CN105133670B - 一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其依托大圆筒主格施工工艺中的用于1/4圆钢板桩组装片现场拼接成格型钢板桩大圆筒的工装支架，过对工装支架及其桩基的平面位置与垂直度进行实时的测量控制，实现对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度的控制。本发明提供的格型钢板桩主格测量工艺与大圆筒主格施工工艺相配套，通过对工装支架及其桩基的平面位置与垂直度进行严格的测量控制，从而达到对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度控制的目的。本方法能够保证格型钢板桩沉放质量标准：中心位置偏差不大于100mm，倾斜度不大于1/75，格型钢板桩的实际面积(根据钢板桩的中心线计算面积)不小于设计面积的98％。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上人工岛施工工艺，尤其涉及一种海上格型钢板桩大圆筒主格施工时现场测量定位与偏差控制的方法。
背景技术
人工岛一般为在近岸浅海水域中人工建造的陆地，作为进行海上作业或其他用途的场所，大多有栈桥或海底隧道与岸相连。现代工业发达的沿海国家，滨海一带人口密集、城市拥挤，使得进一步发展和建设新企业及公用设施受到很大限制，原有城市本身的居住、交通、噪声、水与空气污染等问题也很难解决。因此，兴建人工岛，改变或改善了上述难题。人工岛是利用海洋空间的方式之一，也是一种新兴的海洋工程。
中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)是港珠澳大桥香港连接线的一个重要组成部分，经过赤腊角机场连接屯门及大屿山，占地面积约150万平米。香港人工岛位于香港国际机场以东区域，人工岛D区和香港机场连接。人工岛顶部平台南北向约1446米，东西向约2032米。南北纬度范围为22°19′22.61″到22°18′37.50″。东西经度范围为113°56′30.90″到113°57′41.70″。
参见图1和图2，该人工岛100为在格型钢板桩大圆筒101加防波堤102形成的围堰内回填填料而成，占地面积约150万平米。其格型钢板桩岛壁结构轴线长度约5.1km，共有格型钢板桩大圆筒(101a)134只，直径分别为26.9m和31.194m。主格101a(即格型钢板桩大圆筒)与主格相连的副格101b共133组，分别为：①直径26.9m主格之间的副格直径为10.976m，共55组(110片)，单片副格由33块钢板桩组成；②直径31.194m主格之间的副格直径为15.96m，共77组(154片)，单片副格由46块钢板桩组成；③直径26.9m主格与直径31.194m主格之间的副格直径为16.296m，共1组(2片)，单片副格由47块钢板桩组成。钢板桩采用YSP-FXL型直腹式钢板桩，长度23.6～37.1m。
上述工程在施工过程中主要有五大难点：1)施工区域限高。2)水深浅。3)地质条件差，使得桩长较长。4)完全离岸作业，海上环保要求高。5)工期紧。基于这种“上下左右都受限制”的现场条件及工期要求，格型钢板桩大圆筒主格施工选择了一种“1/4圆筒陆上预拼、水上组合散打”的工艺。该工艺通过在内陆预先拼装主格板桩1/4圆筒，得到相应的1/4圆钢板桩组装片；再将拼装好的1/4圆钢板桩组装片和加工好的合拢桩运至施工现场；最终在施工现场，通过专用起重船锚泊在岛壁内侧，单侧吊装4个1/4圆钢板桩组装片，再将岛壁外侧钢板桩组装片分别旋转就位，从而完成一个格体的钢板桩整体拼装；一个格体钢板桩拼装完成后，采用振动锤逐步、分层振沉至设计高程。
本工程格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最，格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法属首次应用。由此，如何有效确定整个施工过程中大圆筒的平面位置与垂直度，是整个大圆筒主格施工工艺亟需要解决的问题。
发明内容
针对整个大圆筒主格施工工艺采用格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法且涉及到的格型钢板桩一般桩长达到37.1m，造成整个施工过程中无法有效确定大圆筒的平面位置与垂直度的问题，本发明提供一种格型钢板桩主格测量工艺与大圆筒主格施工工艺相配套，实现对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度的有效控制。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，所述控制方法依托大圆筒主格施工工艺中的用于1/4圆钢板桩组装片现场拼接成格型钢板桩大圆筒的工装支架，过对工装支架及其桩基的平面位置与垂直度进行实时的测量控制，实现对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度的控制。
本控制方法的优选方案中，所述现场测量定位控制方法主要分为八个步骤：
步骤1，测量控制网的建立、校核与加密，并建立GPS参考站；
步骤2，沉放工装支架基础桩，进行远距离GPS沉桩定位；
步骤3，工装支架安装前，采用GPS流动站对桩位及高程进行校核，并采用激光扫平仪器，对支架下的9根桩，进行桩顶水平度校验；
步骤4，工装支架安装后，采用GPS流动站对工装支架平面位置进行校验；
步骤5，工装支架安装调整后，采用GPS流动站对格型钢板桩主副格连接桩进行测量定位；
步骤6，以标高控制为主进行钢板桩振沉；
步骤7，钢板桩振沉过程中进行钢板桩变形监测；
步骤8，钢板桩振沉完成后，进行圆筒钢板桩测量验收。
进一步的，所述步骤(1)中测量控制网的建立、校核与加密的实现如下：
首先，根据设计的坐标系统，建立GPS首级控制网，并根据已知的控制点坐标计算GPS坐标系统与施工坐标系统之间的转换关系；
接着，在转换关系建立后，对坐标系统转换关系进行必要的检核。
再进一步的，对坐标系统转换关系进行检核时：对第一根或开始几根桩在施打时同时采用常规测量和GPS打桩定位两种定位方法，两者相互检查；如果两种定位方法结果的差异在误差允许范围以内，则说明坐标系统转换正确，否则应查明原因，直到检核一致后才可以采用单独的GPS定位方法进行打桩。
进一步的，所述步骤(2)中采用GPS RTK、免棱镜红外测距仪、精密测倾仪，结合打桩定位计算机软件，实现实时、主动的船身和桩身位置的精确计算，并通过GPS差分技术有效地消除卫星信号的各种误差，使相对定位精度达到2～3cm，实现实时高精度定位。
进一步的，所述步骤(4)进行校验时，基于GPS RTK定位的载波相位差分技术，将参考站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给流动站；流动站接收GPS卫星的载波相位与来自参考站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理。
进一步的，所述步骤(6)进行钢板桩拼装时，钢板桩上按1m间距做好测量标记，振沉时，按潮位数据比较钢板桩上刻度，接近设计标高时，采用GPS流动站进行高程校核，直至沉桩结束。
进一步的，所述步骤(6)钢板桩振沉时，采取桩位预先冲孔和/或对称振沉。
进一步的，所述步骤(6)钢板桩振沉时，在大圆筒外部设置钢抱箍和/或深水区设置水下内抱箍。
本发明提供的格型钢板桩主格测量工艺与大圆筒主格施工工艺相配套，其针对的格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最，通过对工装支架及其桩基的平面位置与垂直度进行严格的测量控制，从而达到对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度控制的目的。
再者，本方法采用海洋工程远距离GPS定位工艺，高程控制则以GPS测量工艺为主，激光扫平仪配合，确保沉桩定位精度。
另外，在钢板桩振沉中，为有效控制钢板桩垂直度，又采取了桩位预先冲孔、大圆筒外部设置钢抱箍、深水区设置了水下内抱箍、采用对称振沉等措施，达到了很好的控制效果。
本方法能够保证格型钢板桩沉放质量标准：中心位置偏差不大于100mm，倾斜度不大于1/75，格型钢板桩的实际面积(根据钢板桩的中心线计算面积)不小于设计面积的98％。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为现场格型钢板桩大圆筒海堤平面布置图；
图2为格型钢板桩大圆筒结构平面布置图；
图3为本实例中主格墩位工装支架支承钢管桩布置图；
图4为本实例中主格墩位工装支架立面布置图；
图5为本实例中专用振动沉桩打桩船结构图；
图6为本实例中打桩船GPS设备布置示意图；
图7为本实例中不同型式的主副格连接桩(Y桩)结构断面图；
图8为本实例中主格钢板桩振沉时变形监测点布置图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
以背景技术中阐述的中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)工程为例，来说明本方案提供的格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法的实施过程。
该实例工程中采用的格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最，格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法属首次应用。
同时，本实例为现场拼装而设计专用的工装支架，通过该工装支架可方便实现将1/4圆钢板桩组装片现场拼接成格型钢板桩大圆筒。该工装支架平面位置与垂直度决定了大圆筒的平面位置与垂直度，工装支架所具备的旋转功能解决了主副格连接桩的测量定位、偏位调节的问题；工装所具备的扩胀支撑功能解决了超长桩的倾斜与变形控制等问题。
本实例提供的格型钢板桩主格测量定位控制工艺与大圆筒主格施工工艺相配套。对于格型钢板桩的平面位置与垂直度控制，则主要依托大圆筒主格施工工艺中的工装支架，即通过对工装支架及其桩基的平面位置与垂直度进行严格的测量控制，从而达到对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度控制的目的。
另外，本工艺采用海洋工程远距离GPS定位工艺，高程控制则以GPS测量工艺为主，激光扫平仪配合。
再者，在钢板桩振沉中，为有效控制钢板桩垂直度，又采取了桩位预先冲孔、大圆筒外部设置钢抱箍、深水区设置了水下内抱箍、采用对称振沉等措施，达到了很好的控制效果。
据此，本实例方案在具体实施前，完成如下技术准备。
1)测量控制网的建立、校核与加密。
根据设计的坐标系统，建立GPS首级控制网，并根据已知的控制点坐标计算GPS坐标系统与施工坐标系统之间的转换关系。
转换关系建立后，应对坐标系统转换关系进行必要的检核。具体方法是，对第一根或开始几根桩在施打时同时采用常规测量和GPS打桩定位两种方法，两者相互检查。如果两种定位方法结果的差异在误差允许范围以内，则说明坐标系统转换正确，否则应查明原因，直到检核一致后才可以采用单独的GPS定位方法进行打桩。通过这一检核，还可以检查GPS打桩系统的其他参数的正确性。
1.1)施工坐标和水准点。
1.1.1)坐标系统
本工程所采用的坐标系统为1980年香港坐标系。
香港HK1980网格坐标的投影参考椭球是HAYFOID椭球，椭球长半轴6378388，扁率1/297.投影方式是横轴墨卡托投影，相关参数如下：
如果转换软件需要中央子午线经度则为：114:10:42.8
1.1.2)水准点
本工程所采用的高程系统为香港主水平基准。
2)首级控制网交接
首级控制点为香港政府的首级GPS点。香港政府的首级GPS点适用于全香港。
3)首级控制网和加密点的校核
首级控制网的校核采用香港地政总署测量处提供的12个连续运行参考站(CORS)中的小冷水、梅窝和昂坪3个(CORS站)为首级控制点进行现场控制网的校核，采用LGO进行平差计算，在解算成果一致后，进行现场加密控制网的校核。
水准网的高程基准采用香港主水平基准，水准路线布设要求采用附合水准路线，现场所有参考站均应联测水准路线，按《水运工程测量规范》(JTJ203-2001)三等水准测量精度进行布设。
人工岛施工测量方法主要用GPS-RTK方式，因此，在现场建立了一个参考站，监理、承包商及其分包单位公用参考站。
临时参考站参数如下：
Dx：185.86168m
Dy：282.16709m
Dz：173.31592m
Rx：0.32039”
Ry：-1.81903”
Rz：-1.85845”
Sf：1.0925ppm。
临时参考站点名：CHREF1，WGS84坐标为：东经22°17′49.56562″，北纬113°57′06.00891″，4.6680。
临时参考站电台型号：pacific crest pdl.频率：459.4375MHZ。
4)工装支架对圆筒位置与垂直度控制上的作用。
工装支架的设计与构成
参见图4，为现场拼装而设计的多功能工装支架具有支撑钢板桩重量、回转拼装、下沉卸载、扩胀支撑、钢板桩振沉导向等功能。“工装支架”主要由下部支承钢管桩、上部支撑胎架结构、升降装置、回转装置、气囊扩胀装置等组成。
多功能工装支架按直径31.194m的主格进行设计。综合考虑最低限高区域(ZONE6)限高+33.0mPD、海床面-3.0～4.0mPD、钢板桩长度32.1m、施工水位+0.0～+2.5mPD及预留间隙等因素。
参见图3，多功能工装支架基础采用9根钢管桩200作支承，其中8根均匀布置在圆上，1根布置在圆中心位置。上部支撑胎架结构与下部支承钢管桩之间采用法兰连接。
工装支架对圆筒位置控制上的作用
(1)多功能工装支架按直径31.194m的主格进行设计，综合考虑最低限高区域(ZONE6)限高+33.0mPD、海床面-3.0～4.0mPD、钢板桩长度32.1m、施工水位+0.0～+2.5mPD及预留间隙等因素。工装支架水平剖面与格型钢板桩大圆筒在一个同心圆上。
(2)多功能工装支架支承桩共9根，其中间一根位于格型钢板桩大圆筒圆心位置。因此，控制桩基位置，就是控制格型钢板桩大圆筒圆心位置(参见图3)。
(3)多功能工装支架上部支撑胎架设上、中、下三层环形钢梁平台，外径相同(参见图4)，因此控制好工装上部支撑胎架的垂直度，就可以控制好格型钢板桩的垂直度。
(4)多功能工装支架设有气囊扩胀装置，钢板桩安装后下沉时，可以通过充气、放气对钢板桩的垂直度进行微调。
(5)多功能工装支架具有旋转功能，当格型钢板桩吊装后，可以旋转调节到主副格连接桩(Y桩)的准确位置。
5)工装支架支承桩沉桩定位。
5.1)为配合GPS沉桩定位进行专用打桩船的加工、改造。
支承桩桩位的精度将直接影响到内胎架安装精度，从而影响到钢板桩格体定位精度。为确保沉桩定位精度，采用专用振动沉桩打桩船。
用于GPS水上沉桩定位的打桩船一般为有龙口(导向架)的锤击沉桩打桩船，桩身基本固定在龙口内，控制船体状态能够有效控制桩身状态。而本工程沉桩采用起重船配振动锤进行振动沉桩，桩身飘荡，与船体不能合一，控制船体状态不能有效控制桩身状态。因此，需将起重船专门加工改造成为专用振动沉桩打桩船。
为此，如图5所示，本实例根据航空限高、海床泥面高程、钢板桩振沉工艺需求和船体稳性要求等因素，采用4000t级甲板驳船300作专用起重船母船，安装、固定280t履带吊301作为起重结构构成起重船。同时，为配合GPS水上沉桩定位，船艏增设导向架302与抱桩器303，使得沉桩时桩身、船体基本合一，从而构成专用振动沉桩打桩船。
5.2)专用振动沉桩打桩船上的GPS测量设备配置。
参见图6，为实现对桩身的定位和定向，每艘专用打桩船300上配置3台GPS测站304-306、1台测倾仪307、2台红外测距仪308、309及电脑监控系统等进行沉桩定位(陆上配置1台公用参考站)。其中，三台GPS RTK数据计算的船体倾斜可以与测倾仪测定的船体倾斜数据进行比较和检核。
5.3)GPS水上沉桩定位。
在施打前将桩位参数输入相应的GPS定位系统软件中，采用GPS测量系统控制桩位和打桩船的平面扭角以及沉桩标高，通过桩架液压杆控制桩管垂直度，沉桩过程中，桩身倾斜度由读取打桩船桩架上的刻度尺读数控制，并用电子测斜仪进行实时监控，根据测量来控制桩身倾斜度在1％以内，倾斜度误差满足规范要求。
GPS沉桩定位系统的测量精度均在50mm以内，沉桩竣工偏位可控制在150～200mm以内。为保证内胎架的垂直度和受力状态良好，所有支承桩顶标高需控制在20mm以内，沉设首根钢管桩时采用GPS控制高程(陆上全站仪比对校核)。
5.4)多功能工装支架垂直度与平面位置控制。
(1)多功能工装支架垂直度控制。
多功能工装支架垂直度取决于9根基础支承桩桩顶高程的统一，垂直度控制主要分为三个步骤：
步骤一：沉设2～9钢管桩时，采用激光扫平仪或采用透明水管内灌水连线比对高程，如高程有差异可通过振沉和上拔调整钢管桩顶标高，必要时采用钢垫板找平。
步骤二：在支撑桩沉桩完毕后，用水准仪在支撑桩桩身标记统一高程平面，以便桩顶法兰螺栓联接定位。
步骤三：在多功能工装支架上部胎架结构安放过程中，由一台全站仪全程监控，如遇倾斜偏差过大，应及时停止安放，调整正常后，再进行安放工作，待安装结束，采用水准仪视准线法进行上部胎架的高程平面调整，如桩顶平整度偏差大于20mm，修割桩顶和法兰上铺垫钢垫板等措施将桩顶偏差在控制预定范围内。
(2)多功能工装支架平面位置控制
多功能工装支架平面位置主要取决于基础支承桩的精度，但工装与支承桩采用法兰连接，法兰连接孔设计为梅花形孔，以便于桩基偏位后，上部工装平面位置的调整。
钢管桩顶高程调整后，安装下法兰(钢桩帽)。安装后，采用GPS流动站进行工装上部胎架位置放样。
根据在支承桩顶部下法兰上放样的位置，安装工装上部胎架，内胎架安装船锚缆基本到位后，采用手拉葫芦精确调整内胎架位置，确保工装上部胎架中心位置偏差不大于5cm。内胎架位置、垂直度确定后，每根桩拧紧6～8对紧固螺栓，确保内胎架与支承钢管桩可靠连接。
5.5)主副格连接桩(Y桩)定位。
由于直腹式钢板桩两端锁口的方向不同，主副格连接桩(Y桩)具有方向性，每个主格Y桩都有差异，主要有8种不同型式(参见图7)。若Y桩方向错了，将导致副格钢板桩连接不上。
根据大圆筒桩中心来计算Y桩坐标，首根Y桩测量控制采用GPS-RTK技术，由流动站进行定位，全站仪极坐标法校核。利用工装所具备的旋转功能进行Y桩安装偏位调整。
5.6)钢板桩振沉高程控制。
钢板桩振沉以标高控制为主。钢板桩拼装时，钢板桩上按1m间距做好测量标记，振沉时，按潮位数据比较钢板桩上刻度，接近设计标高时，采用GPS流动站进行高程校核，直至沉桩结束。
5.7)其它控制钢板桩垂直度的措施。
(1)施工前预先在圆筒钢板桩位置采用钢管桩进行冲孔，以便圆筒整体下放时容易穿透海床面上的土工布，并确保下桩后的圆筒垂直度。施打支承桩前，采用D1200钢管桩冲孔破除筒位钢板桩位置上的土工布，振沉时采用GPS定位，确保冲孔位置准确。
(2)为控制钢板桩下桩后的晃动及圆筒垂直度，采用在大圆筒外部设置钢抱箍。每个筒体合拢完成后，在桩顶以下和桩底以上位置(根据水深和估算的入土深度确定)采用2道外钢抱箍抱裹筒体，振沉后期拆除。
(3)钢板桩整体下沉要选择在平潮期进行。利用特殊工装支架所具备的升降功能进行起重下放。自重下沉过程中，根据水位，拆除下层钢抱箍并调整上层钢板桩水平度。
(4)对于深水区的圆筒，设水下导向支架，以控制钢板桩的变形。水下导向支架挂在工装支架底部平台上。
(5)采用对称振沉、控制振沉方向与分次振沉深度等措施，有效控制沉桩后板桩的变形。
5.8)现场施工监测。
在格型钢板桩首次振沉5～6米后，观测装置顶层平台8个变形观测点位数据，交替振沉5～6米后再进行一次观测，以便得出装置变形原始数据。主格钢板桩振沉时变形观测点位布置如图8所示。
在格型钢板桩振沉到装置影响下的最低桩顶标高时，在装置吊移前进行最后一次变形观测，振沉完毕后，对格型钢板桩圆周进行竣工测量(随机抽测20个点位)，以检验正位率。
5.9)测量的技术要求及注意事项。
为确保测量数据的准确性，测量前需要对使用的仪器设备进行必要的检校。
(1)GPS-RTK：测量前架设在甲供已知点上校对坐标和高程。
(2)电脑系统：测量前对数据传输接口进行检查，对GPS和测距仪的输入端口进行调试，保证数据输入的畅通和数据记录的准确。
在完成上述的相关技术准备之后，按下述步骤进行格型钢板桩的测量定位：
步骤1，测量控制网的建立、校核与加密，并建立GPS参考站。
步骤2，沉放工装支架基础桩，进行远距离GPS沉桩定位。即采用GPS RTK、免棱镜测距仪、精密测倾仪等先进技术与设备，结合专门开发的打桩定位计算机软件，实现实时、主动的船身和桩身位置的精确计算，通过GPS差分技术有效地消除卫星信号的各种误差，使相对定位精度达到2～3cm，实现实时高精度定位。定位过程中数据实现自动化处理，计算机屏幕能同时以图像及数字的形式反映出施打桩的设计位置及该桩的主要设计参数(包括设计的桩中心坐标，桩顶标高，平面扭角，倾斜度等)，以及当前施打桩的实时位置及主要实时参数(如桩中心坐标偏差、桩顶标高偏差、平面扭角偏差、实时倾斜度、实时贯入度等)，便于操作人员进行对照比较，调整船位，准确定位。
步骤3，工装支架安装前，采用GPS流动站对桩位及高程进行校核，并采用激光扫平仪器，对支架下的9根桩，进行桩顶水平度校验。
步骤4，工装支架安装后，采用GPS流动站对工装支架平面位置进行校验。GPS RTK定位技术是载波相位差分技术，将参考站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给流动站。流动站接收GPS卫星的载波相位与来自参考站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理，从而达到厘米级定位结果。
步骤5，工装支架安装调整后，采用GPS流动站对格型钢板桩主副格连接桩(Y桩)的测量定位。
步骤6，钢板桩振沉以标高控制为主。钢板桩拼装时，钢板桩上按1m间距做好测量标记，振沉时，按潮位数据比较钢板桩上刻度，接近设计标高时，采用GPS流动站进行高程校核，直至沉桩结束。
步骤7，钢板桩振沉过程中进行钢板桩变形监测。
步骤8，钢板桩振沉完成后，进行圆筒钢板桩测量验收。
另外，控制大圆筒主格钢板桩的垂直度，实施过程中还需采取下述其它主要措施：
1)施工前预先在圆筒钢板桩位置采用钢管桩进行冲孔，以便圆筒整体下放时容易穿透海床面上的土工布，并确保下桩后的圆筒垂直度。施打支承桩前，采用D1200钢管桩冲孔破除筒位钢板桩位置上的土工布，振沉时采用GPS定位，确保冲孔位置准确。
2)为控制钢板桩下桩后的晃动及圆筒垂直度，采用在大圆筒外部设置钢抱箍。每个筒体合拢完成后，在桩顶以下和桩底以上位置(根据水深和估算的入土深度确定)采用2道外钢抱箍抱裹筒体，振沉后期拆除。
3)钢板桩整体下沉要选择在平潮期进行。利用特殊工装支架所具备的升降功能进行起重下放。自重下沉过程中，根据水位，拆除下层钢抱箍并调整上层钢板桩水平度。
4)对于深水区的圆筒，设水下导向支架，以控制钢板桩的变形。水下导向支架挂在工装支架底部平台上。
5)采用对称振沉、控制振沉方向与分次振沉深度等措施，有效控制沉桩后板桩的变形。
基于上述技术准备和操作步骤，完成格型钢板桩的测量定位控制，从而实现对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度控制。整个控制工艺具有如下特点：
1)直径31.194m格型钢板桩大圆筒主格采用“1/4圆筒陆上预拼、水上组合散打施工方法”。即采用专用起重船锚泊在岛壁内侧，单侧吊装4个1/4圆钢板桩组装片，在一个特制“工装支架”上设置旋转机构，将岛壁外侧钢板桩组装片分别旋转就位，从而完成一个格体的钢板桩整体拼装。一个格体钢板桩拼装完成后，采用振动锤逐步、分层振沉至设计高程。该施工工艺称为“格型钢板桩主格1/4大圆筒陆上预拼、水上组合散打施工方法”。本工程格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最，格型钢板桩大圆筒主格板桩1/4圆筒现场拼接方法属首次应用。
2)为现场拼装而设计的专用的工装支架，工装平面位置与垂直度决定了大圆筒的平面位置与垂直度，工装所具备的旋转功能解决了主副格连接桩的测量定位、偏位调节的问题；工装所具备的扩胀支撑功能解决了超长桩的倾斜与变形控制等问题。
3)本发明的测量方法采用海洋工程远距离GPS定位工艺，高程控制则以GPS测量工艺为主，激光扫平仪配合。本发明的格型钢板桩主格测量工艺与大圆筒主格施工工艺相配套。通过对工装支架及其桩基的平面位置与垂直度进行严格的测量控制，从而达到对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度控制的目的。
4)中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)工程中采用“1/4圆筒陆上预拼、水上组合散打”的工艺的83个主格大圆筒于2013年底全部完成，所有筒均一次性正位，全部满足设计要求：圆筒中心偏差不大于100mm，格型钢板桩的实际面积(根据钢板桩的中心线计算面积)不小于设计面积的98％。
5)专用振动沉桩打桩船的设计，使水上程远距离GPS沉桩定位工艺能够顺利实施，提高了沉桩定位精度。
6)在钢板桩振沉中，为有效控制钢板桩垂直度，又采取了桩位预先冲孔、大圆筒外部设置钢抱箍、深水区设置了水下内抱箍、采用对称振沉等措施，达到了很好的控制效果，使得副格施工比较顺利、快捷。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，所述控制方法依托大圆筒主格施工工艺中的用于1/4圆钢板桩组装片现场拼接成格型钢板桩大圆筒的工装支架，通过对工装支架及其桩基的平面位置与垂直度进行实时的测量控制，实现对格型钢板桩大圆筒平面位置与垂直度的控制；所述现场测量定位控制方法主要分为八个步骤：
步骤1，测量控制网的建立、校核与加密，并建立GPS参考站；
步骤2，沉放工装支架基础桩，进行远距离GPS沉桩定位；
步骤3，工装支架安装前，采用GPS流动站对桩位及高程进行校核，并采用激光扫平仪器，对支架下的9根桩，进行桩顶水平度校验；
步骤4，工装支架安装后，采用GPS流动站对工装支架平面位置进行校验；
步骤5，工装支架安装调整后，采用GPS流动站对格型钢板桩主副格连接桩进行测量定位；
步骤6，以标高控制为主进行钢板桩振沉；
步骤7，钢板桩振沉过程中进行钢板桩变形监测；
步骤8，钢板桩振沉完成后，进行圆筒钢板桩测量验收。
2.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中测量控制网的建立、校核与加密的实现如下：
首先，根据设计的坐标系统，建立GPS首级控制网，并根据已知的控制点坐标计算GPS坐标系统与施工坐标系统之间的转换关系；
接着，在转换关系建立后，对坐标系统转换关系进行必要的检核。
3.根据权利要求2所述的一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，对坐标系统转换关系进行检核时：对第一根或开始几根桩在施打时同时采用常规测量和GPS打桩定位两种定位方法，两者相互检查；如果两种定位方法结果的差异在误差允许范围以内，则说明坐标系统转换正确，否则应查明原因，直到检核一致后才可以采用单独的GPS定位方法进行打桩。
4.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用GPS RTK、免棱镜红外测距仪、精密测倾仪，结合打桩定位计算机软件，实现实时、主动的船身和桩身位置的精确计算，并通过GPS差分技术有效地消除卫星信号的各种误差，使相对定位精度达到2～3cm，实现实时高精度定位。
5.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，所述步骤(4)进行校验时，基于GPS RTK定位的载波相位差分技术，将参考站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给流动站；流动站接收GPS卫星的载波相位与来自参考站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理。
6.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，所述步骤(6)进行钢板桩拼装时，钢板桩上按1m间距做好测量标记，振沉时，按潮位数据比较钢板桩上刻度，接近设计标高时，采用GPS流动站进行高程校核，直至沉桩结束。
7.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，所述步骤(6)钢板桩振沉时，采取桩位预先冲孔和/或对称振沉。
8.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒主格现场测量定位控制方法，其特征在于，所述步骤(6)钢板桩振沉时，在大圆筒外部设置钢抱箍和/或深水区设置水下内抱箍。
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