一体化施工中钢立柱高精度调垂定位技术研究

孙春娥 李晓璐 孟丽娟

中建二局第二建筑工程有限公司 江苏 南京 210000

1 工程概况

本工程三层地下室采用一体化(半逆做法)形式施工，相对传统施工工艺而言，针对本工程一体化逆做法主要是采取排桩(钢筋混凝土灌注桩排桩作为外维护结构)+3层地下室梁、板、柱作为一体化内撑(支撑结构空间)，进行内部结构施工。

逆做法中的钢立柱主要采用Q345B直径为550-700 mm的卷制焊接钢管及Q390B十字形型钢柱作为竖向支撑结构构件，钢管混凝土立柱内填C60的水下混凝土，在结构受力较大的办公楼、酒店塔楼地下室要求顺做外包钢筋混凝土形成叠合柱以外，在地下室的其它区域兼做地下室框架柱，外包防护层。其中最大单根型钢立柱长约22.4 m，重约86.3吨。

本工程钢立柱测垂及定位方式采用激光红外线仪实时测量+固定架调垂法进行钢立柱的调垂及水平监控施工。

2 施工方法

半全自动化激光测量设备主要由激光红外测量设备、调垂段、型钢调垂架三部分组成。其中激光红外线测量设备主要用于立柱的定位及垂直度的实施监控，为立柱桩调垂的主要控制方式，调垂段是钢立柱的工具段主要用于钢立柱插入灌注桩后地面的调垂及水平调整的辅助措施，型钢调垂架分为上下两层，高度为3.2 m，主要是在自动调垂仪器实施数据反馈后。通过上下两层各四个方向千斤顶通过人工干预方式对钢立柱的垂直度、水平位移进行调整的主要措施。

2.1 激光测量设备的工作原理 实时监测系统是将激光的原理+倾斜仪的原理+GPS有机结合起来的一种内部带有微型激光发射器的高精度仪器，通过激光发射器发出的光束找出倾斜仪在钢管柱上的安装面，在钢管柱竖起后即可利用倾斜仪的输出实时监测钢管柱的倾斜状态，通过程序设计，倾斜仪可以直接与电脑连接或配套的显示仪表连接，直观的反映出被测物的垂直度，倾斜角度和偏移尺寸。

2.2 钢立柱实时监测施工工艺

2.2.1 钢立柱桩定位

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1、钢立柱桩定位主要是确定桩具体位置，主要用于成孔及灌注桩使用。定位前应将自然所使用场地整体硬化。

2、桩中心定位完成后采用红色三角油漆进行对称标识，然后依据桩成孔直径及护筒直径以桩中心为圆心华图护筒范围。

3、护筒范围确定后采用小型镐机将护筒范围内混凝土凿除，并埋设护筒。

2.2.2 激光测垂仪器安装

1、安装前将钢立柱主要技术参数提前录入，并与GPS定位仪或全站仪配合使用，确保精度。

2、安装时，先把钢管柱水平安放(用长水平尺测)，对钢管柱两头取中心，再吊线垂取管柱面顶点，调整红外线激光仪的调整装置令激光束与钢管柱柱体母线平行，达到钢管柱管体与传感器定位安装面相互垂直的目的。

3、当钢立柱管体下到灌注桩孔中，红外线激光仪即可实时输出钢管柱管体的倾斜变化。

2.2.3 调垂架安装

1、调垂架是现阶段较常用的竖向支承柱调垂系统，主要由调垂支架、上下各4个千斤顶等装置组成。

2、其调垂原理是通过以调垂架与竖向支承柱垂直紧固为前提，通过调节调垂架的两组千斤顶，达到支承柱垂直度及水平校正的效果。

3、调垂架固定于地坪上，提供刚度及反力(测垂仪器显示数据的反方向)。

4、吊机调垂架就位，复核调垂架对中，在四个脚位置采用4只膨胀螺栓与硬化地面固定。

5、使调垂架的上、下安装千斤顶的钢圆圈中心与桩位中心在同一垂直线上。

6、将调直架调整水平，并微调重新校核其中心位置与桩孔中心重合，达到要求后即进行吊装钢立柱。

2.2.4 钢立柱水平向及垂直度调整 钢立柱自吊装开始，实施数据将通过电子显示屏实时反应，待钢立柱安装至设计标高，定位架固定后可进行水平向及垂直度微调，监测系统将会出现两种情况:情况一为完全垂直状态仅需进行水平微调。情况二为不完全垂直状态需进行微调。

情况1:完全垂直状态。激光红外线仪安装定位后随钢管柱被吊起下放，钢立柱处于完全垂直状态时，钢管柱与红外线激光仪的铅垂线重合，既:红外线激光仪测出与钢立柱偏斜零度。因为倾斜仪的测量轴线与钢管柱母线L平行(通过仪器安装激光定位保证)，所以倾斜仪的测量轴线与其铅垂线的角度也就是钢管柱的轴线(或某一条能代表钢管柱轴线的母线)与铅垂线的角度一致。此时仅需要根据显示屏中X与Y轴显示偏差通过上下层的千斤顶的不同方向调整，直至归零即可。

情况2:不完全垂直状态。钢管柱有一定偏斜时，倾斜仪的测量轴线与倾斜仪的铅垂线就有一个角度实时输出，也就是钢管柱的轴线(或某一条能代表钢管柱轴线的母线)与倾斜仪的铅垂线的角度实时输出，因为倾斜仪的测量轴线就是激光轴线，也就是钢管柱的轴线(或某一条能代表钢管柱轴线的母线)。

据不同工况下反馈的信息判定偏差方位，调节调垂架的调节杆，最终使得红外线激光仪位移读数X和Y归零，直到满足要求，垂直度调节完成。

调垂的基本原则:先调平面即(X/Y向)再调垂直度。

3 结束语

在一体化(半逆作法)施工的特殊情况下，钢立柱作为正式结构使用在一体化阶段承担着较大荷载的传递，其垂直度及水平向控制精度的效果，直接检验着后续施工可能带来的诸多情况，经过项目施工的实际检验，此种调垂定位技术普遍能够将垂直度控制在1/600，水平位移控制在10 mm，符合设计标准要求，具有广泛的应用价值。同时通过此种技术的应用，也使工程与之类似或相关的一些方面得到扩展，目前正在积极有序研发中。