桥梁水上打桩的安全性和精度研究

2015-12-02广东长大工程船舶服务有限公司广东中山528437

江西建材 2015年14期

■胡辉 ■广东长大工程船舶服务有限公司，广东中山 528437

桥梁一般属于水上建筑，不同于陆上建筑，桥梁建筑一般具有质量要求高、工程大、周期长、危险性高的特点，因此必须在桥梁建筑的过程中，加强各个环节的安全管理，尤其在打桩的过程中，应合理利用现代化的机械设备控制好精度，同时提高作业的安全性，维护施工人员的切身利益。

1 桥梁建设的基本流程

立项阶段:项目建议书或立项申请书，发改批准立项;分析阶段:工程可行性研究同时还会有相关的专项评估报告(环境、航道、渔业、地质灾害、地震、雷电等等)投资估算。发改批准估算，专项报告报相关主管部门审批;初步设计阶段:方案设计、初步设计(一阶段初步设计、两阶段初步设计)、设计概算。交通或建设主管部门评审图纸，发改批准概算;施工图设计阶段:施工图设计、施工图预算。主管部门审查图纸，财政批预算;招标阶段:招标文件、合同备案(主管部门)。施工准备阶段:规划许可(规划)用地许可(国土)、施工许可(建设)、航道许可(航道)、质量安全报监(质量安全监督站)施工阶段:根据方案按步骤完成项目［1］。验收阶段:竣工验收(质监站备案)、档案移交(档案馆)。

施工过程中较重要的步骤是实施打桩，打桩所用的主要工具是打桩船。打桩船是用于水上打桩作业的必备工具，船体结构为钢箱型，打桩架安装于甲板的端部，可前后左右以适应不同方位的打桩需要。打桩船为非自航船，牵引时用推(拖)轮就位。随着近几年新式打桩船的出现，它被广泛应用于桥梁、码头、水利工程施工。打桩船配配有打桩锤、桩架和附属设备。在桩架前部两根平行的竖直导杆之间安装桩锤，通过桩架吊起，导向架设置在桩架前以控制方向。其技术参数包括冲击基数，冲击动能和冲击频率。打桩船一般配有工作间或维修间，可以对简单的问题(例如焊接)进行修复。另外应严格先关操作维护规格书的要求，要及时进船坞冲洗船底，喷涂油漆等。

2 水上打桩的安全控制

(1)水上打桩作业人员必须遵守安全操作规程，严格执行施工组织设计和安全技术措施。大雨、大雾或风力大于六级以上的恶劣天气，严禁作业。遇有台风警报时，必须采取有效的避风措施。打桩船上油料应有防晒、防雨措施，必须配置灭火器材，并严格动火审批。电源电线和开关箱接线正确牢靠，绝缘良好，触电保护器灵敏有效。按要求划定水域范围，保证打桩船安全作业，经港监部门批准发布通告后，按要求设置警示标志。打桩前应严格检查桩机各部件，确保制动有效，保证钢丝绳完好无损，润滑良好，桩锤吊钩吊环及保险无变形、损坏，桩管的垂直度在规定范围内。运桩船应按打桩顺序合理装载，打桩船从驳船上取吊桩时，应对称取员，防止桩船偏重，出现桩滑动和船只倾覆。暂停作业时，应将桩锤放至船面或桩架上的机械搁置块上，不得悬吊在空中。严禁锤头悬吊上空时，进行检修作业。作业中，发生故障，应停机放下桩锤，查找原因，排除故障后方可继续作业［2］。

(2)水上打桩作业人员应穿救生衣，并配备救生船派潜水员值班监护。必要时，应配交通指挥监督船，防止船只进入打桩区域。若打预制混凝土桩或钢板桩，不准在船板的带缆桩、架斜拉吊，严防桩架倾倒。作业后，应将锤头放至船面或桩架上的机械搁置块上，各部件制动住，操纵杆至零位。打入水面以下的桩或被潮汐淹浸的桩，应设明显标志，以防撞断桩或损坏船底。在船上的打桩人员，不准在打桩船甲板的带缆桩、绳缆通过的牙口、船缆兜角处停留或休息，防止被缆绳伤害。作业人员经由交通船上下船的过程中，要待交通船停稳系牢后按秩序上下，交通船不准超载，在大风大雨的天气中应暂停运送，交通船与上下人员的地点高差超过1m 时，需使用梯子，禁止从交通船上蹦跳。水上打桩作业受风浪、潮汐、地质水流等诸多因素的影响较大，实际打桩过程中会遇到各种问题，必须认真分析解决，及时采取有效措施，保证作业的安全性。

3 水上打桩的精度控制

为了保证打桩精度的准确性，现代工程中常采用RTK 定位技术，以下将分析RTK 在水上打桩中的精度控制。

3.1 RTK 定位技术介绍

基于载波相位发明了RTK 定位技术，用以对观测值进行实时动态定位，实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，精度可达到厘米级。在RTK 作业模式下，通过数据链，基准站把观测值和测站坐标信息传送到流动站。流动站接收来自基准站的信息，并采集GPS 观测数据，并在中央系统内组成差分观测值，并对观测值实时处理，不到一秒钟就可得出厘米级定位结果。在定位过程中，只要能保持四颗以上卫星同时观测，相位观测值和必要的几何图形就能确定，流动站就可随时得出厘米级定位结果［3］。

3.2 RTK 技术在水上打桩工程的应用

3.2.1 基本理念

桥梁建筑中，用桩基支撑上部的结构物，应用最多的桩是钢筋混凝土桩和钢桩，在实际的建设中，除了布置直桩外，还有一部分斜桩，斜桩和水平方向和垂直方向都有角度，给斜桩的定位和计算带来了空间概念，使定位计算复杂化。引入RTK 测量技术为工程带来了便利性。

3.2.2 打桩的定位类型和测量方法

水上打桩的定位通过经纬仪或全站仪控制施工基线、平面位置和标高，水上打桩不同于陆上打桩，定位测量离岸远，必须用到RTK 等定位技术。在实际施工中，一般利用水准仪在事先设好的施工水准点控制桩顶的标高。桩基作业属于隐蔽工程，通过水准仪控制桩顶标高，及时观察打桩作业过程中的贯入度、入土深度和相关坐标的变化等相关数据和资料，为桩基的质量监测提供必要的理论数据。

3.2.3 打桩定位系统配置和坐标系的建立

利用RTK 定位技术进行打桩定位时，不可直接用定位仪定位桩身，RTK 定位仪安装在船体上，对船体进行定位，定位系统采用分级方式，把免棱镜激光测距仪安装在船体的适当位置上，以船体为参照物，及时跟踪测定桩身位置，实现对桩身的定位，保证RTK 定位系统的定位精度，这种方式可使精度达厘米级。

在实际施工中，采用高程比较法测量桩顶高程，具体方式是在打桩架下部合适位置设置一台免棱镜激光测距仪，由RTK 定位仪推算出测距仪的实时高程，为了使接收到的数据通过计算机处理后得到桩顶的实际高度，观测人员只需通过测距仪后侧的摄像机观测出测距仪激光红点打在桩身上的刻线的读数，保证在打桩过程中测量出桩顶高程的连续变化。

在RTK 技术的实际应用过程中，常在打桩船上安装2 -3 台接收机和一台倾斜仪测量船体的位置，下图是定位仪在船体上的布设。

定位模式可以分为以下两种:(1)粗略定位:假定桩与船体的位置保持不动，曹勇三台RTK 接收机来测定船体的位置，或者用两台RTK接收机和一台双轴数字倾斜仪，也可用三台RTK 接收机和一台双轴数字倾斜仪，保证数据间的校核，提高观测精度。(2)精密定位:假定桩和船之间相对移动，对于抱桩器而言桩体在运动，在粗略定位的基础上，用免棱激光测距仪测定桩身的位置，确定桩中心相对于船体的变化量，通过计算机处理得到精确坐标系［4］。