地下室鋼柱逆作法施工中的垂直度控制

朱偉新

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

南京德基廣場二期工程，位于江蘇省南京市新街口鬧市中心，塔樓48層、裙房9層、地下室4層，用地面積約21 450 m2，總建筑面積140 000 m2。其中裙房地下室采用逆作法施工，一柱一樁（圖1），共154根鋼管柱，鋼管柱插入灌注樁4 m，鋼管柱外徑700～1 100 mm不等，伸入鉆孔灌注樁段設置φ19 mm×80 mm栓釘，鋼管柱長度最短26.70 m，最長29.15 m，逆作法鋼柱垂直度設計允許偏差l/500（圖1）。

2 逆作法施工鋼柱垂直度控制關鍵技術

逆作法安裝地下鋼柱，在鉆孔灌注樁鋼筋籠放下，澆注混凝土前進行。鋼柱頂部固定，下方長約25 m鋼柱呈倒掛狀，鋼柱露出地面約1 m，在安裝鋼柱時，僅靠露出地面的一段鋼柱觀測到整根鋼柱的垂直度達不到設計要求的精度，在澆注鉆孔灌注樁和鋼管柱內混凝土時，鋼柱垂直度很容易發生變化，以致超出設計要求，因此在逆作法鋼柱安裝及澆灌混凝土時，必須要有儀器對鋼柱垂直度進行同步測量和及時糾偏[1-3]。

2.1 逆作法鋼柱安裝

2.1.1 設置承臺

在鋼柱安裝前，必須澆設混凝土承臺（圖2），混凝土承臺大小為3.5 m×3.5 m，厚度不小于250 mm，按鋼筋混凝土梁板需要的最小配筋率配置構造鋼筋，承臺的混凝土強度等級需達到C30，鋼柱安裝前承臺必須達到強度要求，承臺必須平整堅實，平整度不大于1/500。平臺須嵌入自然地面內，平臺面標高不得高于－0.4 m。

圖2 鋼管柱安裝承臺示意

2.1.2 安裝鋼柱固定支架

待鉆孔灌注樁成孔安裝鋼筋籠后，在洞口安裝調直支架（圖3），支架高約2 m，用于懸掛鋼柱，支架定位必須準確，并用膨脹螺栓與混凝土平臺固定牢固，鋼柱頂端增架1段長1.5 m的接長段，以增加鋼柱端部固定的錨固長度。

圖3 鋼柱吊裝支架示意

2.1.3 鋼管柱吊裝垂直度控制

鋼管柱根部進入洞口前，將鋼管穩定住，在柱頂相互垂直的2個面上，安裝單軸傾角傳感器，然后用經緯儀觀測鋼管的垂直度。在經緯儀確認鋼管柱垂直后，通過控制器將傾角傳感器歸零，此時在調垂儀的顯示屏上顯示的鋼柱2個方向的垂直度偏差都為“±0.000”，在儀器歸零時鋼管柱不能有晃動。

鋼柱插入孔中，柱頂標高、位移調整完畢后，進行垂直度校正。在安裝階段的垂直度校正，可打開調垂儀，讀取x、y方向垂直度偏差，并啟動液壓千斤頂進行調整。

在灌注樁澆灌混凝土時，鋼柱上部錨固端短，支架無法完全固定鋼柱使其在澆灌混凝土時下部不發生移動。垂直度控制系統可以通過傾角傳感器，將鋼柱垂直度即時信息傳給計算機，由計算機發指令給液壓千斤頂（油泵），千斤頂根據指令橫向頂升鋼柱，使鋼柱垂直度達到要求，這樣調垂系統能在澆灌混凝土的動態過程中隨時對垂直度接近臨界狀態的鋼柱進行調整（圖4）。

圖4 逆作法鋼柱垂直度控制示意

2.2 調垂系統原理

整個調垂系統由1臺液壓泵控制4個液壓油缸，每2個油缸帶有1個比例閥，可以實現伸出、縮回動作的切換。選擇液壓泵主要依據系統內4個頂升缸的規格、需要的頂升速度，并充分考慮液壓泵的流量對控制精度的影響。整個系統只選用1臺泵，可以提高系統的可靠性、簡化操作、提高效率。控制系統在泵站上設有1個主控制器，操作箱通過有線傳輸與主控制器連接，實現對整個系統的集中控制、數據采集以及各種故障的報警。操作箱上的觸摸屏可通過總線與主控制器通信，實時傳遞各種參數、指令信號，同時可以輸出、保存所需數據。在自動控制狀態下、一般主畫面顯示各主要參數，如壓力、時間以及報警數據，這些數據由安裝在各個點的傳感器采集并通過網絡傳輸。同時在手動操作狀態下，各子畫面可顯示詳細數據，同時配合按鈕、手柄操作控制設備、設置各種參數。電子控制系統是實現垂直度調節的關鍵。我們提供的控制系統是基于閉環控制系統理論，將鋼立柱上安裝的各傾角傳感器所采集的傾角信號作為受控參數，各液壓千斤頂受力腔內產生的壓強信號作為參考量。通過傳感器采集這些信號，并將其傳輸至控制器。控制器接受并處理這些信號，通過控制各比例閥實現各油缸的進退動作，從而實現垂直度的調節。當系統調整過程中的誤差無法被修正時，系統發出錯誤報警指令，停止各執行油缸的動作。直到該錯誤被修復，并得到操作者重新工作的指令，系統才恢復工作。

在使用調垂系統進行逆作法鋼柱垂直度校正時，需做好以下工作：

1）按照設備安裝要求安裝完成后，確認系統連接的完整性和各點對應關系的正確性。

2）單軸傾角傳感器和油缸（千斤頂）位置的放置精度直接影響到系統的調整精度，傳感器的傾角方向與油缸方向一致，并注意安放位置的精度。

3）按要求設置各種參數（傳感器歸零、油缸的最大頂升力等）。

4）油缸進入保壓狀態，并可在屏幕上實時監控傾斜度情況。

5）系統自動將所選定的鋼立柱垂直度調整至要求范圍，如有特殊情況造成系統報警時需由工作人員確認報警原因及相應處理措施。

3 結語

鋼柱調整到位后可進行灌注樁和鋼柱內的混凝土澆搗，澆搗過程中調垂儀對鋼柱垂直度進行監控，如發現鋼柱垂直度超過1/600或接近臨界狀態，應用調垂儀進行調整，使其在允許范圍之內。根據本工程實施情況，在混凝土澆灌過程中采用調垂儀進行垂直度校正時，只能在混凝土進入鋼管前進行，一旦混凝土進入鋼管，調垂儀千斤頂無法校正鋼柱，只能監測鋼管柱垂直度變化，并指導投放石子方向（在一樁一柱施工中，為使鋼管內混凝土與鋼管外泥漿壓力差保持平衡，需用石子填充鋼管與孔壁之間的空隙），以減少垂直度誤差和控制誤差擴大，該地下鋼柱逆作法垂直度控制技術，可為同類工程施工作參考。