逆作法施工中一樁一柱的超高垂直精度控制方法

陳 琦

（上海廣聯環境巖土工程股份有限公司，上海 200444）

1 工程概況

廣州市越秀區恒基中心地塊項目，位于廣州市越秀區，東臨海珠廣場，南鄰珠江，屬于繁華鬧市區，定位為大型商業綜合體和超5A級甲級寫字樓。項目建筑面積23萬m2，用地面積2.06萬m2，包含南、北2棟塔樓。其中，北塔30層，建筑高度約150m；南塔設計地下室5層、裙樓7層、塔樓20層，建筑高度約100m。項目周邊建筑物林立，醫院、電力公司、博物館、地鐵車站都與之毗鄰，環境保護要求高。

2 一樁一柱設計情況

該工程南塔設計地下室5層、裙樓7層、塔樓20層，建筑高度約100m。設計共176根鉆孔灌注樁，其中30根純工程樁、146根立柱樁。鋼立柱分為圓柱、矩形柱和異形柱3種，共26種截面規格（其中圓形鋼柱119根11種截面，矩形鋼柱25根13種截面，異形鋼柱2根2種截面）。支承樁分為19種類型，樁徑在φ1000～2500mm，共8種樁徑，其中有4種樁徑38根樁設計為擴底樁，擴底最大直徑為φ3500mm。根據不同的樁徑、不同規格鋼立柱、擴底情況，形成了52種不同類型的組合。該工程樁樁型均為端承摩擦樁，采用旋挖成孔灌注樁。

3 工程特點、難點

鋼立柱有水平方向性要求，水平調控難度大。吊裝鋼柱長約30m，最大重量54t，吊裝危險性大；鋼立柱垂直度控制偏差要求≤1/1000，在全國范圍內尚屬首例。為了克服常規后插、先插法施工鋼立柱的不足，結合本工程的立柱規格多、精度要求高的特點，在已有技術基礎上進行改進、升級，研制出了更為先進、高效、可靠的高精度鋼立柱調垂架液壓自動調垂的施工設備與方法。

4 立柱樁總體施工方案

4.1 成孔針對性措施

樁孔孔壁的穩定性與垂直度是立柱樁順利實施的前提，因此該項目根據項目特點采取了以下針對性措施，取得了較好的成效。

（1）區別于常規工程樁施工，一樁一柱在成孔完成后，其清孔、下籠、鋼立柱安裝、調垂、砼澆筑等工序作業時間較長且不穩定地層厚，確保孔內安全是順利進行鋼立柱調垂、成樁的先決條件。結合場內地質情況，需采用長護筒罩住不穩定地層。因各項目情況各有差異，在進行類似工程施工時，可參照采取此措施，鋼護筒的長度根據地層情況確定。

（2）成孔垂直度的控制。成孔垂直度的控制是后續進行鋼立柱垂直度調節的前提條件。針對鋼筋籠與鋼立柱設計凈間隙較小的情況，為確保鋼立柱下放入孔內后能順利調垂，自我提高要求確保旋挖鉆進成孔的垂直度不大于1/300，這也是本工程質量控制的一個重大難點。由于地層各層軟硬程度不同，旋挖鉆機在成孔過程中很容易發生斜孔，尤其是在軟硬交接、巖面傾斜時；另據旋挖鉆機自身鉆孔的特點，其原理是動力頭驅動鉆桿，靠鉆桿或鋼絲繩加壓進行成孔鉆進，其本身特性就決定了容易發生偏孔，根據鉆進加壓的情況，基本都是朝鉆機右前方偏斜。受以上幾種因素的影響，成孔垂直度控制不論是施工技術組織的可行性，還是整個項目的進度、成本方面，都是勢必要解決的難題。為此，項目部采取了幾種措施，且得到了較好的成效，有效確保了后續鋼立柱安裝調垂工作。①根據鉆孔直徑，選用恰當的大功率旋挖鉆機鉆進成孔，大功率鉆機憑借自身重量大、扭矩大、穩定性好等特點，對成孔的垂直度、效率都有很好的保證。②采取分級成孔、擴孔的形式鉆進成孔。大直徑的樁孔，根據直徑情況分2～4級成孔，這樣做的好處是在前一級鉆孔出現偏移的情況下，后一級能及時糾偏；另一個好處是分級成孔會大大提高成孔鉆進效率。③采用筒式鉆頭對巖層進行環切，利用筒鉆鉆進對巖層切削，再用撈渣斗挖除巖屑。筒鉆切削鉆進能起到一定的導正作用，在進入巖層一定深度且垂直度能符合要求后，可換截齒鉆頭繼續正常鉆進。值得注意的是，在軟硬交接層鉆進時，適當放慢鉆進速度，待入巖一定深度后使用正常速度鉆進。④將場內巖層的起伏情況和旋挖鉆機自身特性相結合，調整旋挖鉆機站位。如巖層向西北方向傾斜，鉆機可向東南向站位，鉆機頭朝西南。實踐證明，調整旋挖鉆機站位對成孔垂直度控制能起到一定作用。⑤成孔鉆進過程，利用超聲成孔檢測儀進行孔壁檢測，適時掌握成孔偏斜情況，來指導旋挖鉆機操作人員進行正確的操作、糾偏。

4.2 調垂注意事項與原理

（1）調整注意事項。鋼立柱在安裝時因吊點位置設置、吊索具長度不完全一致，且由于地內環境復雜，在吊裝、安裝過程中，難免出現傾斜。為避免該現象造成的后期上層施工的偏移，需在安裝鋼立柱時使用高精度鋼立柱調垂架液壓自動調垂系統對其姿態進行調節，使其達到要求的垂直精度，符合要求后固定于孔口調垂架，澆筑樁身柱內混凝土完成成樁作業。

（2）調垂原理。調垂液壓系統根據測斜儀適時監測鋼立柱安裝時的角度偏差，自動或人工操作完成調垂工作。液壓系統采用雙泵系統，低壓大流量快速補油，高壓小流量精確調垂。液壓泵站的油箱采用全封閉結構，避免環境對液壓油液造成的影響。液壓主管路采用快速接頭安裝，便于拆裝。調垂系統由2層水平油缸和1組頂升油缸組成，垂直頂升油缸用于調整平臺水平，水平調節缸用于調整鋼立柱垂直，每一只油缸上均安裝有液壓鎖，防止卸壓。

4.3 調垂方法、機具與測斜

（1）調垂方案。采用地面調垂架方式進行調垂，地上鋼柱可調高度為4.2m；柱身設置高精度傾角儀進行垂直度動態監控輔助調垂。灌注樁成孔、鋼筋籠安裝工序結束后，根據鋼立柱調垂監控儀顯示的調整量，利用調垂架四個方向的油缸對鋼立柱姿態調節，使其達到要求的垂直精度。高精度傾角儀在鋼柱安裝完成后二次清孔、砼灌注至柱底、回填碎石等每道工序實時顯示鋼柱的垂直精度、調整量，作業人員按監控儀顯示的調整量進行調節，以確保鋼柱最終的垂直精度符合要求。

（2）調垂架工具。由工字鋼加工而成，設有上、下2層8只調節油缸和4只頂升油缸，中上部設置2根扁擔梁用于架設和固定鋼立柱。頂面為立柱安裝、混凝土灌注的操作平，四面裝有安全防護欄桿。使用時，四腳鋪設路基板（見圖1）。

圖1 調垂架示意圖

（3）垂直度監測儀。①操作面板。控制箱本地控制面板操作如下：系統通電，紅色指示燈亮。“啟動”為鑰匙開關，打開后，綠燈亮。②觸摸屏控制（見圖2、圖3）。初始值標定：首次使用時，必須對已安裝好的傾角儀進行初始值標定（即置零）。數據儲存：調整完畢后，根據需要，按下“數據儲存”按鈕，該時刻數據儲存至硬盤。調整豎向位置輸入：豎向距離為傾角儀到調節油缸的垂直距離。由于傾角儀檢測到的數據為角度信號，根據不同的高度，需要進行調節的數值不同，因此在輸入“調整豎向位置”時，應確保數值的準確性。傾斜角度：界面上顯示的傾斜角度X/Y為傾角儀檢測到的角度數值，置零后，若出現偏移，則該處會出現相應偏移的角度。調整過程中，由于傾角儀安裝的鋼立柱姿態產生變化，該數值也會出現相應的變動。調整完畢后，靜置鋼立柱，待數據穩定后可觀察其傾斜角度，判斷是否需繼續調整。

圖2 開機畫面

圖3 監控界面

（4）接線方式。傾角監控儀提供220V電源接口和傾角儀數據線接口。

（5）傾角儀。H系列角度傳感器是一款高精度水平傳感器，采用標準工業電器接口，可長距離傳輸輸出信號，抗干擾性強，是工業設備監測的好幫手。產品采用最新的工藝生產，對溫度誤差和非線性誤差做出了精確的補償和修正，長期穩定性小于0.002°，準確度高、體積小、承受沖擊震動能力佳，產品內置抗射頻，采用抗電磁干擾電路，尤其適合應用地下非開挖型機械及其他惡劣工業環境。①吊裝調直架就位，對中、調平。使調直架中心與樁中心保持一致，觀察調直架上的水平儀，調節4只頂升油缸，使調直架水平，并予以固定。②連接好工具柱，事先將傾角儀固定在鋼立柱上端，使傾角儀基本水平（使X和Y軸和鋼立柱上標注的軸線方向保持一致）。③使用2臺履帶吊車和吊具吊起鋼立柱，底部脫離地面。通過測量儀器兩個方向校正，使鋼立柱保持堅直。④將傾角儀正確接入傾角監控箱，保證信號正常。⑤進入控制頁面，通過觸摸屏輸入調整位置數值，屏幕上顯示偏移值。⑥調垂開始前，鋼立柱插入前保持堅直時，按“置零”按鈕。⑦下放鋼立柱至設計標高，上層4只液壓油缸調整使鋼立柱中心與樁中心重合。⑧觀察垂直度監測儀屏幕上角度和位移變化，指導調整對應油缸的行程，使鋼立柱垂直度達到設計要求。調整完畢后，靜置鋼立柱，角度穩定后，對鋼立柱予以固定。⑨砼灌注過程中，密切觀察鋼立柱垂直度的變化情況，可根據監測數據情況再次調節、固定。完畢后，可點擊“數據儲存”按鈕儲存。

5 結束語

廣州市越秀區恒基中心地塊項目通過精心部署，利用自主研制的高精度鋼立柱調垂系統，成功完成了一樁一柱的施工任務，達到了設計目標，取得了業主、總包、監理單位及到現場參觀同行的一致好評。