跨海大桥定位桩安装新工艺

殷婷婷　严辉煌

摘要：起重船放置导管架入水后采用四根辅助导管进行粗定位，再用调平油缸水平调平；之后，上滑块的滑移油缸结合GPS信号进行精确定位后锁死；最后通过上下滑块的夹桩器进行微调及垂直度修正，以达到工程设计所需要的安装精度要求。

关键词：定位桩；导向架；GPS；滑移油缸；桥梁建设 文献标识码：A

中图分类号：U655 文章编号：1009-2374（2017）04-0109-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.056

1 概述

基于已完成的港珠澳大桥桥梁试桩工程情况以及杭州湾大桥的定位桩安装，采用传统打桩船打设钢管桩，其垂直度只能做到1/200L，平面误差在10cm左右，而现在越来越多新的跨海工程设计的要求垂直度已达到1/400L，平面误差在5cm以内。传统大型打桩船依靠锚泊系统来实线船舶在海上的定位和移船，而锚泊系统一般采用钢丝绳或锚链作为锚缆，锚缆在锚抛出去数百米后，即使由锚机将钢丝绳拉紧，但由于受到钢丝自身重量影响，会形成一个弧度。锚缆自身具有一定的弹性，造成了船体在波浪或风、水流的影响下，产生一定程度的位移或倾斜，位移量一般都远超过10cm，且产生极频繁的晃动，从而造成上述两项指标都难以达到。

同时，由于某些海域（如江河入海口、洋流经过处）水流流速大，风浪影响频繁，这些环境因素都会对传统定位桩的安装施工造成极大的不确定性。

所以，采用常规錨泊定位的打桩船及导向架已经难以达到目前的工程工艺要求的，为此我们专门研究了能适应各种复杂海况的GPS打桩导向定位架系统。

2 工作原理

该导向定位架参考港珠澳大桥的一个桩点四根桩的安装模式设计，主要是采用起重船将该架在指定位置进行安装并粗定位（粗定位精度为±200mm范围内），将该架放置在泥面上，该架底部设有防沉板以防止下沉。然后采用四根钢管桩作为导向架辅助桩腿穿过该架位于四角的四个导管插入泥面至并沉桩至泥面以下50m，通过调平油缸将导向架调平并固定在桩上，利用该架上下两层夹桩器通过液压油缸及平面滑移系统在一定范围内（±300mm）产生四个夹桩器整体平面滑移。因调整层的四个夹桩器均形成一个整体，所以桩的相对位置不会发生变化，而通过上下调整层的相对平面滑移，可精确调整桩的平面位置及垂直度，先用振动锤施打，在施打过程中严密监控桩的垂直度变化，垂直度一出现变化马上采用振动锤进行纠偏，一直将桩振动至-50.0m标高处。此时桩已基本稳定，并进入较硬的土质（N=10以上），再更换液压打桩锤在定位架的导向下打至设计标高

-70.0m处，即满足设计要求。

3 打桩定位导向架基本构造

打桩定位导向架主要材质为船用钢，主体由四根钢管作为导管，导管间距为13m×10.9m。采用Φ800mm×δ12mm钢管作为主横撑杆焊接成一个四方立体导管式定位导向架。定位导向架设置上、下两个精确调节导向层，两层导向装置间距为12m。导向定位架底部设置防沉板，防止导向架在安放到泥面后下沉。见图1所示：

4 导向架主要系统装置

4.1 上层调节装置

上调整层由下滑板、上滑板、四个夹桩器、八个滑移油缸、导向板以及支撑系统组成。

下滑板焊接在导向定位架主体上，可支撑上滑板及四个夹桩器并使其可在上面滑动。

夹桩器的主要功能是让桩通过，并对桩进行位移限制，仅允许桩进行轴向的移动及夹紧桩。四个夹桩器按桩位的间距，焊接布置在上滑板上形成一个整体。

上调整层的主要功能是使四个夹桩器形成一个整体，使四根桩分别通过导向板进入夹桩器后的相对位置固定不变。在夹桩器将桩夹紧后，可将四根桩在保持相对位置不变的情况下，整体在±300mm的范围内进行任意方向的平面精确移动，当四个桩位的平面误差均达到设计要求后，可通过机械方式对上滑板以及其上的四个夹桩器进行锁定。

上滑板与下滑板之间可通过八个滑移油缸（每侧两个）调节，进行平面任意方向滑动，使焊接在上滑板上的四个夹桩器产生平面移动，从而达到调整桩位平面位移的目的。

下滑板焊接固定在导向定位架本体上，起支撑上滑板及焊接在上滑板上四个夹桩器的作用，同时提供给上述构件在上面滑动的平面。面层采用磨平加工，以减少滑动摩擦力。

上滑板按桩位尺寸开孔，将四个夹桩器焊接在开孔的相应位置，可让桩通过并将桩夹紧。上滑板下表面须进行磨平加工，以减少与下滑板之间的滑动摩擦力。

夹桩器由以下主要部件组成：圆形箱体、导向板、夹桩油缸、夹桩滚轮、滚轮滑道，夹桩器焊接固定在上滑板上，夹桩导轮由液压油缸推动，也可用机械形式锁定。

下层导向装置：下层导向调节装置同上层调节装置结构及工作原理相同。在上层导向装置调整四根桩的平面位置达到设计要求并采用机械锁定后，当桩进入下层导向调整装置后，通过对下层位置的精确调整，可精确调整桩的垂直度。

4.2 液压系统

每个导向架调整层有24个液压油缸（其中16个夹桩器夹桩油缸、8个滑移油缸），上、下两个层导向装置，有48个液压油缸（其中32个夹桩器油缸、16个滑移油缸）。四个导管下部用于固定导管与桩的油缸2个×4=8个，共有56个油缸。此外，导管架调平系统在每根导管顶部设置一台液压千斤顶，共四台。液压系统将上、下两层分成两个系统，在导向架顶部设置两台型号相同可相互替代的液压动力站及油缸控制台。

4.3 GPS定位系统

GPS定位天线设置在上层导向装置的轴线上（此轴线与大桥纵向轴线重合），数量为两个，固定处为上滑块两端。当滑移油缸推动上滑块微调时，天线达到预定位置，且大桥设计轴线与天线两点连线垂直并经过其中点时，则精确定位成功。

5 导向定位架详细工作过程