钢管柱水平定位及垂直度控制探讨

贺 春 梅

(武汉地质勘察基础工程有限公司，湖北 武汉 430000)

随着城市建设的高速发展，逆作法施工具有缩短工程总工期、基坑变形小，相邻建筑物等沉降少、使底板设计趋向合理、节省支护结构的支撑等优点，应用越来越广泛。但逆作法施工中钢管柱的水平定位及垂直度控制是基础施工中的难点，若其达不到设计要求，可能会导致上部结构设计变动或开挖后须将桩柱重新处理(或加大或凿除)，不仅会影响结构美观，而且会产生严重的经济损失。

1 工程概况

项目总用地面积约10 240 m2，总建筑面积约11万m2，其中地上裙楼6层、塔楼31层，高度约112.65 m，地下室4层，开挖深度约22.35 m，基础采用钻孔灌注桩。基坑采用逆作法施工，立柱桩采用φ1 000 mm钻孔灌注桩，临时格构立柱采用4L200×20角钢，柱长24.8 m,共59根，永久立柱采用φ610×20 mm,φ508×10 mm钢管柱。永久钢管柱φ610共计52根，永久钢管柱φ508共计104根。格构柱、钢管桩下端均插入灌注桩桩顶3 m。钢管柱垂直度偏差不大于1/400，平面定位精度不大于±5 mm。

2 钢管柱施工工艺

2.1 施工流程

本项目钢管柱为永久结构，需与钻孔灌注桩同时施工。针对项目部制定的施工流程，要提高钢管柱的定位精度及垂直度，必须对钻进成孔垂直度、调垂架定位安装、钢管柱吊装、钢管柱调垂等工序进行严格的控制。

施工流程：施工准备→硬化预留桩孔→成孔、第一次清孔→钢筋笼下置→调垂架定位安装→钢管柱吊装→钢管柱调垂→下导管→二次清孔→混凝土浇筑→2 d后注浆→调垂架移除。

2.2 施工测量放样及场地硬化

为保证钢管柱的水平定位、垂直度满足设计要求，首先必须保证钻孔垂直度满足设计要求，所以针对一桩一柱的桩孔位采取场地平整硬化，以保证钻孔施工中钻机的平稳以及调垂架安装时的精度，同时可以有效地控制桩位的定位及其施工过程中的精度复核，使钻孔垂直度满足设计要求。

1)对给定的平面坐标、高程控制点和红线桩位履行接受、验证手续。

3)用水准仪根据全场地的地面标高确定好一个控制标高数，并打木桩标记；该数值最好与重车道路面标高平齐。

4)对有高差的部分用铲车推平，在推平过程中将路面反复碾压密实，特别是处理障碍物已翻过的地方要反复碾压，如碰下雨天，要做好排水，防止地表含水量过高成为橡皮土。

5)放桩位桩，根据轴线放出桩位，并钉插150 mm～200 mm长钢筋或竹签，系红绳作为标记，放桩位允许偏差1 cm。

6)钢筋或竹签钉入土中后，每个桩位用白灰粉以桩中心划十字记号，以示标识。

7)采用C20混凝土进行硬化，硬化浇筑前对钢管柱桩位范围采用200 mm高圆形钢环(可以回收再利用)预留出来，以免后期挖设护筒时导致整块混凝土地面破碎。桩位预留见图1。

2.3 钻孔垂直度控制

成孔是成桩的关键，孔垂直度是否得到保证是高层建筑地下室逆作法钢管柱垂直度控制精确的前提。因此对灌注桩成孔的垂直度要求非常高。故在设备选择时选用钻具刚度好的大功率旋挖钻机XR-360施工。旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整，钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在10 mm内。旋挖钻机的加压钻杆能很好的防止钻头在坚硬地层发生偏位，旋挖钻机在钻头上也安设有感应探头，发生偏位时能够及时反映到操作室。除严控钻机自带监测控制系统外，钻机钻进成孔过程中，还应定时测量复核钻机钻头定位及钻杆垂直度，发现偏差及时采取措施纠偏。

2.4 调垂架的制作

现场施工条件差，现场拼接加长钢管很难达到设计精度要求，为保证其精度，采用在加工厂预制，现场拼接。钢管调垂架设计为2.2 m×2.4 m×3.5 m(宽×长×高)的井字形架，主要由角钢、槽钢焊接而成。上下设两层调节平台，上层平台兼做灌浆平台使用，具体详见图2。

在这些前提下，也需要做到一定的要求，各行各业都需要行动起来。首先政府必须要支持这一产业的发展，对旅游岛的建设重视起来，对创意农业的发展建立科学的规划，将农业与旅游业进行更好的结合。当然，在财力物力上才是国家政府对其重要的支持动力。需要注意，政府需要将更多注意力放在技术推广、园区建设、品牌宣传上，资金的扶持则更多是出台相关的贷款政策，这不仅能够提高种植户的积极主动性，也能缓解政府财政压力。

2.5 调垂架定位安装

1)成孔后，通过CZ-2型灌注桩测井系统来测定桩孔的垂直度、孔径等指标，满足设计要求后，立即清理干净桩孔周边杂物，露出硬地坪。

2)调运调垂架至孔位上，对局部地面有高差的，用钢板等进行现场垫平，对上、下层调垂平台进行水平测量，使调垂架处于水平状态。

3)测放钢管柱桩中心，使调垂架的中心线应与钢管柱桩中心重叠，最后再用水平尺校正其水平状况。

4)将调垂架四肢用膨胀螺栓固定于硬地坪上。

2.6 钢管柱吊装

因本工程基坑开挖深度约23 m，钢管柱柱顶标高在自然地面下约23 m，为完成对钢管柱的平面精确定位及垂直度调节，在设计柱顶以上连接一辅助钢管，辅助钢管长度为设计钢管柱柱顶至调垂架灌浆平台高度，通过调节辅助钢管的垂直度来控制钢管柱的垂直度。辅助钢管与钢管柱规格相同，辅助钢管与钢管柱通过法兰盘连接，在靠近法兰盘一端气割出一300 mm×500 mm预留洞口，作为混凝土泛浆之用,如图3所示。

钢管起吊前，需再次检测钢管柱垂直度等是否满足要求，对钢管柱进行除锈处理，并对钢管口用水泥袋封闭，浇筑混凝土时拔出。用两个吊车(一个80 t履带吊，一个25 t汽车吊)一次起吊钢管。

本工程钻孔桩桩径为1 000 mm，除掉保护层厚度后，钢筋笼内直径836 mm，而钢管直径为508 mm，610 mm，钢管柱上还焊接有栓钉，将钢筋笼吊放于孔口，先将钢管下端进入钢筋笼3 m后，再一起下放，以保证钢管柱顺利进入钢筋笼内3 m。

2.7 钢管柱调垂控制

通过两点汇交定位原理和借助钢管调垂架装置来控制钢管柱水平定位和垂直度。

1)首先从钻孔灌注桩中心点Z往外分别延伸两站点Y1,Y2至硬地坪上，使ZY1⊥ZY2,并在Y1,Y2两点分别架设全站仪，以观测钢管柱的水平定位及垂直度。

2)将制作好的钢管柱插入已安装定位好的调垂架中，调整好柱顶标高符合设计要求，并使钢管柱大致位于调垂架中心。

3)通过人工调节调垂架上的调节螺栓来控制钢管柱水平定位，达到要求后将辅助钢管与调垂架初步固定。

4)按图4所示，通过对辅助钢管上AB,CD两条控制线的观测来控制钢管柱的垂直度，如不满足要求，则松动上下平台上调节螺栓进行调节，直至满足设计要求后，将钢管与调垂架固定，防止混凝土浇筑影响其垂直度。

2.8 调垂架的拆除

1)在钢管柱桩混凝土灌注12 h内，及时在钢管外侧四周均匀回填碎石，黄砂等，同时严禁大型施工设备在已成桩周围10 m范围内行走，确保钢管柱定位及垂直度不受扰动。

2)钢管柱桩混凝土灌注完24 h后，即可拆除调垂架装置，并拆卸辅助钢管，须对桩位进行复测，并做好复测记录。

3)后期基坑开挖期间，采取警示保护措施，防止碰撞钢管柱，使其被迫移位。

3 实施效果

本工程于2012年12月完成全部钢管柱施工，根据监测报告，钢管柱平面定位精度、垂直度均满足设计要求，平面定位精度均小于±5 mm，垂直度偏差均小于1/400，见表1，图5。

表1 钢管柱平面定位精度 mm

4 结语

随着科技的不断创新，施工工艺的不断改进，对一桩一柱施工的要求越来越高，其垂直度控制至关重要，直接决定工程的施工质量。本工程通过对专用调垂装置的自主设计及工程中所采取的一系列施工措施，保证了钢管柱平面定位精度及其垂直度，可行性高，施工简便，具有应用价值。