橋梁水上打樁的安全性和精度研究

■胡 輝 ■廣東長大工程船舶服務(wù)有限公司，廣東 中山 528437

橋梁一般屬于水上建筑，不同于陸上建筑，橋梁建筑一般具有質(zhì)量要求高、工程大、周期長、危險性高的特點，因此必須在橋梁建筑的過程中，加強各個環(huán)節(jié)的安全管理，尤其在打樁的過程中，應(yīng)合理利用現(xiàn)代化的機械設(shè)備控制好精度，同時提高作業(yè)的安全性，維護施工人員的切身利益。

1 橋梁建設(shè)的基本流程

立項階段:項目建議書或立項申請書，發(fā)改批準(zhǔn)立項;分析階段:工程可行性研究同時還會有相關(guān)的專項評估報告(環(huán)境、航道、漁業(yè)、地質(zhì)災(zāi)害、地震、雷電等等)投資估算。發(fā)改批準(zhǔn)估算，專項報告報相關(guān)主管部門審批;初步設(shè)計階段:方案設(shè)計、初步設(shè)計(一階段初步設(shè)計、兩階段初步設(shè)計)、設(shè)計概算。交通或建設(shè)主管部門評審圖紙，發(fā)改批準(zhǔn)概算;施工圖設(shè)計階段:施工圖設(shè)計、施工圖預(yù)算。主管部門審查圖紙，財政批預(yù)算;招標(biāo)階段:招標(biāo)文件、合同備案(主管部門)。施工準(zhǔn)備階段:規(guī)劃許可(規(guī)劃)用地許可(國土)、施工許可(建設(shè))、航道許可(航道)、質(zhì)量安全報監(jiān)(質(zhì)量安全監(jiān)督站)施工階段:根據(jù)方案按步驟完成項目［1］。驗收階段:竣工驗收(質(zhì)監(jiān)站備案)、檔案移交(檔案館)。

施工過程中較重要的步驟是實施打樁，打樁所用的主要工具是打樁船。打樁船是用于水上打樁作業(yè)的必備工具，船體結(jié)構(gòu)為鋼箱型，打樁架安裝于甲板的端部，可前后左右以適應(yīng)不同方位的打樁需要。打樁船為非自航船，牽引時用推(拖)輪就位。隨著近幾年新式打樁船的出現(xiàn)，它被廣泛應(yīng)用于橋梁、碼頭、水利工程施工。打樁船配配有打樁錘、樁架和附屬設(shè)備。在樁架前部兩根平行的豎直導(dǎo)桿之間安裝樁錘，通過樁架吊起，導(dǎo)向架設(shè)置在樁架前以控制方向。其技術(shù)參數(shù)包括沖擊基數(shù)，沖擊動能和沖擊頻率。打樁船一般配有工作間或維修間，可以對簡單的問題(例如焊接)進(jìn)行修復(fù)。另外應(yīng)嚴(yán)格先關(guān)操作維護規(guī)格書的要求，要及時進(jìn)船塢沖洗船底，噴涂油漆等。

2 水上打樁的安全控制

(1)水上打樁作業(yè)人員必須遵守安全操作規(guī)程，嚴(yán)格執(zhí)行施工組織設(shè)計和安全技術(shù)措施。大雨、大霧或風(fēng)力大于六級以上的惡劣天氣，嚴(yán)禁作業(yè)。遇有臺風(fēng)警報時，必須采取有效的避風(fēng)措施。打樁船上油料應(yīng)有防曬、防雨措施，必須配置滅火器材，并嚴(yán)格動火審批。電源電線和開關(guān)箱接線正確牢靠，絕緣良好，觸電保護器靈敏有效。按要求劃定水域范圍，保證打樁船安全作業(yè)，經(jīng)港監(jiān)部門批準(zhǔn)發(fā)布通告后，按要求設(shè)置警示標(biāo)志。打樁前應(yīng)嚴(yán)格檢查樁機各部件，確保制動有效，保證鋼絲繩完好無損，潤滑良好，樁錘吊鉤吊環(huán)及保險無變形、損壞，樁管的垂直度在規(guī)定范圍內(nèi)。運樁船應(yīng)按打樁順序合理裝載，打樁船從駁船上取吊樁時，應(yīng)對稱取員，防止樁船偏重，出現(xiàn)樁滑動和船只傾覆。暫停作業(yè)時，應(yīng)將樁錘放至船面或樁架上的機械擱置塊上，不得懸吊在空中。嚴(yán)禁錘頭懸吊上空時，進(jìn)行檢修作業(yè)。作業(yè)中，發(fā)生故障，應(yīng)停機放下樁錘，查找原因，排除故障后方可繼續(xù)作業(yè)［2］。

(2)水上打樁作業(yè)人員應(yīng)穿救生衣，并配備救生船派潛水員值班監(jiān)護。必要時，應(yīng)配交通指揮監(jiān)督船，防止船只進(jìn)入打樁區(qū)域。若打預(yù)制混凝土樁或鋼板樁，不準(zhǔn)在船板的帶纜樁、架斜拉吊，嚴(yán)防樁架傾倒。作業(yè)后，應(yīng)將錘頭放至船面或樁架上的機械擱置塊上，各部件制動住，操縱桿至零位。打入水面以下的樁或被潮汐淹浸的樁，應(yīng)設(shè)明顯標(biāo)志，以防撞斷樁或損壞船底。在船上的打樁人員，不準(zhǔn)在打樁船甲板的帶纜樁、繩纜通過的牙口、船纜兜角處停留或休息，防止被纜繩傷害。作業(yè)人員經(jīng)由交通船上下船的過程中，要待交通船停穩(wěn)系牢后按秩序上下，交通船不準(zhǔn)超載，在大風(fēng)大雨的天氣中應(yīng)暫停運送，交通船與上下人員的地點高差超過1m 時，需使用梯子，禁止從交通船上蹦跳。水上打樁作業(yè)受風(fēng)浪、潮汐、地質(zhì)水流等諸多因素的影響較大，實際打樁過程中會遇到各種問題，必須認(rèn)真分析解決，及時采取有效措施，保證作業(yè)的安全性。

3 水上打樁的精度控制

為了保證打樁精度的準(zhǔn)確性，現(xiàn)代工程中常采用RTK 定位技術(shù)，以下將分析RTK 在水上打樁中的精度控制。

3.1 RTK 定位技術(shù)介紹

基于載波相位發(fā)明了RTK 定位技術(shù)，用以對觀測值進(jìn)行實時動態(tài)定位，實時提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，精度可達(dá)到厘米級。在RTK 作業(yè)模式下，通過數(shù)據(jù)鏈，基準(zhǔn)站把觀測值和測站坐標(biāo)信息傳送到流動站。流動站接收來自基準(zhǔn)站的信息，并采集GPS 觀測數(shù)據(jù)，并在中央系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值，并對觀測值實時處理，不到一秒鐘就可得出厘米級定位結(jié)果。在定位過程中，只要能保持四顆以上衛(wèi)星同時觀測，相位觀測值和必要的幾何圖形就能確定，流動站就可隨時得出厘米級定位結(jié)果［3］。

3.2 RTK 技術(shù)在水上打樁工程的應(yīng)用

3.2.1 基本理念

橋梁建筑中，用樁基支撐上部的結(jié)構(gòu)物，應(yīng)用最多的樁是鋼筋混凝土樁和鋼樁，在實際的建設(shè)中，除了布置直樁外，還有一部分斜樁，斜樁和水平方向和垂直方向都有角度，給斜樁的定位和計算帶來了空間概念，使定位計算復(fù)雜化。引入RTK 測量技術(shù)為工程帶來了便利性。

3.2.2 打樁的定位類型和測量方法

水上打樁的定位通過經(jīng)緯儀或全站儀控制施工基線、平面位置和標(biāo)高，水上打樁不同于陸上打樁，定位測量離岸遠(yuǎn)，必須用到RTK 等定位技術(shù)。在實際施工中，一般利用水準(zhǔn)儀在事先設(shè)好的施工水準(zhǔn)點控制樁頂?shù)臉?biāo)高。樁基作業(yè)屬于隱蔽工程，通過水準(zhǔn)儀控制樁頂標(biāo)高，及時觀察打樁作業(yè)過程中的貫入度、入土深度和相關(guān)坐標(biāo)的變化等相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，為樁基的質(zhì)量監(jiān)測提供必要的理論數(shù)據(jù)。

3.2.3 打樁定位系統(tǒng)配置和坐標(biāo)系的建立

利用RTK 定位技術(shù)進(jìn)行打樁定位時，不可直接用定位儀定位樁身，RTK 定位儀安裝在船體上，對船體進(jìn)行定位，定位系統(tǒng)采用分級方式，把免棱鏡激光測距儀安裝在船體的適當(dāng)位置上，以船體為參照物，及時跟蹤測定樁身位置，實現(xiàn)對樁身的定位，保證RTK 定位系統(tǒng)的定位精度，這種方式可使精度達(dá)厘米級。

在實際施工中，采用高程比較法測量樁頂高程，具體方式是在打樁架下部合適位置設(shè)置一臺免棱鏡激光測距儀，由RTK 定位儀推算出測距儀的實時高程，為了使接收到的數(shù)據(jù)通過計算機處理后得到樁頂?shù)膶嶋H高度，觀測人員只需通過測距儀后側(cè)的攝像機觀測出測距儀激光紅點打在樁身上的刻線的讀數(shù)，保證在打樁過程中測量出樁頂高程的連續(xù)變化。

在RTK 技術(shù)的實際應(yīng)用過程中，常在打樁船上安裝2 -3 臺接收機和一臺傾斜儀測量船體的位置，下圖是定位儀在船體上的布設(shè)。

定位模式可以分為以下兩種:(1)粗略定位:假定樁與船體的位置保持不動，曹勇三臺RTK 接收機來測定船體的位置，或者用兩臺RTK接收機和一臺雙軸數(shù)字傾斜儀，也可用三臺RTK 接收機和一臺雙軸數(shù)字傾斜儀，保證數(shù)據(jù)間的校核，提高觀測精度。(2)精密定位:假定樁和船之間相對移動，對于抱樁器而言樁體在運動，在粗略定位的基礎(chǔ)上，用免棱激光測距儀測定樁身的位置，確定樁中心相對于船體的變化量，通過計算機處理得到精確坐標(biāo)系［4］。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的水中打樁定位，都在岸上設(shè)置經(jīng)緯儀或全站儀進(jìn)行遠(yuǎn)距離定位，工作效率低，精度差。在現(xiàn)代的橋梁建筑中，除了要做好打樁的安全性控制外，還要提高測量的精確度，必須結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，在前人施工的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新，找到更高效更可靠的測量辦法，推進(jìn)我國橋梁建筑的發(fā)展。

［1］楊曉斌.實時動態(tài)差分全球定位(DGPS RTK)技術(shù)及其在水上打樁定位中的應(yīng)用［J］.水運工程，2012，40(11):62 -66.

［2］林明華.水上打樁模型研究［J］.武漢大學(xué)，2012，10(2):25.

［3］楊帆，林吉兆，謝義林等.基于GPS-RTK 的海上打樁遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.測繪工程，2014，23(12):76 -80.

［4］楊曉斌，陳俊.現(xiàn)代測量技術(shù)及其在水上沉樁定位中的應(yīng)用［J］.港口科技動態(tài)，2014，28(10):18 -23.