地下室钢柱逆作法施工中的垂直度控制

朱伟新

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 工程概况

南京德基广场二期工程，位于江苏省南京市新街口闹市中心，塔楼48层、裙房9层、地下室4层，用地面积约21 450 m2，总建筑面积140 000 m2。其中裙房地下室采用逆作法施工，一柱一桩（图1），共154根钢管柱，钢管柱插入灌注桩4 m，钢管柱外径700～1 100 mm不等，伸入钻孔灌注桩段设置φ19 mm×80 mm栓钉，钢管柱长度最短26.70 m，最长29.15 m，逆作法钢柱垂直度设计允许偏差l/500（图1）。

2 逆作法施工钢柱垂直度控制关键技术

逆作法安装地下钢柱，在钻孔灌注桩钢筋笼放下，浇注混凝土前进行。钢柱顶部固定，下方长约25 m钢柱呈倒挂状，钢柱露出地面约1 m，在安装钢柱时，仅靠露出地面的一段钢柱观测到整根钢柱的垂直度达不到设计要求的精度，在浇注钻孔灌注桩和钢管柱内混凝土时，钢柱垂直度很容易发生变化，以致超出设计要求，因此在逆作法钢柱安装及浇灌混凝土时，必须要有仪器对钢柱垂直度进行同步测量和及时纠偏[1-3]。

2.1 逆作法钢柱安装

2.1.1 设置承台

在钢柱安装前，必须浇设混凝土承台（图2），混凝土承台大小为3.5 m×3.5 m，厚度不小于250 mm，按钢筋混凝土梁板需要的最小配筋率配置构造钢筋，承台的混凝土强度等级需达到C30，钢柱安装前承台必须达到强度要求，承台必须平整坚实，平整度不大于1/500。平台须嵌入自然地面内，平台面标高不得高于－0.4 m。

图2 钢管柱安装承台示意

2.1.2 安装钢柱固定支架

待钻孔灌注桩成孔安装钢筋笼后，在洞口安装调直支架（图3），支架高约2 m，用于悬挂钢柱，支架定位必须准确，并用膨胀螺栓与混凝土平台固定牢固，钢柱顶端增架1段长1.5 m的接长段，以增加钢柱端部固定的锚固长度。

图3 钢柱吊装支架示意

2.1.3 钢管柱吊装垂直度控制

钢管柱根部进入洞口前，将钢管稳定住，在柱顶相互垂直的2个面上，安装单轴倾角传感器，然后用经纬仪观测钢管的垂直度。在经纬仪确认钢管柱垂直后，通过控制器将倾角传感器归零，此时在调垂仪的显示屏上显示的钢柱2个方向的垂直度偏差都为“±0.000”，在仪器归零时钢管柱不能有晃动。

钢柱插入孔中，柱顶标高、位移调整完毕后，进行垂直度校正。在安装阶段的垂直度校正，可打开调垂仪，读取x、y方向垂直度偏差，并启动液压千斤顶进行调整。

在灌注桩浇灌混凝土时，钢柱上部锚固端短，支架无法完全固定钢柱使其在浇灌混凝土时下部不发生移动。垂直度控制系统可以通过倾角传感器，将钢柱垂直度即时信息传给计算机，由计算机发指令给液压千斤顶（油泵），千斤顶根据指令横向顶升钢柱，使钢柱垂直度达到要求，这样调垂系统能在浇灌混凝土的动态过程中随时对垂直度接近临界状态的钢柱进行调整（图4）。

图4 逆作法钢柱垂直度控制示意

2.2 调垂系统原理

整个调垂系统由1台液压泵控制4个液压油缸，每2个油缸带有1个比例阀，可以实现伸出、缩回动作的切换。选择液压泵主要依据系统内4个顶升缸的规格、需要的顶升速度，并充分考虑液压泵的流量对控制精度的影响。整个系统只选用1台泵，可以提高系统的可靠性、简化操作、提高效率。控制系统在泵站上设有1个主控制器，操作箱通过有线传输与主控制器连接，实现对整个系统的集中控制、数据采集以及各种故障的报警。操作箱上的触摸屏可通过总线与主控制器通信，实时传递各种参数、指令信号，同时可以输出、保存所需数据。在自动控制状态下、一般主画面显示各主要参数，如压力、时间以及报警数据，这些数据由安装在各个点的传感器采集并通过网络传输。同时在手动操作状态下，各子画面可显示详细数据，同时配合按钮、手柄操作控制设备、设置各种参数。电子控制系统是实现垂直度调节的关键。我们提供的控制系统是基于闭环控制系统理论，将钢立柱上安装的各倾角传感器所采集的倾角信号作为受控参数，各液压千斤顶受力腔内产生的压强信号作为参考量。通过传感器采集这些信号，并将其传输至控制器。控制器接受并处理这些信号，通过控制各比例阀实现各油缸的进退动作，从而实现垂直度的调节。当系统调整过程中的误差无法被修正时，系统发出错误报警指令，停止各执行油缸的动作。直到该错误被修复，并得到操作者重新工作的指令，系统才恢复工作。

在使用调垂系统进行逆作法钢柱垂直度校正时，需做好以下工作：

1）按照设备安装要求安装完成后，确认系统连接的完整性和各点对应关系的正确性。

2）单轴倾角传感器和油缸（千斤顶）位置的放置精度直接影响到系统的调整精度，传感器的倾角方向与油缸方向一致，并注意安放位置的精度。

3）按要求设置各种参数（传感器归零、油缸的最大顶升力等）。

4）油缸进入保压状态，并可在屏幕上实时监控倾斜度情况。

5）系统自动将所选定的钢立柱垂直度调整至要求范围，如有特殊情况造成系统报警时需由工作人员确认报警原因及相应处理措施。

3 结语

钢柱调整到位后可进行灌注桩和钢柱内的混凝土浇捣，浇捣过程中调垂仪对钢柱垂直度进行监控，如发现钢柱垂直度超过1/600或接近临界状态，应用调垂仪进行调整，使其在允许范围之内。根据本工程实施情况，在混凝土浇灌过程中采用调垂仪进行垂直度校正时，只能在混凝土进入钢管前进行，一旦混凝土进入钢管，调垂仪千斤顶无法校正钢柱，只能监测钢管柱垂直度变化，并指导投放石子方向（在一桩一柱施工中，为使钢管内混凝土与钢管外泥浆压力差保持平衡，需用石子填充钢管与孔壁之间的空隙），以减少垂直度误差和控制误差扩大，该地下钢柱逆作法垂直度控制技术，可为同类工程施工作参考。