摘 要
随着我国经济建设的高速发展,水上交通建设日益受到重视,大型跨海大桥、远海码头的建设蓬勃发展.高桩桩基作为水上交通工程的基础工程,其质量对上层建筑的安全至关重要.测量工作做为桩基工程质量的必要保障,成为测量工作者研究的重要内容之一.本文结合作者参与的生产实践工作,选择三个典型的高桩工程案例,针对其中遇到的一些在施工测量中存在的问题,从桩基工程的测量控制系统的选择、内业计算及施工放样等角度进行论述,解决了高桩桩基工程测量施工中无控制系统、投影变形严重、放样精度满足不了要求等问题.
以常石集团(舟山)大型船体有限公司舾装码头工程建设为背景,阐述了扩建工程控制系统的建立过程,并对沉桩施工的提前量由以前的目估,改进为的由改变提高量来实现精确定位.
乍浦港区二期工程四、五号泊位工程的建设为背景,完成在原有坐标系统被严重破坏的情况下,重建坐标系统的过程,并建立工程坐标系解决投影变形远超过规范的问题.
杭州湾跨海大桥Ⅵ标段,远离岸线,常规的测量技术无法完成相应的测量放样工作,而 GPS 动态测量又满足不了放样的精度要求.通过研究,采用 GPS 静态定位技术与全站仪相合的方法,完成了承台的放样工作,精度满足设计要求.
通过这三个典型的工程案例,对桩基工程从桩的外形、工程离岸的远近、施工的流程等几个方面进行研究和探讨,给测绘界的同行们在今后类似的工程建设中提供一些借鉴和参考.
关键词:高桩桩基,坐标系,放样,应用
Abstract
With the rapid development of China's economic construction, the construction ofwater transportation has received more and more attention, and the construction oflarge-scale cross-sea bridges and offshore terminals has flourished. As the basic project ofwater transportation engineering, the quality of high pile foundation is very important tothe superstructure. As a necessary guarantee of the quality of pile foundation engineering,the measurement work has become one of the important contents of the surveyor's research.
Based on the work of production practice in which the author participates, this paperselects several typical cases of high pile engineering, and discusses the problemsencountered in these cases from the perspective of the selection of measurement controlsystem, internal calculation and construction sample laying. The problems such as nocontrol system, serious deformation of projection, and insufficient accuracy of dischargeare solved.
Based on the construction of outfitting wharf of changshi group(zhoushan) large hullCo., Ltd., the establishment process of the expansion project control system is described,and the advance amount of caisson pile construction is estimated from the previousobjective, and the precise positioning is improved.
Based on the construction of berths 4 and 5 of the second phase of the Zhapu PortArea Project, how to solve the problem of how to rebuild the original coordinate systemwhen it is seriously damaged is proposed, and how to establish an engineering coordinatesystem to solve the problem that the projection deformation far exceeds the norm.
Hangzhou Bay Bridge VI section, far from the coastline, conventional measurementtechnology can not complete the corresponding measurement release work, and the GPSdynamic measurement accuracy can not meet the requirements of the release. Through study and exploration, the method of GPS positioning static positioning technology and thewhole station instrument is used to complete the lofting work of Chengtai, and theaccuracy meets the design requirements.
Through these three typical engineering cases, this paper studies and discusses the pilefoundation engineering from the aspects of the shape of the pile, the distance from theshore of the project, and the construction process. For the surveying and mapping industrycolleagues in the future similar projects to provide some reference and reference.
Key Words: High Pile foundation; Coordinate System; Lofting; Application
目 录
摘 要 ...................................................................................................................................................... V
Abstract ................................................................................................................................................... VII
目 录 ..................................................................................................................................................... IX
1 绪 论 ...................................................................................................................................................... 1
1.1 研究背景与意义 ......................................................................................................................... 1
1.1.1 研究背景 ......................................................................................................................... 1
1.1.2 研究意义 ......................................................................................................................... 1
1.2 研究现状 .................................................................................................................................... 2
1.3 研究内容与研究思路 ................................................................................................................. 3
1.4 论文结构 ................................................................................................................................... 4
2 高桩桩基工程介绍 ............................................................................................................................... 5
2.1 桩简介 ........................................................................................................................................ 5
2.1.1 桩的作用 ........................................................................................................................ 5
2.1.2 桩的分类 ........................................................................................................................ 5
2.2 桩基工程 .................................................................................................................................... 6
2.2.1 桩基工程的分类及特点 ................................................................................................ 6
2.2.2 高桩桩基工程的作业流程 ............................................................................................ 8
2.3 工程坐标系的确定 ..................................................................................................................... 9
2.3.1 高斯平面直角坐标系 .................................................................................................... 9
2.3.2 工程坐标系的选择 ...................................................................................................... 11
2.3.3 施工坐标系 .................................................................................................................. 12
2.4 高桩桩基工程中常用的测量方法 ........................................................................................... 13
2.4.1 前方交会法 .................................................................................................................. 13
2.4.2 GPS 定位技术 ............................................................................................................... 14
2.4.3 GPS 打桩定位系统 ....................................................................................................... 15
2.4.4 全站仪放样 .................................................................................................................. 17
2.4.5 水准测量 ...................................................................................................................... 18
3 码头扩建工程的施工测量 .................................................................................................................. 19
3.1 工程概况 ................................................................................................................................. 19
3.2 工程施工系统的建立思路 ...................................................................................................... 19
3.2.1 临时平面坐标系的建立 .............................................................................................. 19
3.2.2 高程控制系统的建立 .................................................................................................. 21
3.2.3 存在问题及解决办法 .................................................................................................. 21
3.2.4 码头总体布置图 .......................................................................................................... 25
3.2.5 工程施工坐标系的最终建立 ...................................................................................... 27
3.3 桩位计算 .................................................................................................................................. 27
3.3.1 桩中坐标计算 .............................................................................................................. 27
3.3.2 前方交会角计算 .......................................................................................................... 28
3.3.3 沉桩顺序的确定 .......................................................................................................... 29
3.4 桩落泊、验桩及划桩 ............................................................................................................... 30
3.4.1 落泊图的制作 .............................................................................................................. 31
3.4.2 验桩、划桩 .................................................................................................................. 31
3.5 沉桩施工 .................................................................................................................................. 31
3.5.1 沉桩质量控制要求 ...................................................................................................... 31
3.5.2 沉桩提前量 .................................................................................................................. 32
3.5.3 沉桩定位 ...................................................................................................................... 33
3.6 桩帽承台施工........................................................................................................................... 34
3.6.1 桩顶处理 ...................................................................................................................... 34
3.6.2 桩帽(承台)平面位置放样 ...................................................................................... 34
3.6.3 预埋件的放样 .............................................................................................................. 34
4 码头 PHC 桩桩基工程施工测量 .......................................................................................................... 35
4.1 工程概况 .................................................................................................................................. 35
4.2 平面控制测量........................................................................................................................... 36
4.2.1 已有资料分析 ............................................................................................................... 36
4.2.2 已知点的选择 ............................................................................................................... 36
4.2.3 控制点埋设 ................................................................................................................... 36
4.2.4 测量方法 ....................................................................................................................... 37
4.2.5 数据处理 ....................................................................................................................... 37
4.2.6 换带计算 ....................................................................................................................... 39
4.2.7 码头设计坐标的修改 ................................................................................................... 39
4.2.8 施工坐标系的建立 ....................................................................................................... 39
4.3 高程控制 .................................................................................................................................. 40
4.4 沉桩前的相关工作 ................................................................................................................... 41
4.5 施工测量控制........................................................................................................................... 42
4.6 码头桩帽的测量控制 ............................................................................................................... 45
5.跨海大桥钢桩桩基施工测量 .............................................................................................................. 46
5.1 工程概况 ................................................................................................................................. 46
5.1.1 第Ⅵ合同段工程量 ...................................................................................................... 46
5.1.2 沉桩区施工环境 .......................................................................................................... 46
5.2 控制测量 ................................................................................................................................. 47
5.2.1 平面控制网 .................................................................................................................. 47
5.2.2 高程控制网 .................................................................................................................. 47
5.3 沉桩施工的前期工作 .............................................................................................................. 47
5.3.1 桩船选择 ...................................................................................................................... 47
5.3.2 桩锤选择 ...................................................................................................................... 48
5.3.3 桩位计算 ...................................................................................................................... 48
5.3.4 根据桩船模型排沉桩顺序 .......................................................................................... 49
5.3.5 出落驳泊图 .................................................................................................................. 49
5.3.6 验桩、划桩 ................................................................................................................... 50
5.4 沉桩施工工艺........................................................................................................................... 50
5.5 沉桩控制测量.......................................................................................................................... 52
5.5.1 沉桩控制标准 .............................................................................................................. 52
5.5.2 沉桩质量控制 .............................................................................................................. 52
5.6 沉桩偏位测量.......................................................................................................................... 53
5.7 套箱定位放样.......................................................................................................................... 53
5.7.1 原理 ............................................................................................................................. 53
5.7.2 精度分析 ...................................................................................................................... 53
5.7.3 承台坐标系的建立 ...................................................................................................... 54
5.7.4 施工流程及要求 .......................................................................................................... 55
5.7.5 放样算例 ...................................................................................................................... 56
6 结论 ..................................................................................................................................................... 58
致 谢 ..................................................................................................................................................... 59
参考文献 ................................................................................................................................................. 60
1 绪 论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
改革开放 40 年来,中国的经济体制改革取得了举世瞩目的巨大成就,全国范围内经济社会生活出现了翻天覆地的巨变,人民生活已基本达到小康水平.但是我们离发达国家的经济水平还有很大的差距,2013 年秋,***总书记在哈萨克斯坦纳扎尔巴耶夫大学和印度尼西亚国会的演讲中分别提出共同建设"丝绸之路经济带"和"21世纪海上丝绸之路"倡议,简称"一带一路"倡议.
"一带一路"顶层框架有五个主体方向,其主体框架是"六廊""六路""多国""多港".它们分别是:
①丝绸之路经济带的走向.从中国西北、东北经中亚、俄罗斯至欧洲、波罗的海;从中国西北经中亚、西亚至波斯湾、地中海;从中国西南经中南半岛至印度洋.
②21 世纪海上丝绸之路走向.从中国沿海港口过南海,经马六甲海峡到印度洋,延伸至欧洲;从中国沿海港口过南海,向南太平洋延伸.
③"一带一路"主体框架
"六廊"--六大国际经济合作走廊:新亚欧大陆桥、中蒙俄、中国-中亚-西亚、中国-中南半岛、中巴、孟中印缅经济走廊.
"六路"--公路、铁路、航运、航空、管道、空间综合信息网络,是基础设施互联互通的主要内容.
"多国"--一批先期合作国家,争取示范效应,体现合作成果.
"多港"--共建一批重要港口和节点城市,繁荣海上合作.
从"一带一路"的核心理念中可以看出,加强经济建设,改善人们生活,提高我国的综合实力仍然是我国现阶段的主要任务.而交通建设与经济发展之间的关系密不可分,交通运输对经济发展起着引导、促进和支撑的作用.
我国幅员辽阔,地大物博,既是一个陆地大国,又是一个海洋大国.拥有 960万平方公里的国土面积和 300 万平方公里的海域,海岸线长达 3.2 万公里,其中陆地海岸线 1.8 万公里,6000 多个大小的岛屿散布在海岸线周边.目前我国陆路交通建设已经很发达,许多技术已领先于世界.但水上交通受着诸多因素的制约,特别是受测量定位技术的影响,许多远距离工程的建设受到很大的制约.
1.1.2 研究意义
高桩桩基工程作为跨海大桥工程、港口码头工程的构成基础,是水上交通工程的重要组成部分,它的测量工程也成为测绘工作者研究的重要内容之一.近十几年来,随着全球定位系统(GPS)定位技术的发展,长距离跨海大桥工程和大型码头的测量定位技术也日趋成熟,大型工程的控制网在网形上的要求已大大低,而工程控制系统的建立则极为重要.另外,施工放样的精度一直以来都是工程质量的重要保证.本文作者根据自己十数年从事码头和跨海大桥工程的测量工作经验,按照工程建设的顺序,从工程控制系统的建立、放样数据的计算、放样方法的创新和施工过程的控制等几个方面来论述测量技术在高桩桩基工程中的应用,解决了其中遇到的一些特殊问题,希望给同行们提供一点借鉴.
1.2 研究现状
随着我国经济建设的高速度发展,以及全球定位系统(GPS)定位技术的成熟应用,国内外大型跨海大桥的建设也蓬勃发展,如白令海峡大桥将亚洲、欧洲、非洲、北美洲和南美洲连在了一起;港珠澳大桥沟通了香港、珠海和澳门;厄勒海峡大桥连接哥本哈根和瑞典第三大城市马尔默;还有国内的东海大桥、杭州湾跨海大桥、青岛屿大桥、金塘大桥等等,这些大桥的海中桥墩的基础都是由高桩桩基构成.
在我国 3.4 万公里的海岸线上,有许多着名的港口,如宁波舟山港、洋山港、台州港、嘉兴港、温州港、海门港.港内码头诸多.如小黄龙石料码头工程、大麦屿 3万吨级多途码头工程、马迹山 20 万吨级矿石中转码头、工程乐清至玉环滚装轮渡码头工程、北仑第二港埠公司 1#泊位扩建工程、宁波港大榭客运站、乍浦二期 4、5 泊位工程,还有青岛董家口 40t 级的矿石专用码头等,其中大量码头的基础都是由高桩桩基构成.
在高桩桩基工程测量施工方面,测量工作者已做了大量的工作,特别是对 GPS定位技术的应用更是进行了深入的学习和研究.倪建夏[1]、莫兴林、廖健雄等人[2]对GPS 沉桩定位系统从系统的组成、定位原理进行了阐述,并对定位误差进行了理论分析,然后用常规测量方法进行比对实验,证实 GPS 沉桩定位系统的优越性.刘国瑞[3]、杨超等人[4]对使用 GPS RTK 定位技术进行沉桩定位,从理论上进行了精度分析,并对沉桩工艺进行了总结.梁峰[5]对 GPS 打桩定位系统在水上沉桩中的桩位精度控制的各项措施进行了阐述.吴柏宣[6 对桩基工程的斜桩定位测量时的平面扭角、竖直角对定位精度的影响进行了研究.曹海林[7]对用前方交会法进行沉桩定位的精度,从误差传播定律的角度进行了认证.吴嘉昱[8 对高桩码头的大管桩沉桩时,桩头破损的原因进行了分析,并提出相应的措施.肖根旺、许提多、朱顺生、周文顺等人[9]对杭州湾跨海大桥坐标系统的建立进行了分析和认证.刘京喜[10]对桩基工程的施工放样从误差传播定律进行了放样精度分析.蒋凯[11]则结合印尼巴齐丹码头项目的实际情况,简要阐述桩位的测量控制方案.黄修德[12]介绍了用全站仪进行桩基、承台、墩身等放样的流程,并着重介绍了变形位移监测的内容.
国外的同行们也做了大量研究工作, Seward[18]等指出在一些施工环境比较恶劣的情况下,GPS(RTK)可以实现施工设备安全高效的导航.Chen[19]等、Sikanen 等[20]介绍了 GPS RTK 在海上转井施工管理、道路运输控制领域中发挥着非常重要的作用.Seward[21]等 1994 年在 tent Foundations 有限公司推出了他们的桩位自动定位和记录系统,此系统由三种传感器组成(一个 GPS,一个双轴倾斜仪,一个罗盘),安装在桩架上的一个 GPS 天线以及双轴倾斜仪测定桩的坐标和桩的倾斜度,罗盘控制桩的方位,传感器数据经采集与处理后,实现桩位的自动定位.
但是,在码头扩建工程的测量控制、沉桩偏位的精准控制、远距离桩基施工放样等方面的研究还比较少,本文尝试对此进行研究.
1.3 研究内容与研究思路
①研究内容
高桩桩基工程的测量工作主要包括控制系统的建立、桩位计算、沉桩施工、桩帽放样等工作.本文以高桩桩基工程为研究对象,以工程离岸的远近为切入点,从内业计算、控制系统、定位技术、施工和放样等几个方面进行阐述,并用实例进行说明.主要研究内容如下:
1)沉桩定位正位率提高的要点与技巧
桩基工程的斜桩定位过程中,由于受地质条件、水深、桩自重、桩斜率和桩船的影响,定位时必须预留一定的提前量.在以往的沉桩施工中,提前量的控制主要根据沉桩施工员的经验和测量定位人员的目估能力来确定,导致偏位带有一定的偶然性.如果提前量能够精确确定,则能大幅度的提高沉桩正位率.
2)坐标系统的选择
目前,码头、船坞等工程主要包括扩建和新建两个种类型.扩建工程经常会存在原有坐标控制系统被严重破坏而无法使用、已建工程存在位移变形的情况.这就需要根据设计意图和现场实际情况新建工程控制系统.目前,新建工程的控制网基本上是用全球定位系统(GPS)定位技术布设的,其投影变形在测量过程中不容易被发现.而设计人员根据甲方提供的坐标系统进行建筑物设计时,由于专业不同,他们一般不考虑投影变形和高程归算的影响,导致用常规仪器来测量时,会出现实测边长与理论边长不一致的情况,使得测量放样无法进行.
3)施工坐标系的应用
施工坐标系根据工程的特点,按照建筑物的主轴线来建立的,但现在的大型工程通常由很多部件构成,当所放样部件与施工坐标系的轴线不一致时,现场放样时,放样数据很不直观,现场很难直观地判断放样成果的正确性,给现场质量带来隐患.
4) 测量定位技术的选择与应用
目前,测量定位技术主要有 GPS 定位技术和以全站仪为主要工具的常规测量定位技术,这两种技术各有优缺点,充分利用各种技术的优点,能够最达限度的提高工作效率和效益.
5)测量施工放样中的技巧
在选择同样的测量仪器和方法下,由施工经验产生的技巧,可以把复杂的问题简单化,可以大幅度的提高定位精度.
6)施工技术
测量定位质量提高还与具体的施工工艺息息相关.
②研究思路
在介绍测量相关知识的基础上,选取三个典型高桩桩基施工项目,针对项目中无控制系统、投影变形严重、放样精度满足不了要求等问题,详细论述解决方案,改进测量方法,最终完成工程建设任务.
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
6 结论
本文通过对三个典型高桩桩基工程的施工测量进行认证分析,可得到如下结论:
①对于码头扩建工程,一定要考虑原有工程实际情况和配套道的具体位置,对设计意图进行深入领会.然后对设计考虑欠缺之处提出合理意见,并进行控制系统的设计;
②当工程的坐标系统的投影变形不满足规范要求时,要根据实际情况建立工程坐标系,若设计建(构)筑物采用的坐标系统是原有坐标系统时,要提请设计单位变更建(构)筑物的设计坐标;
③斜桩沉桩施工中,沉桩定位时,将提前量转化为定位提高量,能够使实现精确定位,能够大幅度提高桩基正位率;
④当业提供的控制点无法满足要求,而附近又有其他工程的高精度控制网时,可用该控制网作为本工程的首级网,但要考虑两系统的系统差,并对系统差进行调整,以确保本工程的坐标系统与已有建筑物系统的统一;
⑤用 GPS 沉桩定位系统时,可利用附近工程的稳定可靠的基准站,但要注意沉桩系统的相关参数的设置,确保坐标系统的正确;
⑥采用 GPS 静态测量与全站仪相合的办法,在已沉桩基上焊接具有强制对中装置的临时控制点,用具有高精度的 GPS 静态测量成果作为控制点,然后用全站仪进行碎部放,可以有效提高远海施工放样的精度问题.
最后,希望这些经验能在类似工程中为同行们带来一些启发.
参考文献
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