打桩船高精度沉桩工艺在大桥钢管复合桩的应用

陈永青

摘 要：随着打桩船沉桩技术的进步，目前通常采用GPS-RTK打桩定位技术进行钢管复合桩位的高精度定位。相比于传统的GPS定位技术，该技术具有测量精度高，数据可靠，测量速度快，动态监测等优势，全天候运行等优点，现已成为大型打桩船必不可少的关键技术。文章通过实例阐述GPS-RTK打桩定位技术在大桥钢管复合桩工程中打桩船高精度沉桩工艺的应用情况。

关键词：打桩船；精度；沉桩；研究

引言

近幾年大型的跨海大桥工程逐渐增多，海上桩基工程的施工多采用大型打桩船方法，该方法带动桥梁建设科技进步也促进先进设备及关键施工技术的应用，因此具有广阔的深海水域能源资源的开发利用前景。然而，在海上桩基施工工作中，桩位精度一直是众多学者研究的课题。目前，GPS-RTK技术由于使用方便、快捷，越来越被广泛使用。该技术在工程项目中使用时具有很高的精度，如港珠澳大桥的建设过程中就采用了这种技术，此外GPS-RTK技术往往需要结合其他技术来确保测量精度。实践证明，打桩船高精度沉桩采用定位GPS-RTK技术能显著的提高工程质量。

1 工程实例

1.1 概况

港珠澳大桥非通航孔桩基采用钢管复合桩，其桩长为75m，重90t，属超长超重桩，根据《大桥质量管理制度》中对钢管桩的精度要求，钢管桩桩顶平面偏位≤10cm，桩顶高程≤±10cm，垂直度≤1/250，是普通规范限差的2.5倍，沉桩精度要求高。

本项目施工水域位于江河中心位置，风浪大，水流急，暗涌频繁，潮汐类型属于不规则的半日潮混合潮型，日不等现象明显，施工水域附近航道较多，高速客船、各类货船航行频繁，施工环境相当恶劣。

1.2 施工方案设计

采用大型打桩船沉桩法进行施工。

大型打桩船沉桩法有以下优点：成孔速度快，效率高，能在较短的时间内完成工程计划；机械设备需求量较少，材料周转便捷，可以有效的控制施工成本。

其缺点如下：受环境影响较大，尤其江海上风浪的影响；打桩船需要先进的作业操作系统，要求各环节具有较高的施工工艺。

1.3 “长大海基”打桩船的主要参数

主尺度：74.75m×27m×5.2m；吃水：3.0m；桩架高度：100m；桩架打桩变幅：±18.5°；桩架起重变幅：6°～20°；双钩联吊最大起重量：250t；

植桩直径：800-3200mm；植桩长度：85m+水深；移船绞车：8×35t；锤型：BSP CGL-370/IHC S-600；定位系统厘米级GPS定位系统。

1.4 施工工艺流程

海上沉桩流程为：前期准备（调试桩基定位系统）→运输钢桩→沉桩船就位→打桩船运桩就位→机械立桩→管桩进龙口→移船就位→稳定船身、控制好龙口竖向角度→调整桩位平面借助GPS精准定位、拉紧缆绳→桩自沉→借助GPS调整船位和龙口→压上柴油锤和替打→借助GPS重新调整船位和龙口→启动小冲程锤击管桩→正常锤击管桩→利用GPS软件分析角度变化并及时调整锤击频率→满足沉桩控制条件后停锤→估测桩偏位→起吊锤和替打→移船取桩。

1.5 海上GPS-RTK技术

GPS-RTK系统常用于打桩船定位系统，GPS-RTK技术是海上GPS打桩定位系统的主要技术，该技术包括了传统的测量技术、电子传感技术、实时分析和处理数据等功能。首先，基准站GPS接收机设在岸上已定的控制点上，然后将3个移动台GPS接收机安装在打桩船后侧的适当位置。在移动台上使用已知精度坐标和采集的载波相位，用微分求解坐标。

该项目使用的“长大海基”打桩船装配一套高精度打桩定位系统，系统硬件包括三台TrimbleR7GPS流动站，两台高精度测距仪，一台高精度侧倾仪等组成。

TrimbleR7GPS流动站，以RTK方式实时控制船体的位置、方向和姿态，由测距仪测得的实时桩中心与测距仪相对距离，最后根据船体姿态和相对关系计算出实际钢管桩中心位置，从而实现对桩身的定位和定向。桩架上安装有1台高精度倾斜仪（纵、横向精度为0.01度），其显示的纵、横向倾斜度与需打设的钢管中心线一致。通过前后调整桩架、左右船舱注入平衡水，达到对钢管纵、横向垂直度的控制。桩顶标高由安装在桩架上的“高程监测系统”实时测定。GPS、测距仪、倾斜仪所测得的数据，实时传送至控制室计算机中，再通过软件显示在屏幕上。

1.6 系统设计精度及功能模块

在精密设备的安装和操作之前，按照系统的设计和设备的精度（双GPS-RTK）得到的平面定位误差理论值应小于5cm，桩顶标高误差应小于5cm。该系统的精度是定位误差应小于10cm，垂直定位误差应小于10cm。保证测量定位精度的方法：打桩船开始施工作业时，当施工第一根钢管桩时，应在海上固定测量点使用常规的设备去定位管桩桩位，将得到的数据与船上的定位系统得到的数据做对比，当坐标系统转换参数及设备系统参数调校精确时，就能够进一步提高GPS的定位精度。

2 结束语

GPS-RTK沉桩定位技术测量精度高、数据可靠、测量速度快、动态监测、操作人员少、全天候作业，是大型打桩船能够得到工程应用的关键一步。结合工程实例，通过分析得知选用装有GPS-RTK沉桩定位技术大型打桩船沉桩进行复合钢管桩的高精度作业，大大缩短了钢管复合桩沉桩工期，为项目后续生产施工创造了有利条件，同时有效的控制了船机设备及周转材料的投入，节省了巨额的施工成本。

参考文献

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