地下室鋼柱逆作法施工中的垂直度控制

朱偉新

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

南京德基廣場二期工程，位于江蘇省南京市新街口鬧市中心，塔樓48層、裙房9層、地下室4層，用地面積約21 450 m2，總建筑面積140 000 m2。其中裙房地下室采用逆作法施工，一柱一樁（圖1），共154根鋼管柱，鋼管柱插入灌注樁4 m，鋼管柱外徑700～1 100 mm不等，伸入鉆孔灌注樁段設(shè)置φ19 mm×80 mm栓釘，鋼管柱長度最短26.70 m，最長29.15 m，逆作法鋼柱垂直度設(shè)計允許偏差l/500（圖1）。

2 逆作法施工鋼柱垂直度控制關(guān)鍵技術(shù)

逆作法安裝地下鋼柱，在鉆孔灌注樁鋼筋籠放下，澆注混凝土前進行。鋼柱頂部固定，下方長約25 m鋼柱呈倒掛狀，鋼柱露出地面約1 m，在安裝鋼柱時，僅靠露出地面的一段鋼柱觀測到整根鋼柱的垂直度達不到設(shè)計要求的精度，在澆注鉆孔灌注樁和鋼管柱內(nèi)混凝土?xí)r，鋼柱垂直度很容易發(fā)生變化，以致超出設(shè)計要求，因此在逆作法鋼柱安裝及澆灌混凝土?xí)r，必須要有儀器對鋼柱垂直度進行同步測量和及時糾偏[1-3]。

2.1 逆作法鋼柱安裝

2.1.1 設(shè)置承臺

在鋼柱安裝前，必須澆設(shè)混凝土承臺（圖2），混凝土承臺大小為3.5 m×3.5 m，厚度不小于250 mm，按鋼筋混凝土梁板需要的最小配筋率配置構(gòu)造鋼筋，承臺的混凝土強度等級需達到C30，鋼柱安裝前承臺必須達到強度要求，承臺必須平整堅實，平整度不大于1/500。平臺須嵌入自然地面內(nèi)，平臺面標(biāo)高不得高于－0.4 m。

圖2 鋼管柱安裝承臺示意

2.1.2 安裝鋼柱固定支架

待鉆孔灌注樁成孔安裝鋼筋籠后，在洞口安裝調(diào)直支架（圖3），支架高約2 m，用于懸掛鋼柱，支架定位必須準(zhǔn)確，并用膨脹螺栓與混凝土平臺固定牢固，鋼柱頂端增架1段長1.5 m的接長段，以增加鋼柱端部固定的錨固長度。

圖3 鋼柱吊裝支架示意

2.1.3 鋼管柱吊裝垂直度控制

鋼管柱根部進入洞口前，將鋼管穩(wěn)定住，在柱頂相互垂直的2個面上，安裝單軸傾角傳感器，然后用經(jīng)緯儀觀測鋼管的垂直度。在經(jīng)緯儀確認(rèn)鋼管柱垂直后，通過控制器將傾角傳感器歸零，此時在調(diào)垂儀的顯示屏上顯示的鋼柱2個方向的垂直度偏差都為“±0.000”，在儀器歸零時鋼管柱不能有晃動。

鋼柱插入孔中，柱頂標(biāo)高、位移調(diào)整完畢后，進行垂直度校正。在安裝階段的垂直度校正，可打開調(diào)垂儀，讀取x、y方向垂直度偏差，并啟動液壓千斤頂進行調(diào)整。

在灌注樁澆灌混凝土?xí)r，鋼柱上部錨固端短，支架無法完全固定鋼柱使其在澆灌混凝土?xí)r下部不發(fā)生移動。垂直度控制系統(tǒng)可以通過傾角傳感器，將鋼柱垂直度即時信息傳給計算機，由計算機發(fā)指令給液壓千斤頂（油泵），千斤頂根據(jù)指令橫向頂升鋼柱，使鋼柱垂直度達到要求，這樣調(diào)垂系統(tǒng)能在澆灌混凝土的動態(tài)過程中隨時對垂直度接近臨界狀態(tài)的鋼柱進行調(diào)整（圖4）。

圖4 逆作法鋼柱垂直度控制示意

2.2 調(diào)垂系統(tǒng)原理

整個調(diào)垂系統(tǒng)由1臺液壓泵控制4個液壓油缸，每2個油缸帶有1個比例閥，可以實現(xiàn)伸出、縮回動作的切換。選擇液壓泵主要依據(jù)系統(tǒng)內(nèi)4個頂升缸的規(guī)格、需要的頂升速度，并充分考慮液壓泵的流量對控制精度的影響。整個系統(tǒng)只選用1臺泵，可以提高系統(tǒng)的可靠性、簡化操作、提高效率?？刂葡到y(tǒng)在泵站上設(shè)有1個主控制器，操作箱通過有線傳輸與主控制器連接，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的集中控制、數(shù)據(jù)采集以及各種故障的報警。操作箱上的觸摸屏可通過總線與主控制器通信，實時傳遞各種參數(shù)、指令信號，同時可以輸出、保存所需數(shù)據(jù)。在自動控制狀態(tài)下、一般主畫面顯示各主要參數(shù)，如壓力、時間以及報警數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由安裝在各個點的傳感器采集并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。同時在手動操作狀態(tài)下，各子畫面可顯示詳細(xì)數(shù)據(jù)，同時配合按鈕、手柄操作控制設(shè)備、設(shè)置各種參數(shù)。電子控制系統(tǒng)是實現(xiàn)垂直度調(diào)節(jié)的關(guān)鍵。我們提供的控制系統(tǒng)是基于閉環(huán)控制系統(tǒng)理論，將鋼立柱上安裝的各傾角傳感器所采集的傾角信號作為受控參數(shù)，各液壓千斤頂受力腔內(nèi)產(chǎn)生的壓強信號作為參考量。通過傳感器采集這些信號，并將其傳輸至控制器。控制器接受并處理這些信號，通過控制各比例閥實現(xiàn)各油缸的進退動作，從而實現(xiàn)垂直度的調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)整過程中的誤差無法被修正時，系統(tǒng)發(fā)出錯誤報警指令，停止各執(zhí)行油缸的動作。直到該錯誤被修復(fù)，并得到操作者重新工作的指令，系統(tǒng)才恢復(fù)工作。

在使用調(diào)垂系統(tǒng)進行逆作法鋼柱垂直度校正時，需做好以下工作：

1）按照設(shè)備安裝要求安裝完成后，確認(rèn)系統(tǒng)連接的完整性和各點對應(yīng)關(guān)系的正確性。

2）單軸傾角傳感器和油缸（千斤頂）位置的放置精度直接影響到系統(tǒng)的調(diào)整精度，傳感器的傾角方向與油缸方向一致，并注意安放位置的精度。

3）按要求設(shè)置各種參數(shù)（傳感器歸零、油缸的最大頂升力等）。

4）油缸進入保壓狀態(tài)，并可在屏幕上實時監(jiān)控傾斜度情況。

5）系統(tǒng)自動將所選定的鋼立柱垂直度調(diào)整至要求范圍，如有特殊情況造成系統(tǒng)報警時需由工作人員確認(rèn)報警原因及相應(yīng)處理措施。

3 結(jié)語

鋼柱調(diào)整到位后可進行灌注樁和鋼柱內(nèi)的混凝土澆搗，澆搗過程中調(diào)垂儀對鋼柱垂直度進行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)鋼柱垂直度超過1/600或接近臨界狀態(tài)，應(yīng)用調(diào)垂儀進行調(diào)整，使其在允許范圍之內(nèi)。根據(jù)本工程實施情況，在混凝土澆灌過程中采用調(diào)垂儀進行垂直度校正時，只能在混凝土進入鋼管前進行，一旦混凝土進入鋼管，調(diào)垂儀千斤頂無法校正鋼柱，只能監(jiān)測鋼管柱垂直度變化，并指導(dǎo)投放石子方向（在一樁一柱施工中，為使鋼管內(nèi)混凝土與鋼管外泥漿壓力差保持平衡，需用石子填充鋼管與孔壁之間的空隙），以減少垂直度誤差和控制誤差擴大，該地下鋼柱逆作法垂直度控制技術(shù)，可為同類工程施工作參考。