一體化施工中鋼立柱高精度調垂定位技術研究

孫春娥 李曉璐 孟麗娟

中建二局第二建筑工程有限公司 江蘇 南京 210000

1 工程概況

本工程三層地下室采用一體化(半逆做法)形式施工，相對傳統施工工藝而言，針對本工程一體化逆做法主要是采取排樁(鋼筋混凝土灌注樁排樁作為外維護結構)+3層地下室梁、板、柱作為一體化內撐(支撐結構空間)，進行內部結構施工。

逆做法中的鋼立柱主要采用Q345B直徑為550-700 mm的卷制焊接鋼管及Q390B十字形型鋼柱作為豎向支撐結構構件，鋼管混凝土立柱內填C60的水下混凝土，在結構受力較大的辦公樓、酒店塔樓地下室要求順做外包鋼筋混凝土形成疊合柱以外，在地下室的其它區域兼做地下室框架柱，外包防護層。其中最大單根型鋼立柱長約22.4 m，重約86.3噸。

本工程鋼立柱測垂及定位方式采用激光紅外線儀實時測量+固定架調垂法進行鋼立柱的調垂及水平監控施工。

2 施工方法

半全自動化激光測量設備主要由激光紅外測量設備、調垂段、型鋼調垂架三部分組成。其中激光紅外線測量設備主要用于立柱的定位及垂直度的實施監控，為立柱樁調垂的主要控制方式，調垂段是鋼立柱的工具段主要用于鋼立柱插入灌注樁后地面的調垂及水平調整的輔助措施，型鋼調垂架分為上下兩層，高度為3.2 m，主要是在自動調垂儀器實施數據反饋后。通過上下兩層各四個方向千斤頂通過人工干預方式對鋼立柱的垂直度、水平位移進行調整的主要措施。

2.1 激光測量設備的工作原理 實時監測系統是將激光的原理+傾斜儀的原理+GPS有機結合起來的一種內部帶有微型激光發射器的高精度儀器，通過激光發射器發出的光束找出傾斜儀在鋼管柱上的安裝面，在鋼管柱豎起后即可利用傾斜儀的輸出實時監測鋼管柱的傾斜狀態，通過程序設計，傾斜儀可以直接與電腦連接或配套的顯示儀表連接，直觀的反映出被測物的垂直度，傾斜角度和偏移尺寸。

2.2 鋼立柱實時監測施工工藝

2.2.1 鋼立柱樁定位

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1、鋼立柱樁定位主要是確定樁具體位置，主要用于成孔及灌注樁使用。定位前應將自然所使用場地整體硬化。

2、樁中心定位完成后采用紅色三角油漆進行對稱標識，然后依據樁成孔直徑及護筒直徑以樁中心為圓心華圖護筒范圍。

3、護筒范圍確定后采用小型鎬機將護筒范圍內混凝土鑿除，并埋設護筒。

2.2.2 激光測垂儀器安裝

1、安裝前將鋼立柱主要技術參數提前錄入，并與GPS定位儀或全站儀配合使用，確保精度。

2、安裝時，先把鋼管柱水平安放(用長水平尺測)，對鋼管柱兩頭取中心，再吊線垂取管柱面頂點，調整紅外線激光儀的調整裝置令激光束與鋼管柱柱體母線平行，達到鋼管柱管體與傳感器定位安裝面相互垂直的目的。

3、當鋼立柱管體下到灌注樁孔中，紅外線激光儀即可實時輸出鋼管柱管體的傾斜變化。

2.2.3 調垂架安裝

1、調垂架是現階段較常用的豎向支承柱調垂系統，主要由調垂支架、上下各4個千斤頂等裝置組成。

2、其調垂原理是通過以調垂架與豎向支承柱垂直緊固為前提，通過調節調垂架的兩組千斤頂，達到支承柱垂直度及水平校正的效果。

3、調垂架固定于地坪上，提供剛度及反力(測垂儀器顯示數據的反方向)。

4、吊機調垂架就位，復核調垂架對中，在四個腳位置采用4只膨脹螺栓與硬化地面固定。

5、使調垂架的上、下安裝千斤頂的鋼圓圈中心與樁位中心在同一垂直線上。

6、將調直架調整水平，并微調重新校核其中心位置與樁孔中心重合，達到要求后即進行吊裝鋼立柱。

2.2.4 鋼立柱水平向及垂直度調整 鋼立柱自吊裝開始，實施數據將通過電子顯示屏實時反應，待鋼立柱安裝至設計標高，定位架固定后可進行水平向及垂直度微調，監測系統將會出現兩種情況:情況一為完全垂直狀態僅需進行水平微調。情況二為不完全垂直狀態需進行微調。

情況1:完全垂直狀態。激光紅外線儀安裝定位后隨鋼管柱被吊起下放，鋼立柱處于完全垂直狀態時，鋼管柱與紅外線激光儀的鉛垂線重合，既:紅外線激光儀測出與鋼立柱偏斜零度。因為傾斜儀的測量軸線與鋼管柱母線L平行(通過儀器安裝激光定位保證)，所以傾斜儀的測量軸線與其鉛垂線的角度也就是鋼管柱的軸線(或某一條能代表鋼管柱軸線的母線)與鉛垂線的角度一致。此時僅需要根據顯示屏中X與Y軸顯示偏差通過上下層的千斤頂的不同方向調整，直至歸零即可。

情況2:不完全垂直狀態。鋼管柱有一定偏斜時，傾斜儀的測量軸線與傾斜儀的鉛垂線就有一個角度實時輸出，也就是鋼管柱的軸線(或某一條能代表鋼管柱軸線的母線)與傾斜儀的鉛垂線的角度實時輸出，因為傾斜儀的測量軸線就是激光軸線，也就是鋼管柱的軸線(或某一條能代表鋼管柱軸線的母線)。

據不同工況下反饋的信息判定偏差方位，調節調垂架的調節桿，最終使得紅外線激光儀位移讀數X和Y歸零，直到滿足要求，垂直度調節完成。

調垂的基本原則:先調平面即(X/Y向)再調垂直度。

3 結束語

在一體化(半逆作法)施工的特殊情況下，鋼立柱作為正式結構使用在一體化階段承擔著較大荷載的傳遞，其垂直度及水平向控制精度的效果，直接檢驗著后續施工可能帶來的諸多情況，經過項目施工的實際檢驗，此種調垂定位技術普遍能夠將垂直度控制在1/600，水平位移控制在10 mm，符合設計標準要求，具有廣泛的應用價值。同時通過此種技術的應用，也使工程與之類似或相關的一些方面得到擴展，目前正在積極有序研發中。