测量员中心(海上预制墩台安装施工的定位测量)

Posted 2023-05-31

篇首语：每个牛逼的人，都有一段苦逼的坚持。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了测量员中心(海上预制墩台安装施工的定位测量)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

测量员中心(海上预制墩台安装施工的定位测量)

张俊波孟军崔伟

厦门路桥建设集团工程有限公司中交二航局第二工程有限公司

摘要：预制装配式桥梁结构得到越来越广泛地应用。同陆地环境装配式安装施工测量相比，在海洋环境中墩台安装定位需要不同的测量方法，要求在保证测量精度的同时有较高的工作效率。依托工程实例，主要研究了海上桥梁下部结构钢护筒定位和墩台安装定位的测量方法。该方法在保证测量精度的条件下有效提升了施工效率，可供类似桥梁的施工测量参考。

关键词：测量工程;钢护筒施沉;预制墩台;安装定位;双轴倾角传感器;控制方法;

1 研究背景

随着行业发展及技术进步，预制装配式桥梁结构得到越来越广泛的应用。预制装配式桥梁结构现场施工时间短，工期容易控制，施工质量和耐久性有保障；构件均在工厂标准化生产，相较于现场浇筑施工工艺，各种影响因素更加可控，因此混凝土的耐久性能更好，构件结构尺寸更精确；预制拼装施工现场只需要进行构件的安装连接，因此对环境影响小，特别适用于对环境保护要求高、交通条件复杂情况下的跨线桥施工。本研究依托的工程项目为海上预制装配式安装施工，对环境保护及安装精度要求更高，测量控制的难度更大。

2 测量方法及原理

结合传统的测量方法，提出本项目实施过程中的改进方法和新的测量组合方法。

2.1测量基点布设

本项目由于海洋环境及航空限制，无法在海中搭设独立海上测量观测平台。因此，依托已经施沉的钢护筒作为平台(钢护筒长度为25～40 m, 护筒直径为2.1 m和2.5 m, 护筒壁厚为2.5 cm),按照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650-2020)要求的二等静态加密布设基点，采用逐墩推进方法施沉护筒，极大缩短了观测距离。考虑到潮汐对基点的影响，利用GPS-RTK进行了一个潮汐起落时间的观测(每30 min观测一测回，60历元数一测回)。点位偏差值与潮位时间关系如图1所示。

图1 基点位变化值曲线

由图1可知，点位在平潮时的变化值最小，为0.1 mm; 在涨落潮潮汐较大时，点位变化值最大，为1.6 mm。

2.2钢护筒施沉测量方法

钢护筒施沉的一般测量控制方法是使用两台仪器进行角度交汇。但由于本项目中钢护筒施沉位置处于远离海岸线达2 km之外的特殊海洋环境中，加上海上雾气等多种不利因素，因此采用角度交汇的方式难以实施。施沉后，钢管桩中心偏位和垂直度有多种测量方法。三点共圆是一种方法，且三点构成正三角形最佳。采用全站仪直接在护筒外壁上采点拟合圆心也是一种方法，但由于现场施工遮挡，绝大多数情况下只能测到1/2长的护筒；同时，立杆在护筒内壁和外壁上也会对拟合圆心产生误差，且立杆人员安全不能得到很好保障。垂直度可采用锤球法测量，但需要对护筒内进行抽水才能施测，受潮水限制大，工效难以满足现场施工需求。

在本项目实践中，结合常规测量方法提出了两种测量方法。

(1)方法一：采用虚拟圆心的方法使用一台全站仪控制护筒施沉的平面位置及垂直度。

在钢护筒施沉前，护筒在厂家出运及吊装时采用可靠的加劲撑架防止护筒变形，并对进场的每根护筒进行验收；采用卷尺在两个相互垂直方向上测量护筒直径，最大误差为18 mm。由于护筒材质、锈迹和油污等因素的影响致使反射率不足，使得有效测量距离不到150 m。实践中，通过在护筒壁涂刷反光漆增强反射特性，无棱镜反射测量有效距离可达500 m, 提高了单站测量的距离，并有利于减少同精度扩展加密测量工作。

利用全站仪观测在护筒起吊入桩船三层导向架中时的护筒顶口断面，切边测量该断面两侧方位角，将两方位角的平均值作为护筒顶口断面的中心方位角。全站仪以中心方位角无棱镜测出至该断面护筒表面的斜距及竖直角，通过中心方位角、斜距、竖直角及护筒半径计算出该断面护筒中心的三维坐标。按照相同的观测方法，计算出护筒在距水面上约1 m处断面的三维坐标。根据上、下两处断面护筒中心的坐标计算护筒的偏位和垂直度，反复测量调整至护筒平面偏差及垂直度均满足设计要求后，将护筒施沉到设计高度。护筒中心坐标计算公式如式(1)～式(3)所示。

X=Xs+(ScosV+R)cosaM (1)

Y=Ys+(ScosV+R)sinaM (2)

H=Hs+SsinV (3)

式中：S为测站到钢护筒中心方位测点的斜距；αM为测站到钢护筒中心方位角；V为竖直角；R为钢护筒外半径；Xs、Ys、Hs为测站点坐标。

方法一的测量示意如图2所示。

图2 测量方法一的示意下载原图

采用方法一并结合施工坐标系统，能非常直观地反映护筒在施沉过程中的偏位情况、偏位方向、垂直度及倾斜方向，有效控制护筒施沉，提高了工作效率，如图3所示。

图3 钢护筒施沉测量示意下载原图

(2)方法二：护筒施沉到位后检测偏位及垂直度。

本项目的特殊性在于，海上墩台为预制装配式桥梁结构，预制墩台安装时预留孔需套入护筒的高度达8.6 m, 且预留孔与护筒的间隙只有10 cm。因此，需根据测量的护筒顶口偏位及垂直度数据，计算出预制墩台安装时护筒顶口和底口的偏位数据，经综合考虑后确定预留孔开孔数据，以指导墩台预制时的预留孔施工。本项目采用十字架体定位架辅助测量，定位架中心设置GNSS接收机连接螺栓，GNSS接收机通过螺栓安装到架体中心上，再采用锤球分别测量纵横方向垂直度，如图4所示。采用此方法避免了立杆在护筒内壁和外壁上对拟合圆心产生误差，并且很好地保障了人员安全。

图4 施沉后偏位和垂直度测量示意

2.3预制墩身安装测量方法

墩身安装测量方法通常是在海岸上或海中测量平台上设站测量。本项目采用在拟安装墩身旁的钢护筒上加密控制点的方法，使用全站仪与双轴倾角传感器精确指导墩身安装施工。

(1)预制墩身成品验收与传感器安装。

在吊装前，对预制墩身的结构尺寸、垂直度和预留孔位等进行成品验收测量，特别是检测预留孔相对位置是否与钢护筒偏位相对关系相符。结合预制墩身3D模型图，以墩身轴线为基准，精准放样出反射片的粘贴位置(A1、A2、A3、B1、B2和B3),如图5所示，以此作为控制墩身安装的参考。

图5 墩身吊装测点示意

为实时监测在出运和起吊过程中墩身的倾斜情况以指导墩身吊装时的垂直度控制，安装了高精度双轴倾角传感器(分辨率为0.001°),如图6所示。采用成品验收测量时的墩身垂直度数据，通过调节传感器底座，使其倾角数据与墩身实际倾斜状态相同。

图6 双轴倾角传感器安装下载原图

(2)下节墩身吊装测量。

预制墩身安装前，在安装墩身旁已施沉的桩基钢护筒上布设强制对中控制点。参照《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T 3650—2020)的技术要求，平面按二等精度，以GNSS静态观测同级扩展测量；高程按照三等水准测量技术要求，采用全站仪三角高程分组多测，对向观测从岸上传递。

在吊装过程中，平面控制采用全站仪极坐标法，分别测量出A1、A2、A3、B1、B2和B3等6点的坐标和高程，根据平面偏位和高差计算墩身垂直度，指导墩身垂直度调整。根据测量点的绝对高程，检查预制墩身在吊装过程中是否处于水平状态，并指导安装过程的高程调整。

起吊与下放过程中，同时采用传感器实时监控墩身垂直度状态，如图7所示。墩身对位时，根据实测数据与人工目视检查，指挥浮吊动作对孔下放。接近下放到位时，全站仪实时监测墩身的平面位置及高程，三向千斤顶与吊具完成对接；转换受力后，采用双轴倾角传感器和全站仪测出墩身实际偏位及垂直度，利用三向千斤顶调位系统精调墩身平面位置及高程，直至满足设计及规范要求。在后续的桩基与墩身连接施工过程中，监测墩身状态。

图7 预制墩身吊装实景

(3)中上节墩身吊装测量。

下节安装完成后，对下节墩身顶口进行精准找平，使其与中上节墩身底口尽可能无缝贴合，并安装内导向装置，如图8所示。在预应力螺纹钢棒连接后，下放墩身进行预对接，测量偏位和垂直度；不合格时，通过放置垫片调整，反复进行此操作直至满足墩身安装的偏差要求(轴线偏位≤10 mm; 顶面高程≤±10 mm; 垂直度≤H/3000且不大于30 mm)。达到偏差要求后，涂抹环氧胶，下放中上节墩身，完成安装，如图9所示。

图8 中上节墩身吊装下放对位下载原图

图9 安置垫片及涂抹环氧胶下载原图

3 实测结果及讨论

3.1钢护筒中心偏位和垂直度测量结果

以工程中的H18号墩身为例，对比施沉完成时采用方法一的测量数据和钻孔平台搭设完成后采用方法二的测量数据，见表1和表2。结果表明，方法二证实了方法一对施工过程控制的有效性，满足了桩顶平面位置≤80 mm、垂直度≤0.4%的验收标准要求。钢护筒的施沉效率较传统方法更高，同时钢护筒施沉过程中观测平台得到多次利用，有效地节约了成本。

表1 H18号墩钢护筒顶坐标复测结果导出到EXCEL

桩号	方法一测量坐标m方法一测量坐标m		方法二复测坐标m方法二复测坐标m		差值mm差值mm
桩号	X	Y	X	Y	△X	△Y	△S
Z1	86.605	11.33	86.597	11.315	-8	-15	17
Z2	86.211	17.58	86.22	17.577	9	-3	9
Z3	86.607	23.83	86.623	23.819	16	-11	19
Z4	93.398	11.33	93.404	11.326	6	-4	7
Z5	93.612	17.58	93.597	17.575	-15	-5	16
Z6	93.395	23.83	93.382	23.835	-13	5	14

表2 H18号墩钢护筒顶垂直度测量结果导出到EXCEL

桩号	方法一		方法二		两方法的差值
桩号	垂直度%垂直度%	偏向角度(°)角度(°)	垂直度%垂直度%	偏向角度(°)角度(°)	垂直度差%度差%	偏向角度差(°)角度差(°)
Z1	0.22	314	0.20	313	-0.02	-1
Z2	0.26	79	0.24	80	-0.02	1
Z3	0.26	225	0.28	227	0.02	2
Z4	0.28	222	0.29	223	0.01	1
Z5	0.12	32	0.11	30	-0.01	-2
Z6	0.31	151	0.32	153	0.01	2

3.2预制墩柱安装测量

下节预制墩身安装定位完成后，随即实施墩身与桩基连接部位混凝土的浇筑施工。安装完成后，实测最终偏位，结果显示偏差满足要求，见表3和表4,证明了垂直度测量采用传感器数据是可靠的。此方法适用于墩身多节段工况，安装时控制好底节偏位，上节墩身可采用传感器控制垂直度过程调位，最后采用全站仪复核顶面高程即可。

表3 H18号墩身安装后测量结果导出到EXCEL

测点	实测坐标/m			设计坐标/m			轴线偏差/mm		高程偏差/mm
测点	X	Y	H	X	Y	H	△X	△Y	△H
1	61.572	19.733	14.003	61.567	19.730	14.000	+5	+3	+3
2	56.334	21.356	14.002	56.330	21.353	14.000	+4	+3	+2
3	54.076	26.345	14.004	54.072	26.350	14.000	+4	-5	+4
4	59.312	24.723	14.002	59.309	24.726	14.000	+3	-3	+2

表4 H18号墩墩身垂直度测量结果导出到EXCEL

位置	墩顶坐标/m		高度Hm高度Ηm	差值△Smm差值△Smm	计算垂直度%垂直度%	传感器数据
	墩底坐标/m					X轴(°)X轴(°)	Y轴(°)Y轴(°)	垂直度%垂直度%
	X	Y
大里程	59.309	24.726	11	6	0.054 5	0.013	0.017	0.057
	59.314	24.729
小里程	56.330	21.353	11	5	0.045 4
	56.334	21.356

4 结语

本项目处于海洋环境，预制安装施工测量条件差。施工中采用了在拟安装墩旁的钢护筒上加密测量控制点的方法，缩短了观测距离，提高了测量精度。钢护筒定位时，采用全站仪角度分中免棱镜测量钢护筒上口和下部的三维坐标，精调平面和垂直度；施沉后，采用GNSS接收机和锤球复核护筒偏差和垂直度，指导预制墩身时的桩基预留孔位尺寸和垂直度控制，便于预制墩身安装时顺利对孔下放。在预制墩身安装前进行测量标定，粘贴放射片并安置双轴倾角传感器，安装时可快速测量平面坐标、高程和垂直度，在保证测量精度的同时提高了测量效率。实践结果表明，采用这几种方法组合后，测量精度可靠，同时测量效率更高，并有效降低了劳动强度。

参考文献

[1] 周西振.坐标法检测苏通大桥钢护筒中心构形分析[J].同济大学学报：自然科学版，2006,(8):1001-1004.

[2] 关叶沆，周西振，刘传瑞.一段圆弧上多点坐标拟合圆心位置的可靠性分析[J].勘察科学技术，2012,178(4):54-57.

[3] 宋国辉，张士舰，吴连强，等.一种中心立柱型海洋平台垂直度测量的新方法[J].石油工程建设，2020,46(S1):101-104.

[4] 李施展，杜操，蒋思君，等.一种深水钢护筒垂直度检测装置：中国，108344407 A[P].2018-7-31.

[5] 万学林，王伟，桂威，等.一种用于护筒垂直度检测及桩位放样辅助定位的装置：中国，211696396 U[P].2020-10-16.

[6] 陈曙霞，吕雨，干明.一种立柱垂直度测量方法：中国，111174771 A[P].2020-5-19.

[7] 易建华，姬翠翠，黄文学，等.GPS海上定位技术在预制墩台吊装精调中应用[J].中国港湾建设，2014,(4):50-54.

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张俊波 孟军 崔伟

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1 研究背景

2 测量方法及原理

2.1测量基点布设

2.2钢护筒施沉测量方法

(1)方法一：采用虚拟圆心的方法使用一台全站仪控制护筒施沉的平面位置及垂直度。

(2)方法二：护筒施沉到位后检测偏位及垂直度。

2.3预制墩身安装测量方法

(1)预制墩身成品验收与传感器安装。

(2)下节墩身吊装测量。

(3)中上节墩身吊装测量。

3 实测结果及讨论

3.1钢护筒中心偏位和垂直度测量结果

3.2预制墩柱安装测量

4 结语

参考文献

张俊波孟军崔伟

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