豎向支撐柱調(diào)垂技術(shù)

1、豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)引言在我國，逆作法技術(shù)始于上世紀(jì)90年代初，經(jīng)過20余年的發(fā)展，已逐漸形成區(qū)別于傳統(tǒng)順作工藝的獨(dú)立體系，設(shè)計(jì)、施工等方面的專項(xiàng)技術(shù)工藝以及安全、質(zhì)量控制措施。其中，豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)作為逆作工藝中的一項(xiàng)核心技術(shù)，直接影響到逆作豎向支承體系的承載能力及穩(wěn)定性，從而制約著逆作工藝的發(fā)展。換言之，豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)的每一次突破，也必然引領(lǐng)著逆作技術(shù)的整體發(fā)展。因此，本文將對(duì)至今為止較常用的豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)進(jìn)行回顧及總結(jié)，并對(duì)其今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。1、概述豎向支承柱系指采用鋼立柱插入樁基的逆作法豎向支承系統(tǒng)形式，是基坑逆作實(shí)施期間的關(guān)鍵構(gòu)件。其施工方式主要有先插法及后插法

2、，其中先插法是指豎向支撐柱施工中，先安放鋼支承柱，后澆筑支承樁混凝土的豎向支承柱的施工方式；后插法是指豎向支承柱施工中，先澆筑支承樁混凝土，在混凝土初凝前插入鋼支承柱的豎向支承樁柱的施工方式。在基坑逆作開挖實(shí)施階段，豎向支承樁柱承受已澆筑的主體結(jié)構(gòu)梁板自重和施工超載等荷載；而在地下室底板澆筑完成、逆作階段結(jié)束以后，與底板連接成整體，作為地下室結(jié)構(gòu)的一部分，將上部結(jié)構(gòu)等荷載傳遞給地基。因此豎向支承樁柱構(gòu)件必須具備足夠的強(qiáng)度、剛度并具有相應(yīng)承載能力。作為逆作體系中的核心構(gòu)件，在施工中，豎向支承樁柱的垂直精度要求是確保逆作工程質(zhì)量、安全的核心要素，決定著逆作技術(shù)的深度與高度。而與之相對(duì)應(yīng)的豎向支承柱

3、調(diào)垂設(shè)備及糾偏技術(shù)的不斷發(fā)展，亦是逆作技術(shù)不斷進(jìn)步、成熟、發(fā)展的縮影。2、豎向支承柱調(diào)垂系統(tǒng)2.1 氣囊法調(diào)垂系統(tǒng)氣囊法調(diào)垂是首次通過輔助設(shè)備，對(duì)豎向支承柱的垂直度進(jìn)行有效的系統(tǒng)糾偏，以達(dá)到控制豎向支承柱垂直精度的目標(biāo)。氣囊法調(diào)垂系統(tǒng)主要有：傳感器、電腦及程序、空壓機(jī)、氣囊、壓電磁氣筏等組成。圖1  氣囊法調(diào)垂系統(tǒng)示意圖工程實(shí)施中，將氣囊和進(jìn)氣管綁扎固定在鋼絲繩上，氣囊中心要在豎向支承柱綴板中心。每根鋼立柱4組氣囊，分別控制正交方向的傾斜度。氣囊布置在地下10m處，為防充氣時(shí)氣囊的相互影響，兩對(duì)氣囊應(yīng)上下錯(cuò)開設(shè)置。圖2  氣囊法調(diào)垂實(shí)施情況氣囊法調(diào)垂系統(tǒng)能適用于各種類型的豎

4、向支承柱的垂直度校正，是早期開發(fā)的一種普適性的調(diào)垂技術(shù)，其通過外部設(shè)備對(duì)豎向支承樁柱施工進(jìn)行垂直度糾偏的技術(shù)路線對(duì)逆作法技術(shù)的發(fā)展具有里程碑式的意義。氣囊法調(diào)垂系統(tǒng)及相關(guān)工藝首開豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)先河，但其缺點(diǎn)及局限性亦是顯而易見的，可主要概括為以下兩方面：(1)  氣囊法調(diào)垂精度僅達(dá)到1/200，調(diào)垂精度較差，調(diào)垂效果不佳；(2)  在調(diào)垂糾偏過程中，帆布?xì)饽页１豢妆阢^破而無法使用，或埋入混凝土而難以回收，造成工期的延誤及成本的增加。2.2校正架法調(diào)垂系統(tǒng)校正架法調(diào)垂通過機(jī)械設(shè)備的頂進(jìn)以實(shí)現(xiàn)豎向支承樁柱垂直度的調(diào)節(jié)控制，有效克服了氣囊法調(diào)垂的缺陷與不足，調(diào)垂設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，

5、經(jīng)久耐用，調(diào)垂精度可達(dá)1/300以上，是目前應(yīng)用較廣的調(diào)垂系統(tǒng)。圖3  調(diào)垂校正架校正架法調(diào)垂系統(tǒng)主要包括：上部校正鋼架、輔助底盤、校正頂進(jìn)螺栓等組成。校正鋼架必須有足夠的剛度并且高度不小于3m。施工中，校正架與輔助底盤連接牢固，校正架本身垂直度由兩臺(tái)經(jīng)緯儀控制。工程實(shí)施中，對(duì)需要調(diào)垂的豎向支承柱頂加長(zhǎng)或設(shè)置一段工具柱，將支撐柱在輔助底盤上定位并固定，用兩臺(tái)經(jīng)緯儀雙向控制鋼管上端的垂直度，使安放好的鋼管上口居于校正架中心位置，底部中心與樁位的中心重合。調(diào)垂中，調(diào)整校正架上端的四只螺栓進(jìn)行校正，通過校正架對(duì)支撐柱加長(zhǎng)段（或工具柱）頂端進(jìn)行校正，待上、下二點(diǎn)垂直后，固定下端螺栓，完成支撐

6、柱的調(diào)垂糾偏。校正架法是目前較為普遍的豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)，標(biāo)志著豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)的逐步完善與成熟，具有以下特點(diǎn)：(1)  調(diào)垂設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)久耐用，能有效地保障施工并循環(huán)利用；(2)  調(diào)垂工藝成熟，各道工序銜接連貫，工人易于掌握操作，可操作性強(qiáng)；(3)  調(diào)垂精度最高可達(dá)到1/300以上，滿足多數(shù)逆作工程對(duì)豎向支承樁柱垂直精度的要求。校正架法調(diào)垂具有工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在勞動(dòng)力配置量大、系統(tǒng)誤差疊加效應(yīng)顯著以及人為操作中的主觀不確定因素等不足，同時(shí)不利于大自重構(gòu)件的安裝，樁混凝土澆筑需采用泵送技術(shù)，增加了成本。2.3  調(diào)垂盤法調(diào)垂

7、系統(tǒng)調(diào)垂盤法是校正架法的平面簡(jiǎn)化，也是現(xiàn)階段較常用的豎向支承柱調(diào)垂系統(tǒng)，主要由調(diào)垂盤支架、調(diào)垂盤及豎向螺栓頂升裝置等組成（如圖4所示）。其調(diào)垂原理是通過以調(diào)垂盤與豎向支承柱垂直緊固為前提，通過調(diào)節(jié)調(diào)垂盤的平面水平，達(dá)到支承柱垂直度校正的效果。工程實(shí)施中，調(diào)垂盤支架固定于地坪上，提供剛度及反力；調(diào)垂盤與支撐柱箍緊形成剛性連接，并通過調(diào)節(jié)四面的頂升裝置，實(shí)現(xiàn)垂直度調(diào)節(jié)。同時(shí)，調(diào)垂盤可在支架范圍內(nèi)水平方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平面位置調(diào)節(jié)。圖4  調(diào)垂盤法調(diào)垂調(diào)垂盤法較校正架法而言，更適用于對(duì)超重鋼柱的調(diào)垂，其機(jī)械構(gòu)造更加簡(jiǎn)單，便于安裝拆卸、操作施工，在工程應(yīng)用中更簡(jiǎn)單靈便，可直接進(jìn)行混凝土澆筑，其調(diào)

8、垂精度可達(dá)1/300以上。缺點(diǎn)是調(diào)垂的同時(shí)還要調(diào)整立柱中心，反復(fù)操作，時(shí)間較長(zhǎng)。2.4  液壓調(diào)垂盤法調(diào)垂系統(tǒng)液壓調(diào)垂盤法調(diào)垂系統(tǒng)是對(duì)調(diào)垂盤法系統(tǒng)的自動(dòng)化改造，主要包括：調(diào)垂盤、液壓頂升裝置、數(shù)控系統(tǒng)等組成，其主要調(diào)垂原理與調(diào)垂盤法調(diào)垂系統(tǒng)基本相同。圖5  液壓調(diào)垂盤法調(diào)垂系統(tǒng)工程實(shí)施中，調(diào)垂盤通過地錨與硬地坪連接，再通過控制相互正交的四點(diǎn)液壓頂升裝置，實(shí)現(xiàn)支承柱垂直度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。液壓調(diào)垂盤法調(diào)垂系統(tǒng)通過對(duì)調(diào)垂盤系統(tǒng)的自動(dòng)化改造，能有效的降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約勞動(dòng)力，但對(duì)設(shè)備操作人員的專業(yè)化要求較高，且目前還未能形成水平方向調(diào)節(jié)，調(diào)平過程中支承柱頂中心位置易發(fā)生水平偏差。2.5

9、孔下調(diào)垂機(jī)構(gòu)法調(diào)垂系統(tǒng)孔下調(diào)垂機(jī)構(gòu)法是通過在支承柱下端正交方向各焊接1組調(diào)垂機(jī)構(gòu)，通過調(diào)垂機(jī)構(gòu)頂樁孔壁以實(shí)現(xiàn)支承柱垂直度的調(diào)節(jié)。該調(diào)垂系統(tǒng)主要包括：孔下調(diào)垂機(jī)構(gòu)、可拆卸式長(zhǎng)螺桿等裝置。圖6  孔下調(diào)垂機(jī)構(gòu)法調(diào)垂系統(tǒng)該法操作簡(jiǎn)單，調(diào)垂精度較高，可達(dá)1/500以上，但對(duì)孔壁的穩(wěn)定性要求比較高，適合在土層穩(wěn)定，能提供有效反力的地質(zhì)條件下施工，在軟土地基樁基施工中要選擇合適的土層作為調(diào)垂機(jī)構(gòu)的反力。無法實(shí)現(xiàn)調(diào)垂機(jī)構(gòu)的回收，成本巨大。2.6  孔下液壓調(diào)垂法系統(tǒng)孔下液壓調(diào)垂法系統(tǒng)為全自動(dòng)調(diào)垂系統(tǒng)，由主站、控制站（又稱為從站）、傳感器模塊、液壓工作站等裝置組成?？刂葡到y(tǒng)采用了數(shù)字傾角傳

10、感器對(duì)支承柱的傾斜度進(jìn)行測(cè)量，并采用無線數(shù)傳模塊在傳感器與控制站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，經(jīng)過控制計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，用液壓裝置對(duì)支承柱進(jìn)行糾偏，以達(dá)到使支承柱保持垂直的目的。圖7  孔下液壓調(diào)垂法調(diào)垂系統(tǒng)在支承柱垂直度控制系統(tǒng)中的每個(gè)控制站上都配有一臺(tái)液壓工作站，作為控制支承柱垂直度的執(zhí)行部件。每臺(tái)液壓工作站是由三套同樣的油缸液壓控制回路組成的。每套液壓控制回路中都有換向閥、鎖閥、節(jié)流閥、液控單向閥、背壓閥、以及壓力繼電器和壓力表，對(duì)油缸進(jìn)行控制。圖9 液壓工作站系統(tǒng)該系統(tǒng)將調(diào)垂系統(tǒng)固定在樁護(hù)筒上，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)調(diào)垂，操作簡(jiǎn)單、高效，調(diào)垂系統(tǒng)可回收重復(fù)使用。但是，由于需要事先埋設(shè)大直徑深

11、護(hù)筒，受護(hù)筒埋設(shè)深度的限制，調(diào)垂力臂較短，調(diào)垂精度一般在1/500以內(nèi)。2.7  HDC高精度液壓調(diào)垂系統(tǒng)HDC高精度液壓調(diào)垂系統(tǒng)是數(shù)字傳感技術(shù)與逆作調(diào)垂工藝的有機(jī)結(jié)合，代表著當(dāng)今世界最先進(jìn)的新一代豎向支承樁柱調(diào)垂技術(shù)。該系統(tǒng)主要由上、下液壓抱閘、豎向液壓垂直插拔裝置以及孔內(nèi)導(dǎo)向糾偏裝置組成。施工過程中，將鋼立柱垂直向下插入支承樁中，邊插邊利用安裝在鋼立柱樁上的測(cè)斜儀隨時(shí)監(jiān)測(cè)鋼立柱的垂直度，全程施行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，時(shí)時(shí)調(diào)整垂直度，直至鋼立柱插入達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。圖9  HDC高精度鋼立柱安裝系統(tǒng)HDC高精度液壓調(diào)垂系統(tǒng)融合了國內(nèi)、外同類施工方法的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)方法不能進(jìn)行糾偏的不足

12、，具有可靠度高、自動(dòng)化程度高、調(diào)垂精度高和調(diào)垂成本低等特點(diǎn)，使支承柱的安裝垂直度能夠達(dá)到1/1000。由于是后插法，可以實(shí)現(xiàn)豎向支撐鋼管內(nèi)混凝土干作業(yè)，質(zhì)量更可靠。3、支承柱的垂直度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)支承柱的垂直度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要有傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、測(cè)斜管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、激光傾斜儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。3.1  傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種早期應(yīng)用較廣的方法。安裝傳感器時(shí)，分別在正交方向設(shè)置傳感器，固定其上下兩端。在正式使用前，還必須對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)試。首先傳感器線路接好并臨時(shí)固定，將傳感器上的電線沿鋼管柱臨時(shí)固定，一直接至鋼管柱底，在起吊鋼管柱時(shí)，先采用一臺(tái)經(jīng)緯儀在一個(gè)方向校核，控制鋼管柱的垂直度，使之豎直，

13、此時(shí)測(cè)出對(duì)應(yīng)傳感器的初始讀數(shù)，再用經(jīng)緯儀從另一方向按上述方法校核另一側(cè)的垂直度，并讀出另一傳感器的初始讀數(shù)，以此數(shù)據(jù)作為傳感器的初始值歸零，消除其對(duì)今后施工的影響。該方法的缺點(diǎn)是  傳感器的安裝要求精度高，操作復(fù)雜。圖10  傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)3.2  測(cè)斜管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)斜管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可采用鋼管或PVC管。使用時(shí)，測(cè)斜管與豎向支承柱采用環(huán)箍固定，與豎向支承柱平行，以確保測(cè)斜管測(cè)試垂直度能代表豎向支承柱安放垂直度。該方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，測(cè)量的數(shù)據(jù)可靠。缺點(diǎn)是在調(diào)垂過程中，需反復(fù)測(cè)量測(cè)斜管的垂直度，并經(jīng)過換算，給出調(diào)垂的數(shù)據(jù)，自動(dòng)化程度低。圖11  測(cè)斜管監(jiān)測(cè)系

14、統(tǒng)3.3  激光傾斜儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)激光傾斜儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是激光器和傾斜儀的有機(jī)組合，激光傾斜儀在鋼構(gòu)柱上要精確定位并保證足夠高的精度。工程中，首先將微型激光器巧妙的與高精度傾角傳感器結(jié)合成一個(gè)整體，確保能利用激光定位快速安裝高精度傾角傳感器，并保證足夠的定位精度。安裝時(shí)調(diào)整激光傾斜儀的調(diào)整裝置令激光束與鋼立柱管柱體母線平行,達(dá)到鋼格構(gòu)柱管體與傳感器定位安裝面相互垂直的目的。當(dāng)鋼立柱管體下到樁孔中,激光傾斜儀即可實(shí)時(shí)輸出鋼格構(gòu)柱管體的傾斜變化。該法在調(diào)垂過程中能即時(shí)給出調(diào)整數(shù)據(jù)，便于調(diào)垂施工，缺點(diǎn)是測(cè)斜系統(tǒng)安裝精度要求高，操作時(shí)間長(zhǎng)，而且在吊裝過程中要嚴(yán)格保證測(cè)斜系統(tǒng)不能被碰到，否則其反應(yīng)的數(shù)據(jù)容易失真。圖12  激光測(cè)斜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、總結(jié)隨著逆作法技術(shù)的發(fā)展與推廣，豎向支承柱調(diào)垂技術(shù)已趨于成熟，并向著更多元化的軌道上發(fā)展，以適應(yīng)不同類型、不同技術(shù)特點(diǎn)的逆作工程的施工需要，總體而言包括以下三方面的發(fā)展趨勢(shì)：(1)  就調(diào)垂系統(tǒng)而言，高精度、數(shù)字