樁柱一體化施工樁身空間姿態(tài)精確定位技術(shù)

李銘 韋港榮

摘要：文章依托欽北高速公路改擴建工程裝配式橋梁樁柱一體化工藝試驗項目，結(jié)合樁柱一體化施工樁身空間姿態(tài)定位的現(xiàn)場實踐，對樁身空間姿態(tài)定位方法進行了探討，闡述了如何提高樁身空間姿態(tài)定位的精度。

關(guān)鍵詞：樁柱一體化;樁身空間姿態(tài);精確定位;極坐標(biāo)法;平距法

中圖分類號：U445.4A351264

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交通壓力越來越大，原有的高速公路無法滿足當(dāng)前的交通運輸壓力，需要在原有的基礎(chǔ)上進行改擴建施工。常規(guī)橋梁下部結(jié)構(gòu)需要在墩和柱之間現(xiàn)場澆筑承臺，該方式不但會占用已有道路，而且會影響快速施工進度。為降低改擴建工程對已有交通的影響，對施工持續(xù)時間以及施工作業(yè)面提出了較高的要求。在講效率的今天，樁柱一體化橋墩取消了承臺，樁柱直接連接，從而達到快速施工橋梁的效果，通過該方式可以減少現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)，縮短施工工期，提高工程品質(zhì)，降低交通的影響。

1 工程概況

蘭州至海口高速公路廣西欽州至北海段改擴建工程位于廣西欽州市及北海市境內(nèi)，項目分為主線蘭海高速欽州至山口段及北海支線。本項目橋梁設(shè)計中的大部分樁基為端承樁，具有樁基不深、樁柱不高的工程特點，因此下部結(jié)構(gòu)可以很容易地實現(xiàn)裝配化施工。為了驗證“樁柱一體化”裝配式工藝構(gòu)想的可行性，本文特進行本次試驗。試驗采用2根直徑為1.3 m的管樁樁柱，壁厚0.3 m。每根試驗樁均由三段管樁連接組成，長度組成為（12+12+5）m，樁柱接頭在地面上1 m的位置，進行蓋梁吊裝工藝測試。蓋梁在墩頂處設(shè)置24根6 cm灌漿鍍鋅波紋管管樁采用C70高強混凝土，采用C50混凝土預(yù)制的蓋梁。

2 精確定位的重要性

樁柱一體化施工中的樁基和樁柱采用工廠預(yù)制生產(chǎn)，樁基成孔后植入預(yù)制樁，樁柱連接后，再進行預(yù)制蓋梁吊裝，橋梁的樁基、樁柱和蓋梁采用全裝配式施工。常規(guī)橋梁下部結(jié)構(gòu)需要在墩和柱之間現(xiàn)場澆筑承臺，澆筑承臺時可以進行偏位、高差調(diào)整，而樁柱一體化施工去掉需要現(xiàn)澆的承臺，樁柱直接連接，可以進行偏位、高差調(diào)整的空間被擠壓。因此，對樁柱一體化施工樁身空間姿態(tài)定位的精度，要求就變得更加嚴(yán)格。樁身精確定位是樁柱一體化施工成功與否的關(guān)鍵，如何提高樁身空間姿態(tài)的定位精度，是本篇文章所要研究的主體。

3 樁身空間姿態(tài)定位方法

3.1 控制網(wǎng)建立

3.1.1 控制網(wǎng)的原理

根據(jù)施工現(xiàn)場條件，利用高精度全站儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀同時對若干控制點進行觀測，獲取各控制點間邊長、角度和高程數(shù)據(jù)，進而解算控制點的坐標(biāo)和高程，最終獲取控制網(wǎng)成果，用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.1.2 控制網(wǎng)的布設(shè)

在施工現(xiàn)場布設(shè)控制點，控制點設(shè)置在穩(wěn)固、可靠、不易破壞且便于測量的位置，既要考慮滿足全站儀觀測的需要，又要考慮適合樁柱施工對控制點的要求。從施工現(xiàn)場外GPS控制測量確定的點引入，施工現(xiàn)場內(nèi)、外平面控制宜以邊連接進行聯(lián)測，高程控制宜以閉合導(dǎo)線進行往返測量，以提高樁身空間姿態(tài)定位的精度。

為方便控制觀測，結(jié)合施工現(xiàn)場，平面和高程控制點為同一測點，以施工現(xiàn)場外GPS控制點KZ1和KZ2為起算點，在施工現(xiàn)場內(nèi)布設(shè)2個控制點，考慮到角度和垂直度的控制，在沿蓋梁軸線方向布設(shè)KZ4控制點，垂直于蓋梁軸線方向布設(shè)KZ3控制點。

3.1.3 觀測方法及精度

3.1.3.1 平面控制測量方法及精度

平面控制測量方法為導(dǎo)線測量，根據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）第3.3.1條，平面控制按三等技術(shù)要求進行測設(shè)，其主要技術(shù)要求見表1。采用高精度徠卡全站儀TS50進行測量。TS50具有自動目標(biāo)搜索、自動照準(zhǔn)、自動跟蹤、自動測量和自動記錄等功能。水平角采用方向觀測法，邊長采用電磁波測距法。

3.1.3.2 高程控制測量方法及精度

高程控制測量采用水準(zhǔn)測量方法。根據(jù)《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）第4.2.1條，高程控制按二等水準(zhǔn)測量技術(shù)要求進行測設(shè)，其主要技術(shù)要求見表2。

3.1.4 觀測結(jié)果

選擇較好的氣候條件對控制點進行觀測，經(jīng)評測各項指標(biāo)均滿足《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）中規(guī)定的相關(guān)要求，平面和高程控制測量結(jié)果分別見表3。

3.2 樁位放樣

3.2.1 樁位放樣的原理及必要性

樁位放樣是把設(shè)計圖紙上樁柱的平面位置和高程用一定的測量儀器和方法測設(shè)到實地上，樁位放樣分為控制樁和護樁放樣，護樁是在控制樁遭受破壞后進行引樁，使得原控制樁迅速準(zhǔn)確地予以恢復(fù)。

樁位放樣精確與否是整個樁柱一體化施工樁身空間姿態(tài)定位精度控制的關(guān)鍵。

3.2.2 樁位放樣的方法

根據(jù)設(shè)計圖對控制樁位進行實地放樣，同時給出護樁的位置，護樁為木樁（3×3 m），樁頂釘釘，高度為80 cm，埋入地下45 cm，并用砂漿或素混凝土進行保護，沿樁中心呈“十”字型引出四個樁位點用來控制樁位，作為單樁護樁。

為保證樁位的精確度，樁位放樣采用雙測站極坐標(biāo)法，按《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）第3.3.1條，平面控制按三等技術(shù)要求進行測設(shè)。

測站1：全站儀TS50架設(shè)于控制點KZ3處，以控制點KZ2為后視點，分別對1個控制樁和4個護樁進行測量，共進行6個測回的觀測。

測站2：全站儀TS50架設(shè)于控制點KZ4處，以控制點KZ2為后視點，分別對1個控制樁和4個護樁進行測量，共進行6個測回的觀測。

3.2.3 樁位放樣結(jié)果

樁位放樣采用高精度全站儀TS50進行測量，測點布置如圖1所示，測量結(jié)果見表4。

3.3 樁身空間姿態(tài)實時監(jiān)測

3.3.1 監(jiān)測原理

樁柱一體化施工對樁柱空間位置的施工精度提出了較高的要求。由于涉及接樁，若還是按照常規(guī)的方式將很難保證施工精度。

施工需要在下部結(jié)構(gòu)拼裝過程中進行實時跟蹤定位，為了精確定位，需要對樁柱安裝過程進行實時監(jiān)控。具體需要在下部結(jié)構(gòu)安裝過程中，在預(yù)制樁柱上安裝棱鏡及反射片（如圖3所示），采用高精度全站儀極坐標(biāo)法和平距法實時測量樁柱安裝施工樁身的空間姿態(tài)。通過控制樁柱中心坐標(biāo)、垂直度及方位的監(jiān)測結(jié)果來實時調(diào)整樁身空間姿態(tài)，從而確保樁柱精確定位。

3.3.2 測點布設(shè)

在即將施工的樁柱頂中心及蓋梁軸線方向側(cè)面安裝棱鏡，在靠近樁頂、底表面分別沿蓋梁軸向方向和垂直蓋梁軸向方向上安裝反射片。

3.3.3 監(jiān)測方法

3.3.3.1 全站儀極坐標(biāo)法

（1）全站儀極坐標(biāo)法通過測量樁頂中心和表面（蓋梁軸線方向）控制點的平面坐標(biāo)和高程來確定樁的平面坐標(biāo)、高程及方位角。具體檢測步驟如下：

①檢測方向

以蓋梁軸線為橫向，垂直蓋梁軸線方向為縱向。

②測站選擇、后視基準(zhǔn)點設(shè)置

全站儀架設(shè)于蓋梁軸線方向KZ4處，以KZ2為后視點。

③平面、高程和方位角測量

調(diào)平儀器，輸入溫度、氣壓、濕度等參數(shù)后，分別照準(zhǔn)樁頂中心和表面（蓋梁軸線方向）控制點進行坐標(biāo)測量得到測點平面坐標(biāo)和高程，如圖2所示。

（2）樁柱定位調(diào)整

①確定樁柱中心位置：通過全站儀連接電腦實時測量樁頂中心點的平面坐標(biāo)和高程，電腦自動計算出樁中心點實測坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)的偏差，實時進行樁身中心位置調(diào)整。

②確定樁柱方位角：通過全站儀連接電腦實時測量樁頂表面（蓋梁軸線方向）測點的平面坐標(biāo)，電腦通過樁頂中心點與表面（蓋梁軸線方向）測點的坐標(biāo)計算出樁柱實時的方位角，實時進行樁柱方位的調(diào)整。

3.3.3.2 全站儀平距法

（1）全站儀平距法通過測量蓋梁軸線方向和垂直軸向方向上樁柱上部表面和下部表面至全站儀的水平距離差值來確定豎直度。具體檢測步驟如下：

①檢測方向

以蓋梁軸線為橫向，垂直蓋梁軸線方向為縱向。

②測站選擇、后視基準(zhǔn)點設(shè)置

對架設(shè)于蓋梁軸線方向KZ4處的全站儀進行平面、高程和方位角測量后自動轉(zhuǎn)到豎直度測量，以控制沿蓋梁軸向方向上的垂直度;將另一臺全站儀架設(shè)于垂直蓋梁軸線方向KZ3處，以KZ2為后視點進行垂直度測量，以控制垂直蓋梁軸向方向上的垂直度。

③豎直度測量

架設(shè)于KZ3處的全站儀分別照準(zhǔn)垂直蓋梁軸向方向樁柱表面上部和下部測點進行水平距離測量，得到測點至儀器的平距和高程;架設(shè)于KZ4處的全站儀分別照準(zhǔn)蓋梁軸向方向樁柱表面上部和下部測點進行水平距離測量得到測點至儀器的平距和高程。如圖3和圖4所示。

（2）垂直度調(diào)整

通過全站儀連接電腦實時測量樁柱軸線方向和垂直軸向方向樁柱上部表面和下部表面測點，電腦自動計算樁柱的實時垂直度，以配合樁柱頂中心位置和方位，實時進行樁柱空間姿態(tài)調(diào)整。

3.3.4 監(jiān)測結(jié)果

通過對樁樁空間姿態(tài)進行精確定位，定位結(jié)果見表5。

從控制結(jié)果可以看出：x、y向位置偏差較小，ZK2在z向偏差有9 cm，主要是因樁底座漿過厚導(dǎo)致，拼裝蓋梁時需要截樁;樁柱垂直度和方位角偏差較小。施工質(zhì)量和偏差均在可控范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

樁身空間姿態(tài)定位技術(shù)是樁柱一體化施工中的一項技術(shù)性難點。在施工定位中存在諸多的不確定性因素，樁身空間姿態(tài)的精確定位會直接影響到蓋梁的拼裝，從而影響到整個橋梁的施工精度。為保證樁身空間姿態(tài)定位的準(zhǔn)確性，將理論和實際現(xiàn)場相結(jié)合進行論述，對樁身空間姿態(tài)定位進行分析，通過現(xiàn)場定位測量的數(shù)據(jù)和蓋梁拼裝結(jié)果來看，證實了樁身空間姿態(tài)精確定位的合理性，可指導(dǎo)日后樁柱一體化工程施工。

參考文獻：

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收稿日期：2020-05-10