CN107289917A - 一种水上斜桩快速定位方法与检验测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于定位测量技术领域，公开了一种水上斜桩快速定位方法与检验测量方法，包括：确定打桩位置，打桩位置为斜桩与打桩船的中心轴空间直线的交点；确定打桩船中心方向与斜桩投影方向重合；应用GPS RTK或“网络RTK”技术测定打桩船的中心轴线空间直线；在GPS RTK测量时测出打桩船的高程，根据桩的设计坐标和高程，桩的水平扭角和倾角，计算放样点坐标，找到桩的中心位置锚定船头，然后摆动船尾让打桩船方位与排桩摆角一致，定位定向即完成。本发明能快速测定打桩船的中心轴线空间直线L2，省去了施工基线；误差为15～25mm；对施工的质量控制和提高施工速度，有着重要意义。

Description

一种水上斜桩快速定位方法与检验测量方法

技术领域

本发明属于定位测量技术领域，尤其涉及一种水上斜桩快速定位方法与检验测量方法。

背景技术

港航码头建设中，经常有岛堤施工，它是利用打桩船在水上打斜桩，利用斜桩承受水平荷载。根据港航码头施工规范规定，斜桩施工误差总不能大于10cm，测量定位误差约为3cm；水上作业比陆地作业复杂得多，这对测量技术有了更加严格的要求。在港航码头施工作业中，经常有高桩码头施工，这类施工不在岸上，是利用打桩船在水上打桩。为了承受水平荷载的作用，采用斜桩来承受水平荷载，提高结构的稳定性。码头施工主要在水下进行，因此需要船只进行水上作业，由于水上作业的不可见性及水流运动等外界条件的影响，水上作业比陆地作业复杂得多。目前，水上斜桩定位测量由于岛堤远离海岸，特别是渔港扩建时港池已停靠有大量渔船，船上有升降架和风帆影响通视条件，施工基线尚有很大缺陷，比如施工基线与施工船距离过远不便控制、通视受阻、指挥协调困难等，采用施工基线的方法是行不通的。

综上所述，现有技术存在的问题是：水上斜桩定位测量存在施工基线存在施工基线与施工船距离过远不便控制、通视受阻、指挥协调困难。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种水上斜桩快速定位方法与检验测量方法。

本发明是这样实现的，一种水上斜桩快速定位方法，所述水上斜桩快速定位方法包括以下步骤：

步骤一，确定打桩位置，打桩位置为斜桩与打桩船的中心轴空间直线的交点；确定打桩船中心方向与斜桩投影方向重合；

步骤二，应用GPS RTK或“网络RTK”技术测定打桩船的中心轴线空间直线；

步骤三，在GPS RTK测量时测出打桩船的高程，根据桩的设计坐标和高程，桩的水平扭角和倾角，计算放样点坐标，找到桩的中心位置锚定船头，然后摆动船尾让打桩船方位与排桩摆角一致，定位定向即完成；GPS RTK测出打桩船的高程,这时与设计指定高程的存在高差(h)；n:1为桩倾斜度，投影长为h/n,根据扭角方位和投影长h/n计算坐标增量，通过设计坐标值和坐标增量，计得放样点的坐标；实际作业时，可借助CASIO fx系列程序计算器完成计算的。

进一步，斜桩的空间直线L1，打桩船的中心轴线为直线L2；直线L₁、L₂共面；异面直线公垂线段的长度称为两条直线间的距离d(L₁，L₂)：

d(L₁，L₂)＝|(M₁M₂，α₁，α₂)|/|α₁×α₂|。

进一步，根据桩的设计坐标和高程，桩的水平扭角和倾角，计算放样点坐标K(xk，yk)；移动船体让实测点坐标值P(xp，yp)移动至K(xk，yk)，找到桩的中心位置锚定船头，摆动船尾让打桩船方位与排桩摆角一致，定位定向即完成。

本发明的另一目的在于提供一种所述水上斜桩快速定位方法的检验测量方法，所述检验测量方法包括：

桩心位置检测：在桩顶画出中心点，并用GPS RTK或“网络RTK”实测坐标和高程值，与设计坐标进行比较，得出桩心坐标偏差值；

水平扭角检测：用方位角来表达，在桩的表面标定中心线，把中心线与设计方位进行比较，得出方位角的偏差值；

倾斜度检测：用坡度尺测倾斜度或坡度板测倾斜度。

本发明的优点及积极效果为：应用GPS RTK或“网络RTK”技术又能快速测定打桩船的中心轴线空间直线L2，省去了施工基线；利用GPS RTK或“网络RTK”技术点位中误差一般为15～25mm，能满足放样精度要求。本发明对施工的质量控制和提高施工速度，有着重要意义。本方案与现有技术相比的优势是准确、快速和高效。

附图说明

图1是本发明实施例提供的水上斜桩快速定位方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的施工船辅助标志点1、2的示意图。

图3是本发明实施例提供的施工船辅助标志点1、2和3的示意图。

图4是本发明实施例提供的倾斜度检测示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的水上斜桩快速定位方法包括以下步骤：

S101：确定打桩位置，打桩位置为斜桩与打桩船的中心轴空间直线的交点；确定打桩船中心方向与斜桩投影方向重合；

S102：应用GPS RTK或“网络RTK”技术测定打桩船的中心轴线空间直线；

S103：在GPS RTK测量时测出打桩船的高程，根据桩的设计坐标和高程，桩的水平扭角和倾角，计算放样点坐标，找到桩的中心位置锚定船头，然后摆动船尾让打桩船方位与排桩摆角一致，定位定向即完成。

应用GPS RTK或“网络RTK”技术测定打桩船的中心轴线空间直线；关于GPS RTK或“网络RTK”技术的操作，GPS RTK或“网络RTK”技术采用南方测绘仪器公司的“GPS动态操作-20110930”规程。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

一、水上斜桩快速定位方法

1.陆地斜桩定位测量方法

陆地斜桩定位测量，可在场地建立施工基线，施工基线与斜桩在平面的投影线的方位相垂直，为了减少打桩时震动对仪器的不利影响，施工基线距离地面上的桩位15-20m；施工基线用于摆设仪器控制施工时桩的方向。经平整后的场地的高程是固定的，根据设计的桩的坐标和结合现场地面高程来推算实地坐标进行放样。

2、水上斜桩定位测量的方法

设置施工基线是教科书介绍的方法，由于岛堤远离海岸(300～500m)，特别是渔港扩建时港池已停靠有大量渔船，船上有升降架和风帆影响通视条件，施工基线尚有很大缺陷，采用施工基线的方法是行不通的。

斜桩是一条事先设计位置的桩的空间直线L1，打桩船的中心轴线为另一空间直线L2，必须寻找二条空间直线的交点为打桩位置，当确定打桩位置后还需确定打桩船中心方向与斜桩投影方向重合，即设法让两条空间直线L₁、L₂共面。L₁、L₂与在平面中的情形不一样，空间中的两条直线可以不平行也不相交，称之为异面直线，异面直线公垂线段的长度称为两条直线间的距离d(L₁，L₂)。根据空间解析几何理论，L₁:M₁M×α₁＝0，L₂:M₂M×α₂＝0，规定α₁和α₂之间的夹角<α₁，α₂>为L₁、L₂的夹角。当L₁、L₂为共面直线时，α₁、α₂、M₁M₂共面，这等价于(M₁M₂，α₁，α₂)＝0；当L₁、L₂为那异面直线时，两条直线间的距离d(L₁，L₂)：

d(L₁，L₂)＝|(M₁M₂，α₁，α₂)|/|α₁×α₂|；

经分析得出，一方面就是设法让斜桩空间直线L₁，打桩船的中心轴线空间直线L₂，这样两条空间直线L₁、L₂共面，并在两条空间直线交点处打桩，当然桩由桩架控制竖向倾斜度n:1；另一方面，斜桩空间直线L1是设计已定好的，应用GPS RTK或“网络RTK”技术又能快速测定打桩船的中心轴线空间直线L₂。打桩船的中心轴线空间直线L₂的定位，网络RTK方案优于基于UHF电台进行数据传输的GPS RTK；网络RTK由于数据传输方式的差别，数据传输通讯有GSM、GPRS、WAP、VRS几种：WAP是无线应用协议；VRS是虚拟基准站，有了VRS虚拟基准站，单机即可进行GRTK作业，数据直接传输处理中心再虚拟精准基准站，从而提高了测量精度；GSM是采用拔号方式连接电路交换数据传送方式，是移动手机常用的数据交换；GPRS是在GSM的基础上发展起来的一种新的数据分组承载业务，GPRS数据分组交换技术，具有实时在线，按量计费，快捷登陆，高速传输，自如切换的优点，具有登陆速度快，网络联续性优的特点。目前利用GPS RTK或“网络RTK”技术可测得如图2中施工船上标志点1和2的坐标，点位中误差一般为15～25mm，能满足放样精度要求。

布测点方案①：标志点1和2选在不影响施工的位置，与轴线平行，利用CASIO fx带函数可编程程序计算器，通过标志点1和2的坐标，根据平行与延长关系迅速计算桩架中心P(xp，yp)的坐标，标志点1和2的两点坐标方位应为桩的水平摆角；如图2布测点方案②：船头两侧为标志点1和2，其中间点为桩架中心P(xp，yp)的坐标，在船尾布测点3，桩架中心P(xp，yp)与船尾布测点3的方位应为桩的水平扭角。因此，桩的中心位置和方位可知；如图3。

桩具有设计坐标和高程，桩的水平投影方位角和倾角也由设计时确定。打桩船的高程随水位而变化，在GPS RTK测量时测出打桩船的高程，根据桩的设计坐标和高程，桩的水平扭角和倾角，计算放样点坐标K(xk，yk)。调用仪器的放样功能，移动船体让实测点坐标值P(xp，yp)移动至K(xk，yk)，首先找到桩的中心位置锚定船头，然后摆动船尾让打桩船方位与排桩摆角一致，定位定向即完成。桩的倾斜度只需在桩架上调节，实际打桩作业时定位、定向要检查一遍再打；由于GPS RTK或“网络RTK”定位、定向速度极快，一般测量为几秒到十几秒时间，定位、定向的检查并不费时。这里说明一下，桩的水平扭角是与施工基线的方向关系，其实，桩的水平投影方向都可用方位角来表示。

二、水上斜桩定位的验收测量

打桩施工后斜桩的偏位大小，是水上斜桩质量的重要标准之一；水上斜桩定位的验收测量，正是通过对斜桩偏位大小的测定，为上部结构的施工提供不可或缺的资料，这是水上打桩工程中必不可少的环节。每根桩打桩施工完成后都必须对斜桩的偏位，每根斜桩的偏位需检测桩心位置、水平扭角、倾斜度三个方面。

桩心位置检测：打桩往往是控制贯入度后停打的，桩顶一般不刚好在设计高程面上，水上斜桩也不例外。

桩心位置的测定步骤----首先在桩顶画出中心点，并用GPS RTK或“网络RTK”实测坐标和高程值，但它由于不是在设计高程测量的，故还需结合水平扭角(方位方向)和倾斜度一起，推算此桩的实际坐标，与设计坐标进行比较，才能得出桩心坐标偏差值。

水平扭角检测：可用方位角来表达；可在桩的表面标定中心线，然后把这条线中心线与设计方位进行比较，得出方位角的偏差值；也可在停打的桩上标出设计方位方向，与设计方位方向比较，实量方位偏差值。

倾斜度检测：下述二种方法均可用。①用坡度尺测倾斜度图4(a)所示，坡度尺由水平尺AB和垂直尺AC构成。AB的长度固定为d1，水平尺沿AC方向滑移，AC的长度d2随桩的坡度而变化。当水平尺上的水准气泡居中时，AC的长度d2，则桩的倾斜度为n:1＝d2:d1。②用坡度板测倾斜度图4(b)所示，ABA’B’是测斜板，OO的长度为固定值倾斜时，将AA’边或BB’边靠紧倾斜桩身。由于倾斜，垂球偏向一边，可读得某一数值，则OO的长度与读数之比，即为桩的倾斜度。

本发明采用水上斜桩定位新技术，借助GPS RTK和网络RTK仪器，实测观测点的三维坐标，无需施工基线，轻易解决施工基线通视困难的缺陷，具有速度，定位精度高的特点，值得应用和推广。在打桩施工后斜桩的偏位大小，是水上斜桩的的重要质量指标，每条桩施工完成后，可按本文介绍方法，从桩心位置、水平扭角、倾斜度三个方面检测斜桩的偏位情况。江门市新会区崖门海港的岛堤距岸边300～500m，本发明的方法的应用情况良好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种水上斜桩快速定位方法，其特征在于，所述水上斜桩快速定位方法包括以下步骤：

步骤一，确定打桩位置，打桩位置为斜桩与打桩船的中心轴空间直线的交点；确定打桩船中心方向与斜桩投影方向重合；

步骤二，应用GPS RTK或网络RTK测定打桩船的中心轴线空间直线；

步骤三，在GPS RTK测量时测出打桩船的高程，根据桩的设计坐标和高程，桩的水平扭角和倾角，计算放样点坐标，找到桩的中心位置锚定船头，然后摆动船尾让打桩船方位与排桩摆角一致，定位定向即完成；GPS RTK测出打桩船的高程,这时与设计指定高程的存在高差(h)；n:1为桩倾斜度，投影长为h/n，根据扭角方位和投影长h/n计算坐标增量，通过设计坐标值和坐标增量，计得放样点的坐标；实际作业时，借助CASIO fx系列程序计算器完成计算。

2.如权利要求1所述的水上斜桩快速定位方法，其特征在于，斜桩的空间直线L1，打桩船的中心轴线为直线L2；直线L₁、L₂共面；异面直线公垂线段的长度称为两条直线间的距离d(L₁，L₂)：

d(L₁，L₂)＝|(M₁M₂，α₁，α₂)|/|α₁×α₂|。

3.如权利要求1所述的水上斜桩快速定位方法，其特征在于，根据桩的设计坐标和高程，桩的水平扭角和倾角，计算放样点坐标K(xk，yk)；移动船体让实测点坐标值P(xp，yp)移动至K(xk，yk)，找到桩的中心位置锚定船头，然后摆动船尾让打桩船方位与排桩摆角一致，定位定向即完成。

4.一种如权利要求1所述水上斜桩快速定位方法的检验测量方法，其特征在于，所述检验测量方法包括：

桩心位置检测：在桩顶画出中心点，并用GPS RTK或“网络RTK”实测坐标和高程值，与设计坐标进行比较，得出桩心坐标偏差值；

水平扭角检测：用方位角来表达，在桩的表面标定中心线，把中心线与设计方位进行比较，得出方位角的偏差值；

倾斜度检测：用坡度尺测倾斜度或坡度板测倾斜度。