内河高桩码头桩基的测量定位技术探讨

◎ 刘建华 中交四航局第二工程有限公司

1.工程实例

一般传统常规的水上沉桩测量定位方法主要有前方交会法以及船载GPS-RTK定位法，两者分别需要对桩位、船位进行大量的计算，定位过程繁琐且耗时。本文以广东省佛山市高荷码头工程项目高桩码头PHC桩沉桩施工为例，利用船载GPS—RTK定位系统配合岸上全站仪免棱镜技术,对内河施工桩基工艺测量定位技术进行研究探讨,着重介绍桩基定位方法,该方法简单快速,定位精度高，可以指导类似项目实际操作；经过实测,沉桩偏位控制符合设计及规范要求。

本工程位于佛山市高明大桥下游、西江右岸高明港区的荷城作业区；码头工程包括4个2000吨级内河集装箱泊位，同时满足2艘3000吨级海轮集装箱船靠泊要求，码头结构按5000吨级集装箱船预留设计，岸线总长276m，设计分前后桩台，前桩台包括上下游护岸共计263根桩基需水上沉桩，码头为现浇梁板式结构，桩基包括直桩和斜桩，结构形式如图1所示。

图1 码头结构典型断面图

2.定位技术方法

高桩码头桩基定位沉桩后平面位置偏差大小直接影响桩基的受力分布，对码头上部结构造成巨大隐患，因为平面位置偏差过大，会大大削弱桩基承载力数值进而直接威胁到码头的使用安全，所以桩基平面位置控制在港口泊位码头施工质量控制中甚为重要。

2.1 常规测量定位方法

前方交会法：直桩情况下，在岸上两个大致相互垂直的控制点上分别架设1台全站仪（或经纬仪），根据提前计算出的水平方位角，观测桩基在设计桩顶标高处的水平角度；如果是斜桩，还需增设一台水准仪进行高程测量，将测量结果反馈给打桩专职指挥，并通过移动打桩船来调整桩位，直至将桩准确定位后开始沉桩。沉桩过程中，测量人员如发现桩基有偏位，立即通知打桩专职指挥，进行调整；若桩位偏差较大时，需将桩基拔起后重新定位施打，直到符合设计及规范要求[1]。

船载GPS-RTK定位法：根据船上安装的GPS-RTK打桩定位系统配合搭载在船体及桩架上的倾斜仪，时时显示桩体的形态，包括桩位情况及倾斜情况；打桩专职指挥根据电脑上显示的数据指挥船上操作人员移动打桩船到指定位置（见图2），并调整桩架倾斜度（直桩时倾斜度为0），定好桩位，同时需要在岸上架设一台水准仪观测打桩贯入度。沉桩过程中，通过时时数据观察如发现桩基有偏位，立即通知打桩专职指挥，进行调整；若桩位偏差较大时，也需将桩基拔起后重新定位施打，直到符合设计及规范要求。

图2 船载GPS-RTK打桩定位系统操作界面图

2.2 改进的测量方法

本工程在桩基施工过程中，综合传统常规测量定位方法的优缺点，利用全站仪的免棱镜功能，加上GPSRTK打桩定位系统，完美的解决了水上沉桩定位难，精度低的难题[2]。

（1）直桩施工时，首先采用船载GPS-RTK定位法进行粗定位，在岸上可视的位置，架设一台全站仪，采用后方交会的方法，对仪器进行定向，然后在利用仪器的免棱镜技术，在提前计算好的水平方位角和距离的基础上通过对桩位设计标高处的中心和桩边进行免棱镜测量，可以准确的测量出桩的位置，对桩位进行准确定位；如果是斜桩施工，还需要对不同高程的桩心坐标进行测量，因此复核出桩位的扭角及倾斜度[3]。

（2）斜桩的计算，因只使用一台仪器，需要测量几个高程的桩中心来复核桩位的扭角及倾斜度，那么就需要根据提高量来计算各高程处桩中心的坐标值，再计算提高处的水平角度和距离，计算原理如下：

计算仰桩提高高程后的桩心坐标（x1,y1）:设桩的倾斜度为m:1，其水平扭角为β，向上提高量为h，桩身提高h后水平投影距离为d,设计高程处桩心坐标为（x0,y0）。由桩身的倾斜度可得：d=h/m，由几何关系可知，△x=dcosβ，△y=dsinβ，x1=x0+△x,y1=y0+△y。

计算俯桩时，提高高程后△x和△y 的算法和仰桩的完全一样，但是一定要注意俯桩的桩心坐标（x1,y1）计算和仰桩的完全不同：x1=x0-△x,y1=y0-△y；这一点十分重要，否则会导致测量定位出错。

本工程设计有前后桩台，前桩台施工时后桩台已完成施工，故现场有较多的桩体遮挡视线，结合现场的情况，在码头上下游分别设置一个固定的控制点，用作后视点位；测量过程中涉及到较多的坐标正反算，因此我们还编制了EXECL表格用于方便坐标正反算（见表1），定位时只需提前输入测站坐标及下根所需要测量的桩位的对应高程，就可以计算出每个桩位各高程所对应的方位角及距离，再对比全站仪测量出来的数据，可以准确知道桩位的具体情况，反馈给打桩专职指挥进而调整桩位，从而精确的定位出每根桩基的正确位置、扭角及倾斜度。

表1 测站与桩位坐标正反算计算表

3.定位技术研究讨论

综合上述方法，可以研究分析出各方法的优缺点及定位精度：

方法1：必须配置大量的测量人员和测量仪器，尤其在风浪大的情况下，定位速度慢，精度不够高（定位精度在10-20cm），打桩的施工效率很低，浪费资源的同时也耗费工期。

方法2：需配置一套GPS-RTK打桩定位系统，但是GPS接收机受打桩船桩架过高，以及天气影响，导致GPS卫星信号不稳定，因此解算出来的桩位不够准确（信号稳定时定位精度在10cm左右，信号失稳时定位精度无法确定），但该系统直观明了，简单易懂，因此定位速度快，能提高打桩的施工效率。

而本工程采用的方法，在方法2的优点下，利用了全站仪的特性，综合了所有的资源，消除了方法2的不稳定性和定位精度不够准确的弊端，也消除了方法1中定位速度慢及精度不够高的缺点，使打桩定位的速度成倍的提高，定位的精度也得到了显著的提升；通过在实际操作中的情况反馈，定位时间只需不到5分钟，定位的精度可达5cm以内，大大地提高了成桩的效率和准确性。具体的复测数据见表2。

表2 桩基测量验收记录表

在内河码头施工过程中，需要考虑的其他因素也有很多，例如潮汐、汛期等，在沉桩过程中也有很多需要考虑的，例如地质情况、开挖面的坡度以及桩基的俯仰情况等，都对桩基的施工有很大的影响，需要和打桩预留值结合起来；本文仅单独考虑测量定位的一些影响因素。最后本项目沉桩情况如图3所示。

图3 已完成沉桩桩位现场图

4.结论

在我国大力发展经济的优势下，内河的水路运输也将得到重视，而内河码头的结构形式受潮汐、汛期等的影响，势必要采用高桩梁板结构形式；通过在佛山港高荷码头项目桩基施工中测量定位实际运用，该方法在同类桩基的施工工作中其定位速度快、精度高，有效提高施工效率,为企业赢得良好的社会效益及经济效益的同时，也为同类码头项目施工提供了宝贵的经验及技术。