武汉天兴洲大桥斜桩测量定位技术

詹志文 胡 锋 张劲松

（1.江西省基础测绘院 江西南昌330001；2.中铁大桥局集团第五工程公司 江西南昌332004）

1 工程概况

武汉天兴洲大桥位于武汉长江二桥下游9.5公里的天兴洲江段，桥位处长江河段属微弯分叉型河段。江中天兴洲将长江分为南、北两个河汊，南侧主河汊宽约1.5km，北侧副河汊宽约1.1km，天兴洲宽约1.5km。

武汉天兴洲大桥从北岸谌家矶长江大堤堤脚DK7+449.4m，向南跨长江北汊上天兴洲，越过长江南汊至DK12+106.5m 止，全长4657m，其中公铁合建段长2638.6m。南汊正桥采用98+196+504+196+98米双塔三索面斜拉桥，上层为双向6 车道公路，下层为四线铁路。北汊正桥采用预应力混凝土连续梁桥,公铁并排布置，公路在上游，铁路在下游。斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁，N 型桁架，三片主桁；其余部分铁路采用预制混凝土简支箱梁，公路采用现浇混凝土连续箱梁。主塔采用混凝土结构，呈倒Y型，承台以上高度为195m。

主塔2#、3#墩位于南侧主河汊上，均采用双壁钢围堰基础。2#主塔墩靠近天兴洲岸，因河床较高，围堰定位系统采用高桩承台锚墩定位。锚墩的基础为6～9 根不同斜率和倾斜方向的钢管桩。

2 锚墩结构

在2#主塔墩的墩位上下游各设两个锚墩，编号为A、B、C、D(以天兴洲岸上游为起点，按逆时针方向编排)。锚墩采用φ1.0m、δ=12mm的钢管桩群桩基础，上设混凝土高桩承台和绞锚及钢绞线张拉系统。上游锚墩中心横向距桥中线120m，纵向距2#墩里程65m；下游锚墩中心横向距桥中线80m，纵向距2#墩里程61m。锚墩承台顶面标高为+23.0m，承台高2.5m，钢桩顶标高为+21.5m。上游每个锚墩基础设9根钢桩，采用1∶5 和1∶11 两种斜度；下游每个锚墩设6 根钢管桩，也采用1∶5 和1∶11 两种斜度；钢管桩采用斜桩的目的是为了抵抗围堰定位过程中的水平拉力。锚墩布置结构图如（1-1）所示：

3 测量方案的确定

根据测量组现有的设备配置、打桩施工船的形式和施工地点的地形条件，在保证施工要求的前提下，为了方便快捷对钢桩进行定位控制，我们选择确定了先控制调整打桩施工船（粗定位），再对钢桩进行精确调整（精定位）的方案进行施工控制。

1、先对打桩施工船进行必要的测量，找出打桩施工船主要工作轴线的关系和尺寸；

2、和打桩船上的工作人员进行沟通交流，参考他们的意见，确定每个锚墩钢桩施工前打桩船的定位锚位置（以利在钢桩定位过程中更好的控制和调整打桩船至预定工作地点）；

3、在天兴洲岸南侧布设打桩控制点，保证在交会定位的图形强度；

4、根据对打桩船的测量结果，在打桩船上布置定位观测点，确定其与打桩船的工作轴线的关系和距离；

5、根据在天兴洲岸南侧和在打桩船上布置定位观测点，即可预先计算每根钢桩定位时打桩船观测点的坐标和钢桩的定位数据。减少现场施工测量的工作量，确保计算数据无误。

4 测量定位前的准备工作

4.1 外业测量的准备工作

1、根据已有控制点和锚墩的位置，在天兴洲岸南侧，按四等导线和四等水准测量要求，加密布设了平面和高程控制点。所布点位要满足钢桩定位时的交会角不小于30°且不大于120°的工程测量规范要求。

2、在已经制造好的钢桩上，用白油漆做上醒目的刻划标记。做标记时，在钢桩中间部分按1m 间隔标注，接近钢桩设计标高处，按0.1m 间隔标注，以便计算钢桩顶标高及贯入度。

3、为了能更好控制钢管桩的斜率和倾斜方向，在打桩船两侧，布设了两对与岸上通视条件良好的定位观测点B1、B2、B3、B4，且定位观测点B1 与B2和B3 与B4的连线与打桩船导向架中心的前后工作轴线方向平行。用LeicaTC1800 全站仪测出打桩船上定位观测点B1、B2、B3、B4 与导向架垂直时的中心的坐标，根据所测坐标，计算出它们之间的相对关系；再用钢卷尺量出水面至打桩船导向架转轴处的距离L。定位观测点B1、B2、B3、B4 与导向架中心关系位置如图（1-2）所示：

4.2 测量内业的准备工作

1、首先收集齐相关资料，包括2#墩锚墩布置图和锚墩结构图、锚墩施工工艺、打桩船的结构尺寸和相关性能参数等。依据《新建铁路工程测量规范》、《公路桥涵施工技术规范》、和《公路工程质量检验评定标准》，选择适当的测量仪器，制定相应的测量方案。

2、根据收集的锚墩布置图和锚墩结构图，计算出每个锚墩中心位置坐标和轴线方向，再根据每个锚墩各钢管桩的倾斜方向和倾斜度，计算出各钢管桩在某一高程面的桩中心坐标（因为锚墩钢管桩采用的是不同倾斜方向和不同的倾斜度，故其桩中心的平面位置在不同的高程面，就会有不同的坐标相对应）。计算坐标时，每根钢桩要计算出不同高程面上的两个坐标，且这两个高程面之间的距离应尽可能大些，这样有利于仪器交会定位时，能更好的反映出钢桩的倾斜度和倾斜方向。

3、依据加密控制点坐标和各桩坐标，计算每根桩在两个不同高程面上的交会方位角和竖直角。由于是斜桩，桩中心是否位于交会方向上难以判别，为了便于测量员操作，将交会桩中心的方向改为照准钢桩的边沿。计算公式如下：α=sin-1（r/S）AGM1～P=tan-1（△Y/△X）AGM1～E=AGM1～P±α V1=tan-1（h1/D1）V2=tan-1（h2/D2），图中:GM1表示测站点编号、P表示斜桩中心、E表示视线与斜桩边沿的切点、r表示斜桩的半径、S表示测站GM1 到斜桩中心P的水平距离、i表示仪器高、V1、V2分别表示交会不同高程面时的竖直角、D1、D2分别表示测站到斜桩中心不同高程面的水平距离、h1、h2分别表示水平视线到斜桩中心不同高程面的距离。α表示照准斜桩中心与切边的偏角、AGM1～P、AGM1～E分别表示测站至斜桩中心和边沿的方位角。如平面图1-3 和立面图1-4所示：

4、根据施工当天的水位标高和先前采集的水面至打桩船导向架转轴处的距离L，计算将要定位的斜桩在转轴标高处的桩中心坐标，再依据此点与打桩船某一侧临时控制点的相对关系，推算出这根斜桩在正确位置时，打桩船上临时控制点B1、B2的相应坐标：X1、Y1,X2、Y2。

5 测量定位时的具体操作方法

先利用打桩船上倾斜刻度装置，把钢桩调到设计斜度，再以垂球和钢尺对其进行复核。岸上测量员将两台仪器，分别按某一固定高度架设在加密控制点上，相互后视定向（如采用标称精度：测角为1″、测距为1+2ppm的LeicaTC1800 全站仪和测角精度为2″级的SOKKIA T6OO 电子经纬仪）。用全站仪测出打桩船上定位观测点B1、B2的坐标：X1`、Y1`、X2`、Y2`根据实测的坐标与理论坐标的差值：△X1=X1`-X1、△Y1=Y1`-Y1 和△X2=X2`-X2,△Y2=Y2`-Y2,指挥打桩船往相对应方向移动，当打桩船按照要求移动完毕，再次对打桩船上的定位观测点进行测量（此项操作应反复进行，使实测控制点的坐标与理论坐标相差不大于5cm时，且△X1 与△X2，△Y1 与△Y2 符号相同）。然后用两台仪器分别对钢桩不同高程面进行前方交会，根据交会的情况进行调整，使其精度满足设计规范的要求。因为在调整斜桩的过程中，其位置和方向会相互影响，所以应先调斜桩的倾角，再调出斜桩的倾斜方向，最后调整斜桩的平面位置（此调整过程要反复进行，直至满足设计施工规范要求）。

6 下桩过程中的测量

当斜桩定位精度符合要求后，就可缓慢地将斜桩顺着导向架扦入河床中；在下桩的过程中，岸上的仪器要对桩位和打桩船的位移进行实时监测。具体做法是下桩时在控制点上用一台仪器照准水面上斜桩的某一边沿，另一台仪器照准斜桩中间偏上的另一边沿，随时观察下桩过程中桩边沿是否偏离仪器视线方向，并将观察情况及时汇报至打桩船上的指挥员，直至将桩位打到设计位置。待桩锤从钢桩上脱开后，用全站仪测出已打到位的桩中心位置，检测其实际偏差。

7 结束语

武汉天兴洲大桥2＃锚墩，全部采用不同倾斜度的斜桩基础。经分析，斜桩准确定位的关键要素是：斜桩的倾斜度与倾斜方向以及斜桩的平面位置。天兴洲大桥2#锚墩采用上述方法进行斜桩测量定位，从施工定位过程和打完桩后的竣工情况看，此方法完全满足工艺精度要求，且定位效率高。因此，用此方法对斜桩进行定位测量是可行可靠的。但在测量定位过程中还要注意以下几个方面：

1、由于斜桩定位时的计算数据比较复杂，在定位前应有两人以上按图纸对数据进行单独校核，确保数据准确可靠。

2、根据具体的情况，在岸上布置合理的控制点。

3、合理抛设打桩的前后锚及边锚。

4、打桩船上同一侧两控制点的连线一定要与导向架仰俯方向的正投影线平行，并且准确测出导向架中心转轴处与船上临时控制点的相对关系。

5、斜桩定位时，按先调倾斜度、再调倾斜方向，最后调整平面位置的顺序。

6、在下桩和打桩过程中要严格控制斜桩的方向与倾斜度，并及时将信息反馈于打桩船上的指挥员。

[1]《新建铁路工程测量规范》.TB,10101-99.

[2]《铁路桥涵施工技术规范》.TB,10203-2002 J162-2002.

[3]《公路桥涵施工技术规范》.JTJ041-2000.

[4]《公路工程质量检验评定标准》.JTG FS0/1—2004.