基于激光定位的逆作法預埋立柱間接法調(diào)垂工藝及設(shè)備

胡玉銀 顧國明 陸 云 吳一帆 李子旭

1. 上海市建工設(shè)計研究院有限公司 上海 200050；2. 上海建工集團工程研究總院 上海 201114

0 前言

在地下結(jié)構(gòu)逆作法施工中，臨時支承立柱與永久結(jié)構(gòu)立柱往往合而為一，即基坑工程施工階段采用鋼管柱或鋼格構(gòu)柱作為臨時支承立柱，待基坑工程完成以后再在其外包鋼筋混凝土，成為永久結(jié)構(gòu)立柱。這對臨時支承立柱的施工質(zhì)量提出非常高的要求，規(guī)范規(guī)定結(jié)構(gòu)立柱軸線偏差應當控制在±5 mm以內(nèi)，垂直度控制在1/500 以內(nèi)。當臨時支承立柱的平面位置和垂直度超過設(shè)計要求時，就會給后續(xù)施工增加困難，嚴重時還會給地下工程使用功能帶來不利影響。因此預埋立柱調(diào)垂工藝屬于地下結(jié)構(gòu)逆作法的關(guān)鍵技術(shù)，工程技術(shù)人員給予了高度關(guān)注，不斷探索可靠、高效、經(jīng)濟的新工藝[1-4]。

我國地下結(jié)構(gòu)逆作法鋼立柱傳統(tǒng)調(diào)垂工藝大同小異，都是利用調(diào)垂裝置直接調(diào)節(jié)鋼立柱的垂直度，即直接調(diào)垂工藝（以下簡稱直接法）。根據(jù)調(diào)垂裝置安裝位置分為地下和地上2種，如圖1所示。

由于調(diào)垂裝置安裝在地下深處，因此地下調(diào)垂工藝存在調(diào)垂裝置安裝與拆除困難的缺陷。而為了產(chǎn)生足夠的調(diào)垂力矩，地上調(diào)垂工藝的調(diào)節(jié)裝置安裝位置比較高，給鉆孔灌注樁混凝土澆搗帶來了困難，增加了成本。本文在系統(tǒng)總結(jié)直接法調(diào)垂工藝特點的基礎(chǔ)上，提出了間接法調(diào)垂工藝，并研制了基于激光定位的逆作法預埋立柱全自動調(diào)垂設(shè)備。

圖1 鋼立柱垂直度直接法調(diào)垂工藝原理

1 間接法調(diào)垂工藝原理

針對傳統(tǒng)鋼立柱直接法調(diào)垂工藝存在的不足，提出了逆作法鋼立柱間接法調(diào)垂工藝，其工藝原理為：把調(diào)垂平臺與鋼立柱固結(jié)為一體，然后依托地面，以液壓為動力，在計算機自動控制下通過調(diào)節(jié)調(diào)垂平臺垂直度，達到調(diào)節(jié)鋼立柱垂直度的目的，如圖2所示。

逆作法鋼立柱間接法調(diào)垂工藝流程如下：

（a）設(shè)備安裝：安裝限位裝置和調(diào)垂平臺；

（b）鋼立柱安裝：按設(shè)計位置安裝、定位鋼立柱，并將其與調(diào)垂平臺固結(jié)為一體；

（c）調(diào)垂系統(tǒng)組裝與調(diào)試：將鋼立柱垂直度測斜儀、液壓動力系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)連為一體，系統(tǒng)調(diào)試完成后設(shè)定調(diào)垂參數(shù)；

圖2 鋼立柱垂直度間接法調(diào)垂工藝原理

（d）鋼立柱調(diào)垂：在控制系統(tǒng)作用下，以地面為依托，液壓為動力，自動調(diào)節(jié)鋼立柱垂直度，直至滿足施工質(zhì)量要求。

（e）拆除調(diào)垂設(shè)備：待混凝土終凝，鋼立柱位置固定以后，拆除調(diào)垂平臺及限位裝置。

逆作法鋼立柱間接法調(diào)垂工藝將調(diào)垂平臺與鋼立柱固結(jié)為一體，變傳統(tǒng)直接調(diào)節(jié)鋼立柱垂直度為通過調(diào)垂平臺間接調(diào)節(jié)鋼立柱垂直度，所有作業(yè)都在地面附近進行，將高空或地下作業(yè)轉(zhuǎn)化為地面作業(yè)，具有工藝簡單、設(shè)備簡易和操作簡便的優(yōu)點，調(diào)垂工效大大提高。2010年該創(chuàng)新工藝獲得國家發(fā)明專利授權(quán)（授權(quán)號為：ZL200610024023.1）。

2 全自動調(diào)垂設(shè)備[5-8]

逆作法鋼立柱全自動調(diào)垂設(shè)備如圖3所示，主要由以下5 部分組成：垂直度實時檢測系統(tǒng)、液壓動力系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、伸縮同步千斤頂、定位及調(diào)垂機構(gòu)。

圖3 逆作法鋼立柱全自動調(diào)垂設(shè)備

逆作法鋼立柱全自動調(diào)垂設(shè)備工作原理為：利用實時測量與監(jiān)控系統(tǒng)，檢測出鋼立柱X軸和Y軸兩個方向的垂直度，然后傳輸給自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)經(jīng)過與設(shè)計和施工要求比較后，發(fā)出控制指令，控制液壓泵站及同步千斤頂?shù)纳炜s，用以調(diào)整鋼立柱的姿態(tài)，即調(diào)整鋼立柱的偏斜狀態(tài)，直至鋼立柱滿足設(shè)計、施工對鋼立柱垂直度的要求。

3 工程應用

課題組歷經(jīng)6年，先后通過了工藝研究、系統(tǒng)設(shè)計、樣機試制、工程試驗、工程示范和工程應用等階段。研制的基于激光定位的鋼立柱全自動調(diào)垂工藝與系統(tǒng)，自2010年成功通過上海陸家嘴塘東總部基地應用以來，先后在上海外灘公共服務(wù)中心、月星環(huán)球廣場、銅山街、丁香路788 號，武漢永清以及南京華新城等10 多個工程中推廣應用，產(chǎn)生了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

工程實踐表明，基于激光定位的逆作法鋼立柱間接法調(diào)垂工藝與全自動調(diào)垂設(shè)備具有工藝簡單、設(shè)備簡易和操作簡便的優(yōu)點，其主要性能指標如下：

（a）調(diào)垂精度高。最高精度可達1/2 000，通常能確保1/800的測量精度，較常規(guī)工藝的調(diào)垂精度1/200～1/300有顯著提高；

（b）調(diào)垂效率高。實現(xiàn)了鋼立柱垂直度測量和調(diào)整全自動，一根鋼立柱垂直度調(diào)整時間由傳統(tǒng)的3～4 h縮短為10 min左右，效率提高90%以上；

（c）環(huán)境友好。本文所述的調(diào)垂設(shè)備小巧，混凝土澆搗方便，取消了常規(guī)調(diào)垂測量用的測斜管，避免了測斜管的PVC塑料對環(huán)境的污染，同時也節(jié)省了材料，保護了環(huán)境，降低了成本。

圖4 全自動調(diào)垂設(shè)備工程應用實景