跨海大橋定位樁安裝新工藝

殷婷婷　嚴(yán)輝煌

摘要：起重船放置導(dǎo)管架入水后采用四根輔助導(dǎo)管進(jìn)行粗定位，再用調(diào)平油缸水平調(diào)平；之后，上滑塊的滑移油缸結(jié)合GPS信號(hào)進(jìn)行精確定位后鎖死；最后通過上下滑塊的夾樁器進(jìn)行微調(diào)及垂直度修正，以達(dá)到工程設(shè)計(jì)所需要的安裝精度要求。

關(guān)鍵詞：定位樁；導(dǎo)向架；GPS；滑移油缸；橋梁建設(shè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U655 文章編號(hào)：1009-2374（2017）04-0109-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.056

1 概述

基于已完成的港珠澳大橋橋梁試樁工程情況以及杭州灣大橋的定位樁安裝，采用傳統(tǒng)打樁船打設(shè)鋼管樁，其垂直度只能做到1/200L，平面誤差在10cm左右，而現(xiàn)在越來(lái)越多新的跨海工程設(shè)計(jì)的要求垂直度已達(dá)到1/400L，平面誤差在5cm以內(nèi)。傳統(tǒng)大型打樁船依靠錨泊系統(tǒng)來(lái)實(shí)線船舶在海上的定位和移船，而錨泊系統(tǒng)一般采用鋼絲繩或錨鏈作為錨纜，錨纜在錨拋出去數(shù)百米后，即使由錨機(jī)將鋼絲繩拉緊，但由于受到鋼絲自身重量影響，會(huì)形成一個(gè)弧度。錨纜自身具有一定的彈性，造成了船體在波浪或風(fēng)、水流的影響下，產(chǎn)生一定程度的位移或傾斜，位移量一般都遠(yuǎn)超過10cm，且產(chǎn)生極頻繁的晃動(dòng)，從而造成上述兩項(xiàng)指標(biāo)都難以達(dá)到。

同時(shí)，由于某些海域（如江河入?？?、洋流經(jīng)過處）水流流速大，風(fēng)浪影響頻繁，這些環(huán)境因素都會(huì)對(duì)傳統(tǒng)定位樁的安裝施工造成極大的不確定性。

所以，采用常規(guī)錨泊定位的打樁船及導(dǎo)向架已經(jīng)難以達(dá)到目前的工程工藝要求的，為此我們專門研究了能適應(yīng)各種復(fù)雜海況的GPS打樁導(dǎo)向定位架系統(tǒng)。

2 工作原理

該導(dǎo)向定位架參考港珠澳大橋的一個(gè)樁點(diǎn)四根樁的安裝模式設(shè)計(jì)，主要是采用起重船將該架在指定位置進(jìn)行安裝并粗定位（粗定位精度為±200mm范圍內(nèi)），將該架放置在泥面上，該架底部設(shè)有防沉板以防止下沉。然后采用四根鋼管樁作為導(dǎo)向架輔助樁腿穿過該架位于四角的四個(gè)導(dǎo)管插入泥面至并沉樁至泥面以下50m，通過調(diào)平油缸將導(dǎo)向架調(diào)平并固定在樁上，利用該架上下兩層夾樁器通過液壓油缸及平面滑移系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)（±300mm）產(chǎn)生四個(gè)夾樁器整體平面滑移。因調(diào)整層的四個(gè)夾樁器均形成一個(gè)整體，所以樁的相對(duì)位置不會(huì)發(fā)生變化，而通過上下調(diào)整層的相對(duì)平面滑移，可精確調(diào)整樁的平面位置及垂直度，先用振動(dòng)錘施打，在施打過程中嚴(yán)密監(jiān)控樁的垂直度變化，垂直度一出現(xiàn)變化馬上采用振動(dòng)錘進(jìn)行糾偏，一直將樁振動(dòng)至-50.0m標(biāo)高處。此時(shí)樁已基本穩(wěn)定，并進(jìn)入較硬的土質(zhì)（N=10以上），再更換液壓打樁錘在定位架的導(dǎo)向下打至設(shè)計(jì)標(biāo)高

-70.0m處，即滿足設(shè)計(jì)要求。

3 打樁定位導(dǎo)向架基本構(gòu)造

打樁定位導(dǎo)向架主要材質(zhì)為船用鋼，主體由四根鋼管作為導(dǎo)管，導(dǎo)管間距為13m×10.9m。采用Φ800mm×δ12mm鋼管作為主橫撐桿焊接成一個(gè)四方立體導(dǎo)管式定位導(dǎo)向架。定位導(dǎo)向架設(shè)置上、下兩個(gè)精確調(diào)節(jié)導(dǎo)向?qū)?，兩層?dǎo)向裝置間距為12m。導(dǎo)向定位架底部設(shè)置防沉板，防止導(dǎo)向架在安放到泥面后下沉。見圖1所示：

4 導(dǎo)向架主要系統(tǒng)裝置

4.1 上層調(diào)節(jié)裝置

上調(diào)整層由下滑板、上滑板、四個(gè)夾樁器、八個(gè)滑移油缸、導(dǎo)向板以及支撐系統(tǒng)組成。

下滑板焊接在導(dǎo)向定位架主體上，可支撐上滑板及四個(gè)夾樁器并使其可在上面滑動(dòng)。

夾樁器的主要功能是讓樁通過，并對(duì)樁進(jìn)行位移限制，僅允許樁進(jìn)行軸向的移動(dòng)及夾緊樁。四個(gè)夾樁器按樁位的間距，焊接布置在上滑板上形成一個(gè)整體。

上調(diào)整層的主要功能是使四個(gè)夾樁器形成一個(gè)整體，使四根樁分別通過導(dǎo)向板進(jìn)入夾樁器后的相對(duì)位置固定不變。在夾樁器將樁夾緊后，可將四根樁在保持相對(duì)位置不變的情況下，整體在±300mm的范圍內(nèi)進(jìn)行任意方向的平面精確移動(dòng)，當(dāng)四個(gè)樁位的平面誤差均達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，可通過機(jī)械方式對(duì)上滑板以及其上的四個(gè)夾樁器進(jìn)行鎖定。

上滑板與下滑板之間可通過八個(gè)滑移油缸（每側(cè)兩個(gè)）調(diào)節(jié)，進(jìn)行平面任意方向滑動(dòng)，使焊接在上滑板上的四個(gè)夾樁器產(chǎn)生平面移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)整樁位平面位移的目的。

下滑板焊接固定在導(dǎo)向定位架本體上，起支撐上滑板及焊接在上滑板上四個(gè)夾樁器的作用，同時(shí)提供給上述構(gòu)件在上面滑動(dòng)的平面。面層采用磨平加工，以減少滑動(dòng)摩擦力。

上滑板按樁位尺寸開孔，將四個(gè)夾樁器焊接在開孔的相應(yīng)位置，可讓樁通過并將樁夾緊。上滑板下表面須進(jìn)行磨平加工，以減少與下滑板之間的滑動(dòng)摩擦力。

夾樁器由以下主要部件組成：圓形箱體、導(dǎo)向板、夾樁油缸、夾樁滾輪、滾輪滑道，夾樁器焊接固定在上滑板上，夾樁導(dǎo)輪由液壓油缸推動(dòng)，也可用機(jī)械形式鎖定。

下層導(dǎo)向裝置：下層導(dǎo)向調(diào)節(jié)裝置同上層調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)及工作原理相同。在上層導(dǎo)向裝置調(diào)整四根樁的平面位置達(dá)到設(shè)計(jì)要求并采用機(jī)械鎖定后，當(dāng)樁進(jìn)入下層導(dǎo)向調(diào)整裝置后，通過對(duì)下層位置的精確調(diào)整，可精確調(diào)整樁的垂直度。

4.2 液壓系統(tǒng)

每個(gè)導(dǎo)向架調(diào)整層有24個(gè)液壓油缸（其中16個(gè)夾樁器夾樁油缸、8個(gè)滑移油缸），上、下兩個(gè)層導(dǎo)向裝置，有48個(gè)液壓油缸（其中32個(gè)夾樁器油缸、16個(gè)滑移油缸）。四個(gè)導(dǎo)管下部用于固定導(dǎo)管與樁的油缸2個(gè)×4=8個(gè)，共有56個(gè)油缸。此外，導(dǎo)管架調(diào)平系統(tǒng)在每根導(dǎo)管頂部設(shè)置一臺(tái)液壓千斤頂，共四臺(tái)。液壓系統(tǒng)將上、下兩層分成兩個(gè)系統(tǒng)，在導(dǎo)向架頂部設(shè)置兩臺(tái)型號(hào)相同可相互替代的液壓動(dòng)力站及油缸控制臺(tái)。

4.3 GPS定位系統(tǒng)

GPS定位天線設(shè)置在上層導(dǎo)向裝置的軸線上（此軸線與大橋縱向軸線重合），數(shù)量為兩個(gè)，固定處為上滑塊兩端。當(dāng)滑移油缸推動(dòng)上滑塊微調(diào)時(shí)，天線達(dá)到預(yù)定位置，且大橋設(shè)計(jì)軸線與天線兩點(diǎn)連線垂直并經(jīng)過其中點(diǎn)時(shí)，則精確定位成功。

5 導(dǎo)向定位架詳細(xì)工作過程