大管径钢护筒海上定位测量技术

柏晶晶

中铁大桥局集团第五工程有限公司 江西九江 332001

摘要：平潭海峡公铁两用大桥元洪航道斜拉桥主塔墩N04#墩桩基钢护筒直径达4.4m，护筒均长59m，均重200t。大管径钢护筒在恶劣海况下起吊定位和插打平面偏差以及垂直度测量精度控制技术的探究是桥梁桩基施工测量一个很好的研究课题。双层导向框精限位施工工艺和双断面法护筒平面及垂直度精度控制的测量方法在实际施工过程中的运用，很好的克服了不利气象条件对钢护筒定位插打的影响、并解决了施工测量数据结果反馈延时的难题。

关键词：钢护筒；导向框；双断面法；编程运用

1，工程概况

N04#主塔墩基础采用22根直径4.0m钻孔桩，C45水下混凝土，桩长为63m～72m。横向桩距8.2m，纵向桩距8.2m。承台为圆端哑铃形的高桩承台，C50混凝土，承台顶高程为+5.0m，承台底高程为-4.0m，厚9.0m，平面尺寸81.0×33.0m。该墩位位于元洪航道，常年来往运输大型船舶数量多，与桥区施工船舶作业区域存在交叉；施工海域季风周期长，期间形成的大到巨浪严重制约施工计划。

N04#墩桩基平面布置图

2，测量施工工法介绍

根据钻孔平台和桩位的相对位置关系，同时考虑元洪航道船舶通航的安全性以及涨退潮实时潮位高低对起吊船舶拔杆吊装安全角度的影响，保证整个护筒下放定位的快速、安全，整个吊装下放定位的过程细分为4个步骤。运输、起吊船舶和钻孔平台相对位置布设→钢护筒起吊粗定位→平潮期钢护筒精定位及下放精调→钢护筒插打竣工。

（1）运输、起吊船舶和钻孔平台相对位置布设

为了规避元洪航道来往船舶，考虑运输和起吊钢护筒的施工安全，对相关施工船舶与钻孔平台相对位置进行了严格的设计。主、副起吊船首先在护筒运输船上起吊钢护筒，绞锚到护筒竖转区协同作业进行护筒竖转。

（2）钢护筒起吊粗定位

竖转完成后副吊装船摘除掉护筒底部钢丝绳，通过钻孔平台上吊装指挥人员的指挥，主吊装船绞锚到护筒下放孔位相对海上区域，稳锚后通过微调锚绳将钢护筒粗定位到孔位导向框上方。

导向装置示意图

（3）平潮期钢护筒精定位及下放精调

前期，在桁架平台上布设上、下导向框。在导向框四角布设限位点，实测限位点坐标，计算出限位点到护筒壁的尺寸，并将尺寸标记到导向框上。平潮期利用导向框喇叭口引导装置将护筒喂入到上层导向框，根据四角限位点的限位尺寸调节固定导向轮，继续下放护筒到底口穿过下层导向框，护筒入水前方法同上，调节下层导向轮。护筒着床前，架设全站仪，用免棱镜模式实测顶、底口两个断面各3个点。利用“双断面法”，计算出钢护筒的平面偏差和垂直度，满足限差要求继续下放钢护筒着床。超过限差，通过调节上层导向轮控制护筒平面偏差，下层导向轮联动控制护筒垂直度，反复测量调整，直到满足限差要求。

双断面法示意图

（4）钢护筒插打竣工

护筒插打过程中每跟进5m要进行中心偏差和垂直度变形监测，防止应力作用破坏限位装置导致护筒中心位置和垂直度突变。护筒插打到设计高程，对护筒进行竣工测量，复测顶口中心偏差和垂直度。

22根钢护筒吊装定位插打都严格按照上述施工工法作业，并形成了统一格式的施工电子台账，记录护筒竣工的平面偏差、垂直度和护筒顶口高程。为后续钻孔桩施工和永久性围堰底龙骨的制作、下放定位提供准确、详实的数据支持。

3，CASIO fx-5800p 测量计算程序编写、应用实例介绍

（1）“限位尺寸”计算程序实例说明

程序代码如下：

" HD（m）-PTAU "

Deg：Fix 3：FreqOn：n→N

Lbl 0：" X（0）+Y（0）i="？A："R（0）= "？B

Lbl 1："P（C）= "？C

ListX[C]+ ListY[C]i→D

ABS（D-A）-B→E

"HD（m）= "：E

"OLD（0），NEW（1），END（2）= "？F

If F=0：Then Goto 1：IfEnd

If F=1：Then Goto 0：Else F=2：Goto E：IfEnd

Lbl E："HD（m）-PTAUEND"

将导向框4个限位点实测平面坐标输入到计算器的统计频率串列中存储。数据存储在统计频率串列中，便于对原始測量数据的校核，规避因数据录入的错误导致测量事故的产生。

表格 1限位尺寸相关数据

点号 X Y 钢护筒参数

成果图

1 65636.49 -31.165 桩基中心设计坐标

2 65636.499 -34.802 X（0） Y（0）

3 65632.257 -35.404 65634.05 -33

4 65631.647 -31.125 钢护筒半径R（0） 2.2m

执行“HD（m）-PTAU”程序，表1数据成果的屏幕提示与用户操作过程如下：

屏幕提示 按键 说明

HD（m）-PTAU 显示程序标题

X（0）+Y（0）i=？ 65634.05-33i EXE 输入桩基中心设计坐标

R（0）=？ 2.45 EXE 输入测量钢护筒半径

P（C）=？ 1 EXE 输入测量点号

HD（m）=0.853 EXE 显示限位尺寸

OLD（0），NEW（1），END（2）=？ 0 or 1 or2 EXE 输入0，继续计算导向框限位点计算；

输入1，计算新的导向框限位点计算；

输入2，结束计算并退出

（2）“双断面法”计算程序实例说明

子程序"QYX AND CZD-1"代码如下：

FreqOn：n→N

Lbl 0："P1="？A："P2="？B："P3="？C

（ListX[A]-ListX[B]）÷（ListY[B]-ListY[A]）→D

（ListX[A]-ListX[C]）÷（ListY[C]-ListY[A]）→E

（ListY[A]+ListY[B]）÷2-D×（ListX[A]+ListX[B]）÷2→F

（ListY[A]+ListY[C]）÷2-E×（ListX[A]+ListX[C]）÷2→G

主程序“QYX AND CZD-2”代码如下：

"QYX AND CZD-2"

Lbl 1：Prog"QYX AND CZD-1"

（F-G）÷（E-D）→H

D×H+F →I

"P（UX1）= "：H

"P（UY1）= "：I

Lbl 2：Prog"QYX AND CZD-1"

（F-G）÷（E-D）→J

D×H+F →K

"P（DX2）= "：J

"P（DY2）= "：K

Lbl 3："X（0）="？L："Y（0）="？M：" H（U）="？P" H（D）="？R

（（H-L）-（J-L））÷（P-R）→N

（（I-M）-（K-M））÷（P-R）→O

"CZD（X）="：N

"CZD（Y）="：O

"GO（0），END（1）="？Q

If Q=0：Then Goto 1：Else Q=1：Goto E：IfEnd

Lbl E："QYX AND CZD-2END"

将实测钢护筒顶、底两个断面6个点的平面坐标输入到计算器的统计频率串列中存储。

表2 实测钢护筒顶、底断面坐标

点号 X Y H

UP 5 10.909 -4.09 27.521

6 9.071 -3.305

7 8.776 -0.905

DOWN 8 9.153 -3.433 14.337

9 10.629 -4.094

10 8.770 -0.909

执行“QYX AND CZD-2”程序，表1数据成果的屏幕提示与用户操作过程如下：

屏幕提示 按键 说明

QYX AND CZD-2 显示程序标题

P1=？ 5 EXE 输入点号5

P2=？ 6 EXE 输入点号6

P3=？ 7 EXE 输入点号7

P（UX1）=10.767 EXE 显示顶口圆心X值

P（UY1）=-1.878 EXE 显示顶口圆心Y值

P1=？ 8 EXE 输入点号8

P2=？ 9 EXE 输入点号9

P3=？ 10 EXE 输入点号10

P（DX1）=10.724 EXE 显示底口圆心X值

P（DY1）=-1.904 EXE 显示顶口圆心Y值

X（0）= ？ 10.750 EXE 输入桩基设计中心X值

Y（0）= ？ -1.900 EXE 输入桩基设计中心Y值

H（U）= ？ 27.521 EXE 输入钢护筒顶口标高

H（D）= ？ 14.337 EXE 输入钢护筒底口标高

CZD（X）= 0.003 EXE 显示X方向垂直度

CZD（Y）= 0.002 EXE 显示Y方向垂直度

GO（0），END（1）=？ 0 or 1 EXE 输入0，重新开始程序；

输入1，结束程序并退出

N04#墩22根钢护筒利用以上工法进行精定位的数据成果如下表所示：

表3 N04#墩钢护筒插打竣工数据统计表

依照钢护筒定位插打施工技术规范，平面限差为±15cm，垂直度≤0.3%。上表显示22根钢护筒平面偏差和垂直数据成果全部滿足规范限差要求。

4，总结

实践证明，上述施工工法很好的解决了大型钢护筒海上精定位的难题，规避了大型钢构定位测量人员近身作业的危险，克服了大风天气垂球量测垂直度不准确的困难。手持计算机程序实时解算实测数据，成果快速、直观的服务现场施工，对于大型钢钢护筒海上测量定位具有很好的参考价值。

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[2] 中国有色金属工业协会.工程测量规范 GB50026-2007

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[5] 刘浩兵.中铁大桥局股份有限公司新建福州至平潭铁路站前工程FPZQ-3标段N04#墩钢护筒插打施工方案.福建.2015

[6] 张海燕.海上复合桩钢管打设施工技术.桥梁建设，2014年第44卷第2期

[7] 饶明华.全站仪免棱镜在测量中的应用.科技经济市场