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摘要：在逆作法施工中，立柱的调垂问题一直是逆作法的核心问题之一。本文以南京建邺区某工程为例，介绍了逆作法施工中钢管混凝土立柱调垂的施工工艺。该工程立柱采用激光倾斜仪结合地面调垂架进行调垂。通过实践表明，该调垂系统能加快施工进度，提高立柱的精度;同时阐述一些调垂过程中的注意事项，对今后同类逆作法工程施工，有一定的指导意义。
关键词：逆作法;钢立柱;激光测斜仪
1.工程概况
本项目为南京建邺区某工程，该项目地下室建筑面积15.9万㎡，基坑深度约15.1m，支护方案为排桩和3层一体化内撑。部分区域同步向上逆作：排桩作为外围护结构体，利用三层地下室楼面梁板作为一体化内撑，竖向支撑采用一柱一桩钢管柱兼做结构柱。
逆作阶段围护竖向支撑采用一柱一桩，一标段共99根立柱桩，其中下部立柱桩为Φ1000mm钻孔灌注桩，上部扩孔至Φ1500mm，桩长约50-60m，底端入岩5m。上部立柱采用长19.55m，Φ650×22mm的钢管桩，插入下部立柱桩内3.25m。设计要求钢管混凝土立柱垂直度控制在H/1000-H/600（控制在1.95—3.26cm）。要求立柱桩定位偏差小于5mm。钻孔灌注桩的桩径偏差小于50mm，垂直度偏差小于1/300。
2. 激光侧斜仪与调垂架调垂的原理及特点
2.1钢立柱调垂监测和方法的选择
由于本工程一柱一桩垂直度要求高，工程量大，工期紧，场地狭小等特点。采用传统的经纬仪法、测斜管等方法测量很难保证质量要求和工期要求，因此选用精度高、操作简单、节省工期的激光测斜法测垂。
由于钢管立柱的刚度较大，上部施加扭矩时，立柱几乎不发生弯曲变形，所以选用施工工艺简单，费用低的地面调垂架调垂，它是由钢架和千斤顶组成。调垂架采用20#槽钢及角钢拼接焊接而成，高3.4m，长宽均为2.6m，整体造型为“井”字形内架与“口”字形外框。调垂工具接杆（工具管）5米长，接杆比调垂架高出1.5米，通过调垂架将钢管柱与轴线对准，利用上下四个面八个千斤顶将其固定，并利用激光调垂仪调整其垂直度，从而保证钢管柱的垂直度。
2.2激光侧斜仪与调垂架调垂原理
激光倾斜仪包含两个部分激光器和倾斜仪，通过激光器射出激光束的精确指示，在地面上将激光倾斜仪用4枚螺丝固定在横放的钢立柱端部，通过螺丝调节倾斜仪在钢立柱上的安装位置，使得激光束与钢柱形心中轴线在任意方向上平行。
激光测斜仪安装完成后，利用50t履带吊+25t汽车吊进行钢柱吊装，钢立柱起吊至调垂架上方，待其利用自重稳定后，从地面插入钢筋笼，下方过程中必须保证方向正确，直至工具头耳板搁置在调垂架横梁上，利用经纬仪进行轴线控制定位。再利用调垂架上的8个千斤顶进行固定，把倾斜仪与显示仪表连接，仪表能够准确反映出钢立柱的倾斜角度，垂直度和偏移尺寸。再辅以上部四个千斤顶进行微调，即可完成对钢立柱垂直度的实时监测和调整工作，实现倾斜仪实时监测钢立柱的倾斜状态。激光测斜仪实施见下图：
图1 激光测斜仪原理图
2.3激光侧斜仪测垂特点
1） 先进性。把激光技术、传感器技术等技术结合起来，形成一整套激光测垂实时监测系统，解决了一般倾斜仪在钢柱上的安装定位难题，实现了钢立柱垂直度X和Y四个方向真正意义上的实时监测。
2） 測量效率快：设备具有体积小、便于携带，工作效率是常规测斜管法无法比拟的。传统测斜管法3h-4h才能完成1根桩，根据现场实际操作，激光测斜仪基本5-10分钟就可以解决立柱的调垂问题。
3）测量精度高，最高精度可达1/1500，通常能确保1/1000的测量精度。
4） 操作简单。调垂时只需工人按照激光测斜仪屏幕上显示偏移方向操作，通过加压（减压）调垂架上部OX，OY方向的千斤顶，便可把立柱调垂直。
3.一柱一桩施工中注意事项：
（1）在一柱一桩施工前，在孔口浇筑3.2m*3.2m*0.3m的钢筋混凝土调垂平台，以保证调垂架在调垂过程中的稳固。
（2）使用全站仪根据场内控制点，在每个调垂平台上四周用墨线、红三角标出钢管柱的轴线，并做有效保护，桩位轴线偏差小于5mm。
（3）为了保证钢管柱在下放过程中不触碰到钢筋笼，不影响钢管柱的下放，最后一节钢筋笼顶部露出地面，以利钢管柱对中下放，待钢管柱顶部下放至钢筋笼顶部时一起下放至设计标高。
（4）钢管柱下放至工具头上的耳板搁置在调垂架横梁上，最后利用调垂架上的8个千斤顶进行固定，根据激光测垂装置进行二次对中微调。
（5）混凝土浇筑：混凝土浇筑过程中随浇随调，以保证浇筑完成后的钢柱保持垂直，混凝土浇筑至钢管柱底后放慢浇筑速度，导管轻提轻放，以避免磕碰钢柱导致垂直度偏差。
（6）在混凝土浇筑至桩顶标高，完成超灌后，应从孔壁四周灌入碎石子，为保证投入的石子不会因重量过重而导致钢柱内的混凝土反浆以及不均匀造成对钢管柱挤压导致钢管柱偏位，对每次投入石子的数量进行控制，分段投入，投入石子与钢柱内混凝土浇筑同时进行。
（7）混凝土浇筑过程中，根据激光测垂装置反应的数据，通过千斤顶及时调整钢柱的垂直度，确保在混凝土完全凝固前对钢柱垂直度能够有效的控制，在混凝土终凝前不得移除调垂架，避免钢管柱的下沉。
4.立柱发生倾斜的常见情况
由于地质条件、荷载条件、施工条件以及外界其它因素的复杂性，很难单纯从理论上计算出和预测工程中可能遇到的问题。在实际施工过程中，常遇到的以及需要注意的立柱倾斜问题如下：
（1）钻机钻孔震动，水文地质条件不良，导致的承台发生不均匀沉降;
（2）桩机换变径钻头时，中心轴发生偏移，导致的立柱倾斜;
（3）钻孔完成后，孔洞搁置时间过长，导致钻孔的塌孔;
（4）钻孔完成后，钢筋笼下放偏移，引起塌孔，导致立柱的倾斜;
（5）调垂架放置位置与承台不对中，导致立柱的倾斜;
（6）钢立柱放置完成，对立柱加固不牢固，导致立柱的倾斜;
（7）混凝土浇筑完成，未待混凝土终凝拆除千斤顶，导致立柱的倾斜。
其中：（1）和（2）是在本项目实际施工中，引起立柱发生倾斜的最主要的问题。如立柱桩发生倾斜或者钻孔出现塌孔现象，即使立柱调垂成功，在下放导管浇筑混凝土时，会出现导管难以拔出的问题。
针对以上问题，本工程采用多种有效的控制措施，形成了一套完整的钢管立柱垂直度质量控制体系，保证钢管柱垂直度偏差满足设计要求。
5.激光侧斜仪与调垂架调垂法结果分析
根据实际施工操作与传统调垂技术对比，逆作法激光测斜仪与调垂架调垂系统最显著的优点为：
调垂精度高，最高精度可达1/1500，通常能确保1/1000以上的监控精度，通过一标段99根一柱一桩的垂直度统计：钢管柱垂直度偏差在1/600以上为100%，垂直度偏差在1/1000以上为80%，垂直度偏差在1/1500以上为60%。较常规工艺的调垂精度1/200-1/300有显著提高。
调垂效率高，激光测斜仪与调垂架调垂系统有效的解决了钢立柱垂直度的监测和调整实时监控，一根钢立柱垂直度调整时间由传统的3h-4h缩短为短短10min左右，效率提高了90%以上，为项目的按时完成做了保证。
关键词：逆作法;钢立柱;激光测斜仪
1.工程概况
本项目为南京建邺区某工程，该项目地下室建筑面积15.9万㎡，基坑深度约15.1m，支护方案为排桩和3层一体化内撑。部分区域同步向上逆作：排桩作为外围护结构体，利用三层地下室楼面梁板作为一体化内撑，竖向支撑采用一柱一桩钢管柱兼做结构柱。
逆作阶段围护竖向支撑采用一柱一桩，一标段共99根立柱桩，其中下部立柱桩为Φ1000mm钻孔灌注桩，上部扩孔至Φ1500mm，桩长约50-60m，底端入岩5m。上部立柱采用长19.55m，Φ650×22mm的钢管桩，插入下部立柱桩内3.25m。设计要求钢管混凝土立柱垂直度控制在H/1000-H/600（控制在1.95—3.26cm）。要求立柱桩定位偏差小于5mm。钻孔灌注桩的桩径偏差小于50mm，垂直度偏差小于1/300。
2. 激光侧斜仪与调垂架调垂的原理及特点
2.1钢立柱调垂监测和方法的选择
由于本工程一柱一桩垂直度要求高，工程量大，工期紧，场地狭小等特点。采用传统的经纬仪法、测斜管等方法测量很难保证质量要求和工期要求，因此选用精度高、操作简单、节省工期的激光测斜法测垂。
由于钢管立柱的刚度较大，上部施加扭矩时，立柱几乎不发生弯曲变形，所以选用施工工艺简单，费用低的地面调垂架调垂，它是由钢架和千斤顶组成。调垂架采用20#槽钢及角钢拼接焊接而成，高3.4m，长宽均为2.6m，整体造型为“井”字形内架与“口”字形外框。调垂工具接杆（工具管）5米长，接杆比调垂架高出1.5米，通过调垂架将钢管柱与轴线对准，利用上下四个面八个千斤顶将其固定，并利用激光调垂仪调整其垂直度，从而保证钢管柱的垂直度。
2.2激光侧斜仪与调垂架调垂原理
激光倾斜仪包含两个部分激光器和倾斜仪，通过激光器射出激光束的精确指示，在地面上将激光倾斜仪用4枚螺丝固定在横放的钢立柱端部，通过螺丝调节倾斜仪在钢立柱上的安装位置，使得激光束与钢柱形心中轴线在任意方向上平行。
激光测斜仪安装完成后，利用50t履带吊+25t汽车吊进行钢柱吊装，钢立柱起吊至调垂架上方，待其利用自重稳定后，从地面插入钢筋笼，下方过程中必须保证方向正确，直至工具头耳板搁置在调垂架横梁上，利用经纬仪进行轴线控制定位。再利用调垂架上的8个千斤顶进行固定，把倾斜仪与显示仪表连接，仪表能够准确反映出钢立柱的倾斜角度，垂直度和偏移尺寸。再辅以上部四个千斤顶进行微调，即可完成对钢立柱垂直度的实时监测和调整工作，实现倾斜仪实时监测钢立柱的倾斜状态。激光测斜仪实施见下图：
图1 激光测斜仪原理图
2.3激光侧斜仪测垂特点
1） 先进性。把激光技术、传感器技术等技术结合起来，形成一整套激光测垂实时监测系统，解决了一般倾斜仪在钢柱上的安装定位难题，实现了钢立柱垂直度X和Y四个方向真正意义上的实时监测。
2） 測量效率快：设备具有体积小、便于携带，工作效率是常规测斜管法无法比拟的。传统测斜管法3h-4h才能完成1根桩，根据现场实际操作，激光测斜仪基本5-10分钟就可以解决立柱的调垂问题。
3）测量精度高，最高精度可达1/1500，通常能确保1/1000的测量精度。
4） 操作简单。调垂时只需工人按照激光测斜仪屏幕上显示偏移方向操作，通过加压（减压）调垂架上部OX，OY方向的千斤顶，便可把立柱调垂直。
3.一柱一桩施工中注意事项：
（1）在一柱一桩施工前，在孔口浇筑3.2m*3.2m*0.3m的钢筋混凝土调垂平台，以保证调垂架在调垂过程中的稳固。
（2）使用全站仪根据场内控制点，在每个调垂平台上四周用墨线、红三角标出钢管柱的轴线，并做有效保护，桩位轴线偏差小于5mm。
（3）为了保证钢管柱在下放过程中不触碰到钢筋笼，不影响钢管柱的下放，最后一节钢筋笼顶部露出地面，以利钢管柱对中下放，待钢管柱顶部下放至钢筋笼顶部时一起下放至设计标高。
（4）钢管柱下放至工具头上的耳板搁置在调垂架横梁上，最后利用调垂架上的8个千斤顶进行固定，根据激光测垂装置进行二次对中微调。
（5）混凝土浇筑：混凝土浇筑过程中随浇随调，以保证浇筑完成后的钢柱保持垂直，混凝土浇筑至钢管柱底后放慢浇筑速度，导管轻提轻放，以避免磕碰钢柱导致垂直度偏差。
（6）在混凝土浇筑至桩顶标高，完成超灌后，应从孔壁四周灌入碎石子，为保证投入的石子不会因重量过重而导致钢柱内的混凝土反浆以及不均匀造成对钢管柱挤压导致钢管柱偏位，对每次投入石子的数量进行控制，分段投入，投入石子与钢柱内混凝土浇筑同时进行。
（7）混凝土浇筑过程中，根据激光测垂装置反应的数据，通过千斤顶及时调整钢柱的垂直度，确保在混凝土完全凝固前对钢柱垂直度能够有效的控制，在混凝土终凝前不得移除调垂架，避免钢管柱的下沉。
4.立柱发生倾斜的常见情况
由于地质条件、荷载条件、施工条件以及外界其它因素的复杂性，很难单纯从理论上计算出和预测工程中可能遇到的问题。在实际施工过程中，常遇到的以及需要注意的立柱倾斜问题如下：
（1）钻机钻孔震动，水文地质条件不良，导致的承台发生不均匀沉降;
（2）桩机换变径钻头时，中心轴发生偏移，导致的立柱倾斜;
（3）钻孔完成后，孔洞搁置时间过长，导致钻孔的塌孔;
（4）钻孔完成后，钢筋笼下放偏移，引起塌孔，导致立柱的倾斜;
（5）调垂架放置位置与承台不对中，导致立柱的倾斜;
（6）钢立柱放置完成，对立柱加固不牢固，导致立柱的倾斜;
（7）混凝土浇筑完成，未待混凝土终凝拆除千斤顶，导致立柱的倾斜。
其中：（1）和（2）是在本项目实际施工中，引起立柱发生倾斜的最主要的问题。如立柱桩发生倾斜或者钻孔出现塌孔现象，即使立柱调垂成功，在下放导管浇筑混凝土时，会出现导管难以拔出的问题。
针对以上问题，本工程采用多种有效的控制措施，形成了一套完整的钢管立柱垂直度质量控制体系，保证钢管柱垂直度偏差满足设计要求。
5.激光侧斜仪与调垂架调垂法结果分析
根据实际施工操作与传统调垂技术对比，逆作法激光测斜仪与调垂架调垂系统最显著的优点为：
调垂精度高，最高精度可达1/1500，通常能确保1/1000以上的监控精度，通过一标段99根一柱一桩的垂直度统计：钢管柱垂直度偏差在1/600以上为100%，垂直度偏差在1/1000以上为80%，垂直度偏差在1/1500以上为60%。较常规工艺的调垂精度1/200-1/300有显著提高。
调垂效率高，激光测斜仪与调垂架调垂系统有效的解决了钢立柱垂直度的监测和调整实时监控，一根钢立柱垂直度调整时间由传统的3h-4h缩短为短短10min左右，效率提高了90%以上，为项目的按时完成做了保证。