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，加強各個環節的安全管理，尤其在打樁的過程中，應合理利用現代化的機械設備控制好精度，同時提高作業的安全性，維護施工人員的切身利益。

1 橋梁建設的基本流程

立項階段:項目建議書或立項申請書，發改批準立項;分析階段:工程可行性研究同時還會有相關的專項評估報告(環境、航道、漁業、地質災害、地震、雷電等等)投資估算。發改批準估算，專項報告報相關主管部門審批;初步設計階段:方案設計、初步設計(一階段初步設計、兩階段初步設計)、設計概算。交通或建設主管部門評審圖紙，發改批準概算;施工圖設計階段:施工圖設計、施工圖預算。主管部門審查圖紙，財政批預算;招標階段:招標文件、合同備案(主管部門)。施工準備階段:規劃許可(規劃)用地許可(國土)、施工許可(建設)、航道許可(航道)、質量安全報監(質量安全監督站)施工階段:根據方案按步驟完成項目［1］。驗收階段:竣工驗收(質監站備案)、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的必備工具，船體結構為鋼箱型，打樁架安裝于甲板的端部，可前后左右以適應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，它被廣泛應用于橋梁、碼頭、水利工程施工。打樁船配配有打樁錘、樁架和附屬設備。在樁架前部兩根平行的豎直導桿之間安裝樁錘，通過樁架吊起，導向架設置在樁架前以控制方向。其技術參數包括沖擊基數，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)進行修復。另外應嚴格先關操作維護規格書的要求，要及時進船塢沖洗船底，噴涂油漆等。

2 水上打樁的安全控制

(1)水上打樁作業人員必須遵守安全操作規程，嚴格執行施工組織設計和安全技術措施。大雨、大霧或風力大于六級以上的惡劣天氣，嚴禁作業。遇有臺風警報時，必須采取有效的避風措施。打樁船上油料應有防曬、防雨措施，必須配置滅火器材，并嚴格動火審批。電源電線和開關箱接線正確牢靠，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，經港監部門批準發布通告后，按要求設置警示標志。打樁前應嚴格檢查樁機各部件，確保制動有效，保證鋼絲繩完好無損，潤滑良好，樁錘吊鉤吊環及保險無變形、損壞，樁管的垂直度在規定范圍內。運樁船應按打樁順序合理裝載，打樁船從駁船上取吊樁時，應對稱取員，防止樁船偏重，出現樁滑動和船只傾覆。暫停作業時，應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。嚴禁錘頭懸吊上空時，進行檢修作業。作業中，發生故障，應停機放下樁錘，查找原因，排除故障后方可繼續作業［2］。

(2)水上打樁作業人員應穿救生衣，并配備救生船派潛水員值班監護。必要時，應配交通指揮監督船，防止船只進入打樁區域。若打預制混凝土樁或鋼板樁，不準在船板的帶纜樁、架斜拉吊，嚴防樁架傾倒。作業后，應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，應設明顯標志，以防撞斷樁或損壞船底。在船上的打樁人員，不準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。作業人員經由交通船上下船的過程中，要待交通船停穩系牢后按秩序上下，交通船不準超載，在大風大雨的天氣中應暫停運送，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。水上打樁作業受風浪、潮汐、地質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，必須認真分析解決，及時采取有效措施，保證作業的安全性。

3 水上打樁的精度控制

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

3.1 RTK 定位技術介紹

基于載波相位發明了RTK 定位技術，用以對觀測值進行實時動態定位，實時提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果，精度可達到厘米級。在RTK 作業模式下，通過數據鏈，基準站把觀測值和測站坐標信息傳送到流動站。流動站接收來自基準站的信息，并采集GPS 觀測數據，并在中央系統內組成差分觀測值，并對觀測值實時處理，不到一秒鐘就可得出厘米級定位結果。在定位過程中，只要能保持四顆以上衛星同時觀測，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果［3］。

3.2 RTK 技術在水上打樁工程的應用

3.2.1 基本理念

橋梁建筑中，用樁基支撐上部的結構物，應用最多的樁是鋼筋混凝土樁和鋼樁，在實際的建設中，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，使定位計算復雜化。引入RTK 測量技術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緯儀或全站儀控制施工基線、平面位置和標高，水上打樁不同于陸上打樁，定位測量離岸遠，必須用到RTK 等定位技術。在實際施工中，一般利用水準儀在事先設好的施工水準點控制樁頂的標高。樁基作業屬于隱蔽工程，通過水準儀控制樁頂標高，及時觀察打樁作業過程中的貫入度、入土深度和相關坐標的變化等相關數據和資料，為樁基的質量監測提供必要的理論數據。

3.2.3 打樁定位系統配置和坐標系的建立

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

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，為了使接收到的數據通過計算機處理后得到樁頂的實際高度，觀測人員只需通過測距儀后側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，保證在打樁過程中測量出樁頂高程的連續變化。

在RTK 技術的實際應用過程中，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。

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字傾斜儀，也可用三臺RTK 接收機和一臺雙軸數字傾斜儀，保證數據間的校核，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系［4］。

4 結語

傳統的水中打樁定位，都在岸上設置經緯儀或全站儀進行遠距離定位，工作效率低，精度差。在現代的橋梁建筑中，除了要做好打樁的安全性控制外，還要提高測量的精確度，必須結合現代科學技術，在前人施工的基礎上不斷創新，找到更高效更可靠的測量辦法，推進我國橋梁建筑的發展。

［1］楊曉斌.實時動態差分全球定位(DGPS RTK)技術及其在水上打樁定位中的應用［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，2012，10(2):25.

［3］楊帆，林吉兆，謝義林等.基于GPS-RTK 的海上打樁遠程監控系統設計［J］.測繪工程，2014，23(12):76 -80.

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