內河高樁碼頭樁基的測量定位技術探討

◎ 劉建華 中交四航局第二工程有限公司

1.工程實例

一般傳統常規的水上沉樁測量定位方法主要有前方交會法以及船載GPS-RTK定位法，兩者分別需要對樁位、船位進行大量的計算，定位過程繁瑣且耗時。本文以廣東省佛山市高荷碼頭工程項目高樁碼頭PHC樁沉樁施工為例，利用船載GPS—RTK定位系統配合岸上全站儀免棱鏡技術,對內河施工樁基工藝測量定位技術進行研究探討,著重介紹樁基定位方法,該方法簡單快速,定位精度高，可以指導類似項目實際操作；經過實測,沉樁偏位控制符合設計及規范要求。

本工程位于佛山市高明大橋下游、西江右岸高明港區的荷城作業區；碼頭工程包括4個2000噸級內河集裝箱泊位，同時滿足2艘3000噸級海輪集裝箱船靠泊要求，碼頭結構按5000噸級集裝箱船預留設計，岸線總長276m，設計分前后樁臺，前樁臺包括上下游護岸共計263根樁基需水上沉樁，碼頭為現澆梁板式結構，樁基包括直樁和斜樁，結構形式如圖1所示。

圖1 碼頭結構典型斷面圖

2.定位技術方法

高樁碼頭樁基定位沉樁后平面位置偏差大小直接影響樁基的受力分布，對碼頭上部結構造成巨大隱患，因為平面位置偏差過大，會大大削弱樁基承載力數值進而直接威脅到碼頭的使用安全，所以樁基平面位置控制在港口泊位碼頭施工質量控制中甚為重要。

2.1 常規測量定位方法

前方交會法：直樁情況下，在岸上兩個大致相互垂直的控制點上分別架設1臺全站儀（或經緯儀），根據提前計算出的水平方位角，觀測樁基在設計樁頂標高處的水平角度；如果是斜樁，還需增設一臺水準儀進行高程測量，將測量結果反饋給打樁專職指揮，并通過移動打樁船來調整樁位，直至將樁準確定位后開始沉樁。沉樁過程中，測量人員如發現樁基有偏位，立即通知打樁專職指揮，進行調整；若樁位偏差較大時，需將樁基拔起后重新定位施打，直到符合設計及規范要求[1]。

船載GPS-RTK定位法：根據船上安裝的GPS-RTK打樁定位系統配合搭載在船體及樁架上的傾斜儀，時時顯示樁體的形態，包括樁位情況及傾斜情況；打樁專職指揮根據電腦上顯示的數據指揮船上操作人員移動打樁船到指定位置（見圖2），并調整樁架傾斜度（直樁時傾斜度為0），定好樁位，同時需要在岸上架設一臺水準儀觀測打樁貫入度。沉樁過程中，通過時時數據觀察如發現樁基有偏位，立即通知打樁專職指揮，進行調整；若樁位偏差較大時，也需將樁基拔起后重新定位施打，直到符合設計及規范要求。

圖2 船載GPS-RTK打樁定位系統操作界面圖

2.2 改進的測量方法

本工程在樁基施工過程中，綜合傳統常規測量定位方法的優缺點，利用全站儀的免棱鏡功能，加上GPSRTK打樁定位系統，完美的解決了水上沉樁定位難，精度低的難題[2]。

（1）直樁施工時，首先采用船載GPS-RTK定位法進行粗定位，在岸上可視的位置，架設一臺全站儀，采用后方交會的方法，對儀器進行定向，然后在利用儀器的免棱鏡技術，在提前計算好的水平方位角和距離的基礎上通過對樁位設計標高處的中心和樁邊進行免棱鏡測量，可以準確的測量出樁的位置，對樁位進行準確定位；如果是斜樁施工，還需要對不同高程的樁心坐標進行測量，因此復核出樁位的扭角及傾斜度[3]。

（2）斜樁的計算，因只使用一臺儀器，需要測量幾個高程的樁中心來復核樁位的扭角及傾斜度，那么就需要根據提高量來計算各高程處樁中心的坐標值，再計算提高處的水平角度和距離，計算原理如下：

計算仰樁提高高程后的樁心坐標（x1,y1）:設樁的傾斜度為m:1，其水平扭角為β，向上提高量為h，樁身提高h后水平投影距離為d,設計高程處樁心坐標為（x0,y0）。由樁身的傾斜度可得：d=h/m，由幾何關系可知，△x=dcosβ，△y=dsinβ，x1=x0+△x,y1=y0+△y。

計算俯樁時，提高高程后△x和△y 的算法和仰樁的完全一樣，但是一定要注意俯樁的樁心坐標（x1,y1）計算和仰樁的完全不同：x1=x0-△x,y1=y0-△y；這一點十分重要，否則會導致測量定位出錯。

本工程設計有前后樁臺，前樁臺施工時后樁臺已完成施工，故現場有較多的樁體遮擋視線，結合現場的情況，在碼頭上下游分別設置一個固定的控制點，用作后視點位；測量過程中涉及到較多的坐標正反算，因此我們還編制了EXECL表格用于方便坐標正反算（見表1），定位時只需提前輸入測站坐標及下根所需要測量的樁位的對應高程，就可以計算出每個樁位各高程所對應的方位角及距離，再對比全站儀測量出來的數據，可以準確知道樁位的具體情況，反饋給打樁專職指揮進而調整樁位，從而精確的定位出每根樁基的正確位置、扭角及傾斜度。

表1 測站與樁位坐標正反算計算表

3.定位技術研究討論

綜合上述方法，可以研究分析出各方法的優缺點及定位精度：

方法1：必須配置大量的測量人員和測量儀器，尤其在風浪大的情況下，定位速度慢，精度不夠高（定位精度在10-20cm），打樁的施工效率很低，浪費資源的同時也耗費工期。

方法2：需配置一套GPS-RTK打樁定位系統，但是GPS接收機受打樁船樁架過高，以及天氣影響，導致GPS衛星信號不穩定，因此解算出來的樁位不夠準確（信號穩定時定位精度在10cm左右，信號失穩時定位精度無法確定），但該系統直觀明了，簡單易懂，因此定位速度快，能提高打樁的施工效率。

而本工程采用的方法，在方法2的優點下，利用了全站儀的特性，綜合了所有的資源，消除了方法2的不穩定性和定位精度不夠準確的弊端，也消除了方法1中定位速度慢及精度不夠高的缺點，使打樁定位的速度成倍的提高，定位的精度也得到了顯著的提升；通過在實際操作中的情況反饋，定位時間只需不到5分鐘，定位的精度可達5cm以內，大大地提高了成樁的效率和準確性。具體的復測數據見表2。

表2 樁基測量驗收記錄表

在內河碼頭施工過程中，需要考慮的其他因素也有很多，例如潮汐、汛期等，在沉樁過程中也有很多需要考慮的，例如地質情況、開挖面的坡度以及樁基的俯仰情況等，都對樁基的施工有很大的影響，需要和打樁預留值結合起來；本文僅單獨考慮測量定位的一些影響因素。最后本項目沉樁情況如圖3所示。

圖3 已完成沉樁樁位現場圖

4.結論

在我國大力發展經濟的優勢下，內河的水路運輸也將得到重視，而內河碼頭的結構形式受潮汐、汛期等的影響，勢必要采用高樁梁板結構形式；通過在佛山港高荷碼頭項目樁基施工中測量定位實際運用，該方法在同類樁基的施工工作中其定位速度快、精度高，有效提高施工效率,為企業贏得良好的社會效益及經濟效益的同時，也為同類碼頭項目施工提供了寶貴的經驗及技術。