鏡模式實(shí)測頂、底口兩個斷面各3個點(diǎn)。利用“雙斷面法”，計(jì)算出鋼護(hù)筒的平面偏差和垂直度，滿足限差要求繼續(xù)下放鋼護(hù)筒著床。超過限差，通過調(diào)節(jié)上層導(dǎo)向輪控制護(hù)筒平面偏差，下層導(dǎo)向輪聯(lián)動控制護(hù)筒垂直度，反復(fù)測量調(diào)整，直到滿足限差要求。

雙斷面法示意圖

（4）鋼護(hù)筒插打竣工

護(hù)筒插打過程中每跟進(jìn)5m要進(jìn)行中心偏差和垂直度變形監(jiān)測，防止應(yīng)力作用破壞限位裝置導(dǎo)致護(hù)筒中心位置和垂直度突變。護(hù)筒插打到設(shè)計(jì)高程，對護(hù)筒進(jìn)行竣工測量，復(fù)測頂口中心偏差和垂直度。

22根鋼護(hù)筒吊裝定位插打都嚴(yán)格按照上述施工工法作業(yè)，并形成了統(tǒng)一格式的施工電子臺賬，記錄護(hù)筒竣工的平面偏差、垂直度和護(hù)筒頂口高程。為后續(xù)鉆孔樁施工和永久性圍堰底龍骨的制作、下放定位提供準(zhǔn)確、詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持。

3，CASIO fx-5800p 測量計(jì)算程序編寫、應(yīng)用實(shí)例介紹

（1）“限位尺寸”計(jì)算程序?qū)嵗f明

程序代碼如下：

" HD（m）-PTAU "

Deg：Fix 3：FreqOn：n→N

Lbl 0：" X（0）+Y（0）i="？A："R（0）= "？B

Lbl 1："P（C）= "？C

ListX[C]+ ListY[C]i→D

ABS（D-A）-B→E

"HD（m）= "：E

"OLD（0），NEW（1），END（2）= "？F

If F=0：Then Goto 1：IfEnd

If F=1：Then Goto 0：Else F=2：Goto E：IfEnd

Lbl E："HD（m）-PTAUEND"

將導(dǎo)向框4個限位點(diǎn)實(shí)測平面坐標(biāo)輸入到計(jì)算器的統(tǒng)計(jì)頻率串列中存儲。數(shù)據(jù)存儲在統(tǒng)計(jì)頻率串列中，便于對原始測量數(shù)據(jù)的校核，規(guī)避因數(shù)據(jù)錄入的錯誤導(dǎo)致測量事故的產(chǎn)生。

表格 1限位尺寸相關(guān)數(shù)據(jù)

點(diǎn)號 X Y 鋼護(hù)筒參數(shù)

成果圖

1 65636.49 -31.165 樁基中心設(shè)計(jì)坐標(biāo)

2 65636.499 -34.802 X（0） Y（0）

3 65632.257 -35.404 65634.05 -33

4 65631.647 -31.125 鋼護(hù)筒半徑R（0） 2.2m

執(zhí)行“HD（m）-PTAU”程序，表1數(shù)據(jù)成果的屏幕提示與用戶操作過程如下：

屏幕提示 按鍵 說明

HD（m）-PTAU 顯示程序標(biāo)題

X（0）+Y（0）i=？ 65634.05-33i EXE 輸入樁基中心設(shè)計(jì)坐標(biāo)

R（0）=？ 2.45 EXE 輸入測量鋼護(hù)筒半徑

P（C）=？ 1 EXE 輸入測量點(diǎn)號

HD（m）=0.853 EXE 顯示限位尺寸

OLD（0），NEW（1），END（2）=？ 0 or 1 or2 EXE 輸入0，繼續(xù)計(jì)算導(dǎo)向框限位點(diǎn)計(jì)算；

輸入1，計(jì)算新的導(dǎo)向框限位點(diǎn)計(jì)算；

輸入2，結(jié)束計(jì)算并退出

（2）“雙斷面法”計(jì)算程序?qū)嵗f明

子程序"QYX AND CZD-1"代碼如下：

FreqOn：n→N

Lbl 0："P1="？A："P2="？B："P3="？C

（ListX[A]-ListX[B]）÷（ListY[B]-ListY[A]）→D

（ListX[A]-ListX[C]）÷（ListY[C]-ListY[A]）→E

（ListY[A]+ListY[B]）÷2-D×（ListX[A]+ListX[B]）÷2→F

（ListY[A]+ListY[C]）÷2-E×（ListX[A]+ListX[C]）÷2→G

主程序“QYX AND CZD-2”代碼如下：

"QYX AND CZD-2"

Lbl 1：Prog"QYX AND CZD-1"

（F-G）÷（E-D）→H

D×H+F →I

"P（UX1）= "：H

"P（UY1）= "：I

Lbl 2：Prog"QYX AND CZD-1"

（F-G）÷（E-D）→J

D×H+F →K

"P（DX2）= "：J

"P（DY2）= "：K

Lbl 3："X（0）="？L："Y（0）="？M：" H（U）="？P" H（D）="？R

（（H-L）-（J-L））÷（P-R）→N

（（I-M）-（K-M））÷（P-R）→O

"CZD（X）="：N

"CZD（Y）="：O

"GO（0），END（1）="？Q

If Q=0：Then Goto 1：Else Q=1：Goto E：IfEnd

Lbl E："QYX AND CZD-2END"

將實(shí)測鋼護(hù)筒頂、底兩個斷面6個點(diǎn)的平面坐標(biāo)輸入到計(jì)算器的統(tǒng)計(jì)頻率串列中存儲。

表2 實(shí)測鋼護(hù)筒頂、底斷面坐標(biāo)

點(diǎn)號 X Y H

UP 5 10.909 -4.09 27.521

6 9.071 -3.305

7 8.776 -0.905

DOWN 8 9.153 -3.433 14.337

9 10.629 -4.094

10 8.770 -0.909

執(zhí)行“QYX AND CZD-2”程序，表1數(shù)據(jù)成果的屏幕提示與用戶操作過程如下：

屏幕提示 按鍵 說明

QYX AND CZD-2 顯示程序標(biāo)題

P1=？ 5 EXE 輸入點(diǎn)號5

P2=？ 6 EXE 輸入點(diǎn)號6

P3=？ 7 EXE 輸入點(diǎn)號7

P（UX1）=10.767 EXE 顯示頂口圓心X值

P（UY1）=-1.878 EXE 顯示頂口圓心Y值

P1=？ 8 EXE 輸入點(diǎn)號8

P2=？ 9 EXE 輸入點(diǎn)號9

P3=？ 10 EXE 輸入點(diǎn)號10

P（DX1）=10.724 EXE 顯示底口圓心X值

P（DY1）=-1.904 EXE 顯示頂口圓心Y值

X（0）= ？ 10.750 EXE 輸入樁基設(shè)計(jì)中心X值

Y（0）= ？ -1.900 EXE 輸入樁基設(shè)計(jì)中心Y值

H（U）= ？ 27.521 EXE 輸入鋼護(hù)筒頂口標(biāo)高

H（D）= ？ 14.337 EXE 輸入鋼護(hù)筒底口標(biāo)高

CZD（X）= 0.003 EXE 顯示X方向垂直度

CZD（Y）= 0.002 EXE 顯示Y方向垂直度

GO（0），END（1）=？ 0 or 1 EXE 輸入0，重新開始程序；

輸入1，結(jié)束程序并退出

N04#墩22根鋼護(hù)筒利用以上工法進(jìn)行精定位的數(shù)據(jù)成果如下表所示：

表3 N04#墩鋼護(hù)筒插打竣工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

依照鋼護(hù)筒定位插打施工技術(shù)規(guī)范，平面限差為±15cm，垂直度≤0.3%。上表顯示22根鋼護(hù)筒平面偏差和垂直數(shù)據(jù)成果全部滿足規(guī)范限差要求。

4，總結(jié)

實(shí)踐證明，上述施工工法很好的解決了大型鋼護(hù)筒海上精定位的難題，規(guī)避了大型鋼構(gòu)定位測量人員近身作業(yè)的危險(xiǎn)，克服了大風(fēng)天氣垂球量測垂直度不準(zhǔn)確的困難。手持計(jì)算機(jī)程序?qū)崟r(shí)解算實(shí)測數(shù)據(jù)，成果快速、直觀的服務(wù)現(xiàn)場施工，對于大型鋼鋼護(hù)筒海上測量定位具有很好的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 覃輝，段長虹.公路與鐵路施工測量程序（第2版）

[2] 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.工程測量規(guī)范 GB50026-2007

[3] 鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（TB10415-2003）.

[4] 福建福平鐵路有限責(zé)任公司，中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 平潭海峽公鐵兩用大橋基礎(chǔ)施工技術(shù)規(guī)范及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn).福建.2014

[5] 劉浩兵.中鐵大橋局股份有限公司新建福州至平潭鐵路站前工程FPZQ-3標(biāo)段N04#墩鋼護(hù)筒插打施工方案.福建.2015

[6] 張海燕.海上復(fù)合樁鋼管打設(shè)施工技術(shù).橋梁建設(shè)，2014年第44卷第2期

[7] 饒明華.全站儀免棱鏡在測量中的應(yīng)用.科技經(jīng)濟(jì)市場