提高立柱樁垂直度的措施研究

王東旭 范經華 方 慶

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 提高立柱樁垂直度的重要性

目前城市建設處于高速發展階段，為了縮短工程施工工期，減小對周邊環境的影響，許多建筑物都采用逆作法施工。在我國，逆作法技術始于20世紀90年代初，經過20余年的發展，已逐漸形成區別于傳統順作工藝的獨立體系[1]。其中，豎向支承柱調垂技術作為逆作工藝中的一項核心技術，直接影響到逆作豎向支承體系的承載能力及穩定性，從而制約著逆作工藝的發展。換言之，豎向支承柱調垂技術的每一次突破，也必然引領著逆作技術的整體發展。

立柱樁在逆作法施工中應用較為廣泛，也是整個逆作法施工一個重要的組成部分。立柱樁施工首先在平整后的場地上鉆孔，然后在孔的底部放下鋼筋籠（澆灌混凝土后成為樁），隨后在鋼筋籠的上部內插鋼管（澆灌混凝土后成為柱），待測量定位后進行整體灌注混凝土。作為基坑支撐體系中的承重結構，立柱樁甚至有時也作為地上建筑的承重結構。

為達到一定的承載力，立柱樁的鋼立柱插入鉆孔灌注樁后，其垂直度必須滿足設計的要求。如果上部鋼管樁垂直度達不到設計要求，待下道工序挖土時，挖出鋼管的底部偏移就會越來越大，最終只能重新施工混凝土柱（圖1）。這不僅會產生額外費用，影響工程進度，也存在一定的工程質量隱患，造成了巨大的經濟損失。因此，研究提高鋼管的垂直度是非常必要的。

圖1 垂直度不符合要求的樁

2 工程概況

虹楊500 kV地下變電站設計埋深25.0 m，總建筑面積28 146.0 m2，采用逆作法施工。本工程主體工程樁均采用泥漿護壁鉆孔灌注樁，立柱樁共有152根。其中立柱樁樁徑1.0 m，樁長56.1 m，鋼管規格φ550 mm×16 mm，單根管長度24.345 m，垂直度要求為1/500。

3 現狀調查

我們對近一年本公司開工的6個在建同類工程的鋼立柱施工工地進行調查，統計鋼立柱的數量、調垂方法，以及調垂結果，統計分析結果如表1所示。

表1 在建同類工程鋼立柱情況調查結果匯總

其中，5#工地垂直度要求1/500，合格率達到80%，比較接近本次課題研究的目標。該工地鋼立柱垂直度控制采用的是調垂盤配合經緯儀的方法，具體方法如下：

鋼管采用履帶吊整體吊放，使鋼管在下放過程中始終處于自由垂直狀態，達到初始調垂的效果，同時在兩條軸線上分別架設經緯儀跟蹤立柱垂直度和中心位置，發現偏差，通過水平方向和垂直方向千斤頂及時調整。

這種方法優點是所需器材簡單，操作方便，容易掌握，但格構柱下端處于懸空狀態，在混凝土澆筑的過程中，經常發生由于混凝土的擠壓使得鋼立柱下端發生偏移，導致校正完的鋼立柱的垂直度無法達到設計要求，調垂精度只能使80%的立柱樁垂直度控制在1/500，因此這種方法需要改進。

4 主要因素分析及改進措施研究

4.1 分析主要影響因素

我們對現場鋼立柱施工調垂精度差進行分析，采用頭腦風暴法，邀請一些施工現場的專家，分析影響鋼管垂直度的主要因素，并進行整理得到8個末端原因。

對這8個末端原因，我們逐個進行了分析，通過運用現場調查、測量、測試、試驗等方法找出主要影響因素。

4.1.1 施工前交底不到位

立柱樁施工前是否進行技術交底，交底內容是否詳細具體，現場管理是否落實到位，所有參與現場施工人員是否理解施工的重點。為此我們通過現場調查，統計一周現場鋼立柱施工班前技術交底情況，現場監督情況表明，每天施工前均進行施工交底并有交底記錄，班前交底符合標準要求，為非要因。

4.1.2 鋼管加工質量差

鋼管進場時，現場檢測鋼管尺寸偏差，152根鋼管分5次運輸進場，每次進場時均對每根鋼管進行檢測。結果顯示，152根鋼管加工尺寸偏差都在允許范圍內，鋼管加工質量為非要因。

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4.1.3 現場材料管理差

鋼管在吊放前，對鋼管表觀質量進行全數檢查，觀察其表面有沒有發生碰撞，翹曲變形過大，并做好記錄（圖2）。結果顯示，152根鋼管在吊車放下去前，表觀質量全部符合設計要求，現場管理符合要求，為非要因。

圖2 鋼管現場堆放

4.1.4 調垂盤調垂精度差

經過調查和現場試驗，對10個鋼柱調垂，用水平和垂直2個方向上的千斤頂同時調節鋼管的垂直度，經緯儀觀測微調效果差，需要多人反復操作，平均時長60 min。通過使用本公司發明專利“一柱一樁測量校正裝置”改進后，5 min內糾偏完畢。根據試驗和調查結果，調垂盤調垂精度不滿足標準要求，且測量方法有待改進，為要因。

4.1.5 測量儀器不合格

通過邀請公司測量科室專家，對項目部使用的經緯儀進行校核，給出專業意見，公司也派1名業務能力過硬的測量員到項目部負責鋼立柱施工。本次工程采用DJ2經緯儀，根據專家的評價結果可以提供精確的偏差數據。經緯儀在校準期內，精度符合要求。測量儀器為非要因。

4.1.6 夜間施工視線差

4.1.7 地質條件差

通過現場調查，全程跟蹤記錄立柱樁在施工時的坍孔情況。經過統計，現場152根樁，發生過5次坍孔，經過重新掃孔，5根樁都能順利下鋼筋籠和鋼管并順利調垂。地質條件差時，在施工過程中可能會發生坍孔，但經過重新掃孔，吊放鋼管調垂并不受影響，為非要因。

4.1.8 缺少復核程序

經過現場調查和資料研究，發現在地下連續墻施工挖槽結束時，會利用超聲波檢測其挖槽深度、寬度及其垂直度。樁基礎成孔結束也會使用測徑儀檢測孔深、孔徑，當所有參數都符合要求時，才能進行下一步施工[2]。但在實際施工時，現場施工人員和管理人員沒有考慮到復核，調垂方法不滿足標準要求，為要因。

4.2 主要原因分析結論

通過現場調查、現場測量、現場試驗、計算等方法，確定調垂盤調垂精度差和缺少復核程序是影響鋼管垂直度調垂的主要原因。

4.3 制訂改進措施

根據確認的要因，針對調垂盤調垂精度差和缺少復核程序的問題，提出采用本公司具有發明專利的“一柱一樁測量校正裝置”來替代原有調垂方式，同時引入調垂后的復核程序來提高立柱的垂直度。

4.3.1 改進調垂盤

為解決目前一柱一樁校正施工過程中需用較高的校正架、鋼立柱垂直度校正效果差，且鋼立柱下端不固定導致垂直度無法達到設計要求的問題，采用公司發明專利“一柱一樁測量校正裝置”“樁內柱體直接測量方法”和“一種用于建筑施工中的柱樁底端固定裝置”進行施工。

4.3.2 科學引入復核工具

引入UDM100Q（圖3），利用超聲探測原理，將超聲波傳感器浸入鉆孔中的泥漿里，可以很方便地對鉆孔周圍的4個方向同時進行孔壁狀態監測，并直觀地觀測連續墻槽寬、鉆孔孔徑、垂直度、孔壁坍塌狀況等，然后根據控制器讀出偏差數值，得到垂直度，當垂直度符合要求后，調垂結束。

圖3 UDM100Q現場檢測鋼管垂直度偏差

5 結語

豎向支承柱作為逆作體系中的核心構件，在施工中，豎向支承樁柱的垂直精度要求是確保逆作工程質量、安全的核心要素，決定著逆作技術的深度與高度。而與之相對應的豎向支承柱調垂設備及糾偏技術的不斷發展，亦是逆作技術不斷進步、成熟、發展的縮影。

經過此次課題研究，我們取得了較大的成果，實踐結果表明，我們使用的電控校正調垂方法，并且利用超聲波儀器進行復核，成功地把每根樁的垂直度都控制在1/500以內，不僅帶來了極大的經濟效益，而且受到了監理和業主的一致好評，也為其他類似工程提供了很好的借鑒。