逆作法一柱一桩实时监测自动调垂技术的应用

王志坚

(江西省地质工程(集团)有限公司，江西南昌 330000)

1 工程概况

本项目位于上海市浦东新区洋泾街道E11-3，E11-4，E11-6，E11-7地块，南临浦东大道，东至民生路，西至桃林路中欧地块，北至昌邑路。占地面积约60 000 m2，基坑面积52 000 m2，基坑分为东区、西区两个基坑，基坑开挖10.8 m～12.0 m，围护体采用850 mm@600的三轴搅拌桩止水，850 mm，900 mm钻孔灌注桩挡土，竖向支撑采用一柱一桩。

本工程地下工程采用逆作法施工工艺，逆作阶段围护竖向支撑采用一柱一桩，立柱桩均为直径800 mm钻孔灌注桩(上部扩孔至900 mm)，钢立柱形式采用450×450角钢钢立柱，一柱一桩共470根，工期90 d，需确保每天完成一柱一桩不少于6根。设计要求永久性钢立柱一柱一桩垂直度不大于1/500，格构柱施工设计要求钢立柱中心偏差±10 mm，对一柱一桩钢立柱中心位置偏差和垂直度要求很高。基坑剖面图见图1。

图1 基坑剖面图

2 垂直度实时监测和调垂施工技术方案选择

根据本工程一柱一桩垂直度精度要求高、工程量大、工期紧等特点，如采用常规的高精度数字测直仪和导向架法进行测量和调垂，精度及进度均无法保证。拟采用激光倾斜仪测垂法和液压全自动调垂法进行实时监测和调垂。激光倾斜仪测垂法已在类似工程实施，施工技术比较成熟，但液压全自动调垂法未在任何工程进行实施，无类似施工经验借鉴，因此，经决定，正式一柱一桩施工前，进行试桩施工，经实验合格后，进行液压全自动调垂设备的加工制作。经试桩施工，格构柱精度达到了1/800，高出设计要求，得到了建设单位、设计单位及监理单位认可，后增加至3台调垂设备。

3 一柱一桩自动化调垂系统

3.1 技术原理

3.2 系统组成

一柱一桩液压全自动调垂系统主要由以下系统组成:

1)高精度实时监测系统;

2)液压动力系统;

3)自动控制系统;

4)伸缩同步千斤顶;

5)调垂及定位机构;

6)程序及软件系统等。

3.3 同步千斤顶设计

伸缩同步千斤顶结构图见图2。

“中学生应对方式量表”，共36道题。有2个分量表，一个是“指向问题的应对”分量表，包括“问题解决”、“寻求社会支持”和“积极的合理化的解释”3个因子；另一个是“指向情绪的应对”分量表，包括“忍耐”、“逃避”、“发泄情绪”和“幻想否认”4个因子；“自我描述问卷(SDQ)”，共102道题。该量表从自我概念的角度来考查儿童对社会的反应，有11个分量表构成,包括三个学业自我概念,即语文、数学和一般学业；七个非学业自我概念,即体能、外貌、异性关系、同性关系、亲子关系、诚实-可信赖和情绪稳定性；另一个是一般自我概念；“自卑感量表”共36道题。分为自尊、社交自信、外貌、体能五个维度。

图2 伸缩同步千斤顶结构图

3.4 调垂及定位机构

图3 ～图5为调垂及定位机构图。

图3 调垂及定位机构图（一）

图4 调垂及定位机构图（二）

图6 为自动化调垂仪工作的一组实际照片。

4 激光倾斜仪测垂法和液压全自动调垂法施工工艺的特点

4.1 激光倾斜仪测垂法的特点

1)创新性。将激光技术、传感器技术及计算机技术三者有机的结合起来，形成了一套完整的激光定位垂直度实时监测系统，解决了一般倾斜仪在钢格构柱上的安装定位难题，实现了钢格构柱垂直度真正意义上的实时监测和钢格构柱垂直度X和Y四个方向的实时监测。

图5 调垂架与钢立柱连接顶部节点图

图6 自动化调垂仪工作的一组实际照片

2)先进性。效率高，由于是实时监测，所以其效率是常规测斜管法无法比拟的。精度高，最高精度可达1/2 000，通常能确保1/1 000的测量精度。性能高，最高测量长度达50 m，通常能确保20 m～30 m的测量长度。安装简单、使用方便、成本低、效益高等。

3)实用性。本实时监测系统具有重量轻、体积小、便于携带、安装简单、成本低、测量效率高、精度高、使用寿命长等优点，所以非常经济、实用。

4)可实施性。本一柱一桩实时监测系统可实施性强，已经在陆家嘴塘东总部基地、外滩公共服务中心、月星广场等多个工程中得到成功应用，解决了逆作法一柱一桩钢格构柱垂直度的实时监测难题，确保了工程的施工质量，并大大提高了工程施工效率。

4.2 液压全自动调垂系统的特点

1)自动化程度高、操作非常简便。全自动化电脑操作，只需按照控制器屏幕操作，液压设备将自动调动格构柱垂直度。

2)效率高。常规导向架法，每套设备2 d才能完成1根桩，使用液压全自动调垂设备，根据试桩施工经验，正常情况1 d可以完成2根桩。

3)精度高。全电脑操作，无需人工操作，精度有保证。

4)操作方便、安全可靠。使用液压全自动调垂设备较常规导向架法，设备高度降低2.5 m，操作非常方便、安全，并且可以采用混凝土自卸方式灌注。

5 施工流程及工艺

5.1 一柱一桩工艺

工艺流程图见图7。

5.2 钻机成孔及钢筋笼下放

用9 000 mm钻头成孔至开挖面标高以下4 m后，提钻换800 mm钻头成孔至设计深度，并进行一次清孔。清孔验收合格后，下钢筋笼，钢筋笼下放至孔口时，用吊环搁置在孔口，用25 t吊车将桩机移离孔口。

5.3 自动调垂架就位

再次测量柱孔中心及轴线位置，偏差大于5 mm需校正。预先在地面上用电钻钻孔(钻孔位置需与校正架上的四个洞口位置一致，由测量员放样)，并预埋好膨胀螺丝。将自动调垂架安放在地面上，并与膨胀螺丝固定。用水准仪测量校正架，严格水平。

图7 一柱一桩施工流程图

5.4 钢立柱起吊及安放

采用25 t吊车起吊。起吊时先进行试吊，如钢立柱稳定后无明显变形可直接起吊空中回直。如发现变形较大，应马上放回地面，根据变形情况重新设置吊点位置，重新起吊。一柱一桩的钢立柱与钢筋笼顶部须分离，钢立柱垂直插入校正架后缓慢下放至桩孔口的钢筋笼内，当预先焊在钢立柱上的吊筋与孔口钢筋笼吊筋交错对接200 mm时，在孔口进行吊筋对接并割除孔口吊环，对接完成5 min后，钢立柱与钢筋笼一起缓慢下放。当下放至钢立柱上标定的位置后，钢筋笼吊筋与钢立柱割离，并将钢筋笼吊筋固定在孔口。

5.5 第一次校正固定钢立柱垂直度、位置、标高、方向

通过实时监测数据，对钢立柱垂直进行自动调垂，使钢立柱的垂直度达到设计要求，同时对钢立柱的位置、标高、方向进行复核。

5.6 安放导管、清孔及灌注混凝土

钢立柱固定之后，利用吊车开始下放导管，并进行第二次清孔。二清验收合格后开始灌注水下混凝土。混凝土灌注过程中灌3 m3混凝土测量一次混凝土面标高，直至超出设计标高2 m～4 m。在混凝土灌注过程中，导管埋深严格控制在3 m～6 m。

5.7 二次校正钢立柱垂直度

混凝土灌注后对钢立柱进行实时监测，如偏差未达到设计要求，立刻启动调垂设备进行调垂及校正。

5.8 调垂架的拆除

调垂架的拆除必须待混凝土浇筑完并使混凝土完全终凝之后方能拆除，并循环使用。

6 实施效果及结论

通过激光倾斜仪实时监测系统和液压全自动调垂系统的应用，解决了逆作法一柱一桩钢格构柱垂直度的实时监测难题，实现了全自动化电脑操作。施工过程中实现了对一柱一桩钢立柱实时监测及全自动化调垂，经开挖复测后，本工程中470根一柱一桩钢立柱垂直度及中心位置偏差均在设计规定范围内，同时，因为使用液压全自动调垂设备，对比常规导向架法，设备高度降低2.5 m，操作非常方便、安全，并且可以采用混凝土自卸方式灌注，大大的方便了现场施工，提高了生产效率，降低了施工成本。

［1］ 顾国明.上海建工(集团)公司技术中心一柱一桩监测报告［R］.

［2］ 韩庆祝.对改进一柱一桩垂直度的探讨［J］.资源环境与工程，2006(5):28-29.

［3］ 廖秋林，张玉东，曾志献.逆作法钢管混凝土立柱垂直度控制系统设计和应用［J］.岩土工程界，2009(5):78-120.

［4］ 康 忠，张 斌，谢 飞，等.导向法固定架在一桩一柱施工中的应用［J］.江苏建筑，2012(S1):80-81.