摘要：本文以宁波舟山港主通道公路工程DSSG04标段永久钢管桩沉放为依托，浅析海上永久钢管桩沉放施工中的精度控制方法以及关键技术，可为今后类似工程提供参考依据。
关键词：宁波舟山港主通道；钢管桩沉放；斜桩；精度控制
1、工程概况
宁波舟山港主通道公路工程起于浙江省舟山市定海区，起点接甬舟高速公路，在马目入海，跨越灰鳖洋后在岱山登陆，设置鱼山支线连接鱼山岛。其中DSSG04标段钢管桩共涉及101个墩位，每个墩位根据墩身高度不同设钢管桩12~16根不等，壁厚20~24mm，桩径分1.6m、1.8m及2.0m三种，桩长68m至106m，总共1316根，钢管桩主要为斜桩，斜率有1/4.5、1/5和1/6三种。
2、钢管桩沉放施工船载定位系统
钢管桩沉放施工采用国内先进的浙桩8号打桩船进行沉放。浙桩8号船自带定位系统为泰雷兹导航定位GPS接收机，定位方法采用GPS-RTK技术，目前该技术已经很成熟，需要对定位系统的设置做好准备工作。施工前需对该定位系统进行校核比对，在打桩船流动站架设基座上分别架设本标段和打桩船自带流动站，实时测量该点坐标，互相比较，两者坐标差值在允许的范围之内方可投入使用。
船载GPS打桩定位系统由GPS基站、GPS流动站、桩架倾斜仪、2台测距仪、1台摄像机、其他检测设备、计算机以及测控软件等几部分组成。定位原理如下：在岸上的控制点上设置基站，在打桩船上的适宜位置安装3台GPS定位天线，以RTK模式实时测出3台天线处的三维坐标，同时用旋转台上方的倾斜仪测出的船体横摇和纵倾值计算出水平的船位坐标以及方位，再根据桩架测倾仪和两台测距仪测出的桩身相对位置，经船体与桩架几何关系换算，推算出钢管桩中心的坐标以及方位，以此达到控制桩位的目的。定位系统各个仪器布置如下图所示：
船载GPS打桩定位系统对桩顶标高的测量是通过高程比较法来实现的。在桩架下龙口的开孔窗中间设一水平横丝，横丝的实时高程通过GPS实时高程进行推算，测量员通过安装在横丝后面的摄像机观测钢管桩上的刻度线在横丝上的读数，从而计算出桩顶的实际标高，进而实现在打桩过程中对桩顶标高连续变化的观测记录。GPS打桩定位系统能有效地进行钢管桩倾角控制、桩顶标高控制以及钢管桩中心位置的修正等工作。
3、钢管桩沉放施工中桩位校核
本标段钢管桩距离岸边很远，没有可以依赖的稳定测量平台，给钢管桩定位带来巨大的挑战。钢管桩采用打桩船沉放，控制条件和检核方法单一，为了能确保钢管桩施工精度我们需要优化测量控制手段并加强校核频率。
测量工作基本思路是：高精度全站仪加GPS卫星定位系统。两者测量手段互为补充，相互校核检验，充分发挥各自的优势，形成有机和谐的整体，保证钢管桩沉放的精度。项目部引进瑞士徕卡GS14型静态GPS接收机3台、TC1201型全站仪1台、卡西欧编程计算器1部及相关数据处理软件用来进行钢管桩沉放施工桩位测定。
1）测点布置
根据船纵轴线，全站仪拨角确定垂直于船纵轴线两点，通过距离测定该两点AB至纵轴线中点距离等距，考虑船体晃动的影响在AB两点焊接简易强制对中装置。根据打桩船桩架倾角调节装置位于纵轴线上，AB连线中心与钢管桩被遮挡，故在中点附近布置C点全站仪实时测量C点与桩任意面中轴线D点距离以及D点与AB两点高差。
2）定位数据采集
打桩船对钢管桩精准定位后并自由沉桩后，在船上两侧观测点利用GPS测定该两点（A、B）的实时坐标。事先确定AB两点至船纵轴线等距，横轴线中C点至A、B距离采用全站仪测距获取，由此数据可以推算C点实时坐标及船轴线方位角；同时利用全站仪或者水准仪测定AB与C点高差，通过测定C点至桩架距离S和钢管半径确定该该高程面桩位中心坐标，通过斜率测定仪测定出的斜率推算出桩顶高程位置的桩中心坐标。进而确定钢管桩是否能够满足规定的定位要求。
3）钢管桩坐标计算
为了能够根据实时测定数据现场快速推算桩位偏差，通过卡西欧5800计算器编程，输入采集数据，直接求算桩中心坐标。程序如下：（□为C点至AB终点距离）
〞X1=〞？A：〞Y1=〞？B：〞H1=〞？C：〞X2=〞？O：〞Y2=〞？P：〞H2=〞？Q：〞PJ=〞？K：〞GC=〞？L：〞XL=〞？M：〞R0=〞？R↙
POL(A-O,B-P):IFJ<0:THEN J+360→J:IF END:(A+O)/2→D:(B+P)/2→E:(C+Q)/2→F:D+√(K^2-□^2)*COS(J+90)→D:E+√(K^2-□^2)*SIN(J+90)→E:F+L→F:D+((F-1)/M+R/COS(ATAN(1/ABS(M))))*COS(J+90)→D:E+((F-1)/M+R/COS(ATAN(1/ABS(M))))*SIN(J+90)→E:J+90→W:IF W>360:THEN W-360→W:IF END↙
〞X=〞：D◢
〞Y=〞：E◢
〞FWJ=〞：W?DMS◢
4、定位结果分析
由于海上钢管桩沉桩施工完全依赖于打桩船作为测量定位平台，船体受潮差变化、水流流向、流速、风向和风力大小等综合因素的影响，船体时刻位于波动状态。桩位监测仪能够实时显示桩位动态变化情况。所以需要船载定位结果与复核测量同步观测，然而复核测量是一项时间段内的测量过程，所以其结果对比较差必然存在差异。经验性判断分析，较差在于10cm内能够说明钢管桩定位结果在要求范围内。
5、结语
GPS-RTK定位系统精度（平面位置和高程）可以达到厘米级，能够满足沉桩精度±20cm的要求。利用GPS-RTK定位系统进行海上钢管桩沉放施工具有定位方便快捷的特点，可实时提供放样点的三维坐标而且不受天气影响，可全天候作业，在复杂的水域环境作业优点尤为突出。施工中应加强关键部位过程控制与检校工作，经常对控制点和基线进行复测、校核，以防沉降、位移而影响精度和工程质量。
参考文献：
[1] 《工程测量规范》（GB50026－2007）
[2] 《国家一、二等水准测量规范》（GB12879-2006）
[3] 《全球定位系统(GPS)测量规范》（GB/T 18314-2009）
[4] 黄剑波，荣国城. GPS打桩定位系统的安装及应用[J].公路，2009（1）.
论文作者:周亚军,李成龙,张英飞,王致远
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/10
标签：钢管论文; 坐标论文; 测量论文; 定位系统论文; 实时论文; 高程论文; 纵轴论文; 《防护工程》2019年第1期论文;