樁柱一體電測法測量校正設備的研發與應用

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海合生國際廣場項目地塊西臨黃興路，北臨中環線翔殷路，總建筑面積366 224 m2。由地上1 棟33 層超高層5A甲級寫字樓和1 棟23 層五星級凱悅酒店組成，并通過4～8層的商業裙房橫向聯合在一起。地下為4 層，主要由大型地下商業、地下車庫及一些相關的設備用房組成。

2 設備研制過程

2.1 研究方向及技術路線

對以往的施工工藝進行剖析，結合一柱一樁的設計要求，自行研制開發立柱樁固定校正裝置；立柱垂直度檢測采用樁內柱體直接測量裝置。實施這一研究的主要技術途徑包括平面校正鋼架及樁內柱體直接測量校正裝置的研制和立柱樁的相關施工質量的研究。

2.2 樁柱一體平面校正鋼架的研制

平面校正鋼架包括定位架、樁帽、油缸等組成。定位架與硬地坪通過螺栓連接，定位架的高度為70～80 cm；樁帽與定位架之間有4 個水平油缸，調節水平位移；校正架外側設置8 個千斤位置，分別校正8 個方向的垂直位移。吊放在樁孔內的鋼立柱的頂端用緊固螺栓與樁帽固定，定位架上有索具直接固定鋼立柱，在鋼立柱內有測量校正裝置。

2.3 測量校正裝置的研制

一柱一樁測量校正裝置是由1 根封閉的較長圓管、金屬棒、導電塊、燈泡等組成。在一底部封閉的圓管內，自上而下在圓管的上部用螺桿掛一與電源相接的導線，螺桿位于螺母內，導線的底端掛金屬棒，金屬棒的周邊分布有若干個互不相連的導電塊，每塊導電塊通過連接線分別 與1 個發光燈泡連接，發光燈泡再連接電源。金屬棒的周邊互不相連的導電塊有8 塊。金屬棒與8 塊導電塊及與導電塊相連的發光燈泡組成一個8 路的并聯電路。

施工時金屬棒和導電塊均由銅制成，導線用鋼絲繩，在地面將圓管的中心線平行于鋼立柱柱內中心線并固定，保證圓管與鋼立柱呈平行狀態，即圓管的垂直度與鋼立柱的垂直度相同。將鋼立柱與圓管一同下放到樁孔中，上部擱置固定。由于重力作用，圓管內有鋼絲繩懸掛著銅棒以及重墜（為了保證垂直，在銅棒下再掛上一鉛鑄的重墜）應保持豎向垂直的狀態。而圓管與鋼立柱是平行的，當鋼立柱發生傾斜時，銅棒及重墜仍保持豎向垂直，則銅棒會與分布在四周的銅塊相碰。此時接通電源，鋼絲繩、銅棒、與銅棒相碰的銅塊、與銅塊相連的發光燈泡則形成通路，燈泡就會發光。燈泡通過導線連接到地面上，便于操作人員觀察，也同時可判斷出鋼立柱向燈泡對應的銅塊那側發生了偏斜。由此可進行糾偏校正工作。此外，為了減少施工時銅棒的晃動，可以在圓管底部灌上機油，增加銅棒晃動時的阻尼。

由此，預先通過螺桿的轉動來界定垂直度目標，再通過觀察燈泡發光與否判定鋼立柱傾斜方向來進行校正，就可達到相應垂直度控制要求，如圖1所示。

3 設備工作原理[1-3]

測量校正裝置的工作原理是圓管內的金屬棒通過掛有重墜的鋼絲繩，在重力作用下而垂直于地面。當圓管傾斜一定角度時，金屬棒將與其周邊的某1 塊或2 塊弧形導電塊相接觸，電路接通，此時與弧形導電塊相對應連接的燈泡發亮；反之則燈泡不亮。本測量裝置是直接測量物體本身，反映物體的垂直度及傾斜方向，無需通過換算或其他間接的方法即可得到相應數據，而且垂直度的精度可以通過螺桿的轉動來實現。

圖1 測量校正裝置結構示意

立柱垂直度調整如圖2 所示，垂直度校正裝置通過滑輪和頂桿緊靠立柱內壁，上下兩端皆有固定，確保其與立柱平行，校正裝置的垂直度即立柱的垂直度，測定出校正裝置的垂直度，就可以反映出立柱的垂直度，鋼管柱或格構柱通過立柱固定裝置固定在校正平臺，如果根據校正裝置測量出立柱的垂直度不滿足設計要求，即可通過調整校正平臺來校正立柱的垂直度達到設計要求。

圖2 立柱垂直度調整示意

4 現場試驗研究

4.1 試驗工程

選取本工程的一柱一樁樁體采用Φ800 mm鉆孔灌注樁，樁身混凝土設計強度為水下C35。立柱分為兩大類：格構柱截面尺寸550 mm×550 mm，角鋼規格為200 mm×20 mm，綴板尺寸510 mm×300 mm×16 mm間距700 mm，材質均為Q345B，數量82 根；鋼管柱截面為Φ550 mm×20 mm，鋼材采用Q345B，鋼管內灌注自密實微膨脹混凝土（強度等級C60），立柱長度范圍內樁孔孔徑Φ950 mm，數量802 根；合計一柱一樁數量達884 根。

4.2 方案要求

4.2.1 成孔垂直度要求

成孔垂直度是立柱垂直度得以實現的重要保障，項目實施過程中嚴格控制成孔質量，將成孔垂直度由設計要求的1/200提高到1/300。

4.2.2 立柱垂直度及定位控制要求

設計要求立柱垂直度達到1/500且定位偏差小于10 mm， 這對施工的各道工序都提出了高標準嚴要求。首先，提高鋼立柱的加工精度；同時，控制搬運過程中產品的保護；其次，在定位、安裝過程中做到精心施工；最后，混凝土的澆灌過程也必須嚴格控制其灌注速度和導管埋深，確保混凝土緩慢進入立柱底端，保證一柱一樁的施工質量。

4.3 施工檢驗

通過校正裝置頂部與底部與鋼管或鋼立柱固定，確保測量校正裝置與鋼管平行，從而準確的測量出鋼管的垂直度，通過有效的調節達到設計要求的垂直度。為了校驗自行研發的樁柱一體電測法測量校正裝置的可靠性，在試驗階段一柱一樁的立柱內安裝測量校正裝置，同時在其外側安裝測斜管，將測量校正裝置的測量結果與測斜管檢測數據相比對，由此復核測量校正裝置的精度和可靠性。通過一系列的試驗數據，得出研發的樁柱一體電測法測量校正裝置是可行的和可靠的，能滿足本項目的施工精度要求。

測量校正裝置安裝完成后，按照該設備的工作原理，保證圓管內的金屬棒垂直于地面，時刻關注弧形導電塊相對應連接的燈泡是否發亮，如果發亮，則測定出校正裝置的垂直度偏差位置，并通過校正平臺調整，直到燈泡全部熄滅，以達到設計要求。與此同時通過外側測斜管檢測其垂直度，記錄好相應的數據進行比對。

從檢測結果可以看出，現場測量校正裝置的測量結果與測斜管檢測數據相對比，得出研發的樁柱一體電測法測量校正裝置是可行的和可靠的，能滿足項目的施工要求。

5 結語

由于本裝置在本項目中發揮了其技術先進性，使得884 根一柱一樁的施工精度基本達到了設計要求，也使本項目由此進展順利。此施工技術屬于我公司自行研發，此研究的施工工藝方便、高效、經濟、利用率高，運用此施工工藝的工程質量明顯優于以往常規施工工藝，經濟效益顯著，在今后有著廣闊的推廣和發展前景。