[工作精品论文]gps打桩系统在大直径、超长钢管桩码头中正桩率分析

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集GPS打桩系统在大直径、超长钢管桩码头中正桩率分析谢志良（中交四航局二公司罗源湾项目部广东广州510300）摘要本文介绍了福建省福州市福州港罗源湾港区将军帽作业区一期工程15万吨级码头沉桩定位的方法与质量，阐述用GPS进行大直径、超长钢管桩码头沉桩定位的可行性和优缺点,并提出了解决大直径、超长钢管桩GPS沉桩定位控制的方法。关键词GPS打桩系统测量码头正桩率1引言随着我国经济发展，30万50万吨级的煤码头、矿石码头、油码头的建设必然会增加。而大直径钢管桩是随着材料科学的发展而逐步发展出来的新型桩基形式，因为它的承载力大，相对简单的施工工艺及良好的抗弯能力而在越来越多的工程中使用。目前，桩基码头朝大型化、深水化发展，超大直径、超长桩应用越来越多。而沉桩定位是码头、桥梁工程的重要组成部分,也是工程质量好坏的前提，本文通过实例分析GPS沉桩系统在大直径、超长钢管桩码头中的应用。2工程概况福州港罗源湾港区将军帽作业区15万吨级码头项目位于福州港罗源湾港区北岸，陆域为海滩和山丘地，海域将军帽附近自然水深20M以上，而且潮差5M以上，港区内水域掩护条件优良，外海风浪对本工程基本无影响；但季候风和台风期间风浪较大。本项目一期建15万吨级（结构按30万吨级设计），以矿石为主散货进出口码头一座及其相应的配套设施。设计年吞吐量800万吨。本工程泊位紧靠西侧电厂岸线布置，码头占用岸线总长420M，其中包括布置在码头平台西侧的系缆墩，码头平台长390M，宽37M。码头平台顶面高程115M。引桥布置在码头平台西端。引桥长185M，宽17M，顶面高程接码头侧115M，接岸侧90M。3施工测量控制工序31测量控制水上沉桩测量采用在打桩船上安装GPS打桩定位系统，由GPS进行定位，必要时辅以全站仪进行校核。具体原理如下311平面控制打桩定位的结果是要测定桩身的位置、方位和倾斜度，由于不能将GPS天线直接安装在桩身上，因此为实现对桩身的定位和定向，在桩船上安装三台GPS（RTK）接收机（流动站）和一台倾斜仪以确定船体的位置和姿态，进而可以确定船体上桩的位置，从而实现对桩的定位和定向。在仪器安放时首先确定GPS仪器天线的安装位置。其中的两台GPS天线应尽可能与船的纵轴线对称，两天线连线的中点O视为桩船的纵轴线所在的垂直平面上。另一方面，船的纵轴线应过替打中心，过替打中心和两个GPS天线连线的中点构成船体三维坐标系统的XOZ平面，坐标轴OX和OZ位于该平面内。在船体水平的状态下，选定过某点的水平面为船体高程基准面，O点至船体过替打中心线在该平面上的投影可定义为船体三维坐标系的X轴正向，在该平面内右转90度为Y轴正向，Z轴垂直向上，构成左手坐标系统，即船体三作者简介谢志良198311，男广东阳江人，助理工程师，从事测量专业。637中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集维坐标系统。312高程控制在桩船端部安装了一台摄像机，用摄像机直接观测桩身的划桩刻度，以横丝作为桩顶标高的观测基准，横丝高可由其与三台GPS天线的相对关系实时测得，通过摄像机观测桩身刻划在横丝上的读数来推求桩顶标高，推求过程中，考虑了影响横丝高和因视线倾斜而引起桩身刻划在横丝上的读误差等因素,。必要时通过观测水面线处的桩身刻度直接计算桩顶标高。32沉桩质量标准（1）对于直桩，在顺排架轴线方向，桩顶偏位一般不得大于15CM，超过上述规定，且不大于20CM者，不应超过直桩总数的10；在垂直排架轴线方向，桩顶偏位一般不应大于10CM，最大不得大于15CM。不允许一个排架内的直桩全部偏向同一侧大者达5CM。（2）对于斜桩，桩顶偏位一般不大于15CM。超过上述规定，且不大于25CM者，不应超过斜桩总数的20。（3）桩的纵轴线倾斜度偏差一般不大于1，超过上述规定，且倾斜度偏差不大于2者，直桩不超过直桩总数的10，斜桩不超过斜桩总数的30。（4）斜桩的平面扭角允许偏差不大于1。4实际沉桩情况从2009年10月18号开工到目前为止，共施打了156根桩，整体来说沉桩定位质量还可以，但是由于是本工程是新建港址，地质情况复杂，对沉桩偏位还是有一定的影响，其中部分桩偏位的数据如表1所示表1已施打部分桩偏位一览表638中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集5桩位偏位偏差原因由于本工程属新建港址，地质情况复杂，且因码头吨位高，所采用的钢管桩管径大，桩长长，存在影响沉桩正位率的因素较多，因此沉桩过程中钢管桩的桩位控制是本工程的难点，也是本工程沉桩质量控制的一个重点。这里分两阶段对偏位数据进行分析，2009年12月18日以前（包括当天）的为第一阶段，以后的为第两阶段。根据实际的桩位偏位数据计算分析，第一阶段的正桩率如表2所示表2第一阶段沉桩正位率施打完第一阶段，经过分析和总结后，在第二阶段沉桩中加强了调控力度（如预留量等问题），最终的沉量质量与第一阶段比有了很大的提高，结果如下表3所示表3第二阶段沉桩位率结合本工程实际情况，分析发现影响沉桩正柱率的因素很多，其中主要有以下几个方面51测量误差本工程是采用GPS打桩系统来进行定位打桩的，桩船上的GPS的精度为静态5MM05PPM，平面RTK10MM1PPM，能满足本工程要求，RTK测量时要求GPS中基准站和移动站要同时接收到5颗以上GPS卫星信号，基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号，当VDOP2时，观测结果最优，当VDOP4时，标准差明显增大，但仍优于标称精度，可见能接收到的卫星数多少和卫星分布对精度有影响。所以每天的639中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集一定时段都会出现因接收到的卫星数少而出现浮动解和单点定位的情况，对打桩定位会产生一定的影响，其中因卫星数少对打桩定位的影响如下表4所示表4卫星状态表这种情况下通常会在岸上架设全站仪（其定位误差与GPS对比在20MM以下，能满足沉桩规范要求，如下表5所示）对桩进行测量与GPS（状态好时数据）进行校核，如没较大误差，就不需要调整桩偏位。表5岸上全站仪观测与GPS对比表52地质原因桩入土后，由于在施打进程中遇到大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧，导致桩整体产生了变化，造成桩最终产生了较大的偏差或是与下桩时的偏位有较大的偏差（如下表6所示）。640中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集由于本工程属新建港址，地质复杂，不能排除有孤石或其他坚硬障碍物，因此存在此种可能性。表6沉桩各阶段偏差情况对比表其中G33的施打过程描述如下2009年12月31日上午1157开始施打，当时的偏位情况是A为013，B为0016；响锤到1159时（中间滑桩8M）偏位是A为1331，B为0032；这时停锤，经过调整桩船等步骤后再施打，这时的偏位情况是A为0358，B为0020；施打完最终的偏位是A为0296，B为0289；起背板后用全站仪测出的数据为A0165，B0010；这根桩施打进程中由于遇到大块坚硬障碍物而产生了较大的偏位。53桩船影响沉桩过程中，由于船位发生移动，导致桩产生较大偏位。导致船位移动的原因主要有以下几个方面1抛锚位置淤泥层较厚，基本在10米以上，淤泥多为流塑状态，锚在此种地质抓力较差，且因斜桩在施工过程中锚受力非常大，有可能产生爬锚移位的情况。2卷扬机刹车性能差导致锚绳未能完全收紧。3锚位布置不合理。4水流对船位的干扰作用。54预留量不合适斜桩的沉桩预留量受桩长、自由端长度、土质、入土深度、斜度等因素影响，有较大的变化范围，确定合适的预留量受较多的主客观因素影响。因本工程属新建港址，地质情况复杂，所以刚开始时斜桩的预留量为2540CM，直桩的预留量为1525CM。取值一般原则为桩的自由端长度大、入土深度小、土质软、斜度大的桩取较大值；否则取较小值。通过第一部分沉桩数据分析发现一般情况下打府桩时越打越后，仰桩时越打越前，按照以前的打桩经验（府桩是越打越前，仰桩是越打越后），预留量大的桩，最终的结果是偏位较大（因地质问题影响除外），所以在第二阶段沉桩中，斜桩的预留量为1020CM，直桩的预留量为510CM。经过调整后，第二阶段正桩率与第一阶段相比有了很大的提高。55桩顶标高过高641中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集沉桩后的最后桩顶标高对偏位也会产生一定的影响，不过也与桩的自由端长度和斜率有关，一般来说，斜率越大、自由端长度越长对桩偏位影响越大，如表7所示表7桩位偏差可能的影响因素表56天气影响本施工区域一般下午风、浪较大，会造成桩船产生小摆动，影响桩的偏位。6总结61加强陆上全站仪与桩船上GPS数据的对比，防止发生较大的偏差。62打桩定位时尽可能选择信号稳定的时段下桩，防止因信号不好造成偏位较大。63进一步加强沉桩质量控制，严格执行稳桩后、压锤后二道桩偏位测量校核工作，发生较大偏位时及时进行纠正。64在以后沉桩过程中继续对偏位进行跟踪，加强沉桩过程中的控制，收集桩偏位资料，并逐步将桩偏位预留量量化，用以指导下步施工。65合理布置桩船抛锚位置，当锚位无法满足施工要求时，