逆作法一柱一桩调垂技术研究

佘远逢

（南京市江宁区建设工程质量监督站，江苏 南京 211100）

0 引言

项目采用的逆作法一柱一桩施工技术，保证永久使用的立柱桩的垂直度和轴线定位关系到整体结构安全。当前市场上调垂设备众多，但调垂的效果不是都能满足设计要求。本工程建筑体量大，工期紧，要确保一次性完成到位，就需要先进的调垂设备。本文介绍的一种调垂技术是采用激光测斜仪配合调垂架的工作达到确保立柱桩满足垂直度和轴线定位要求。

1 工程概况

项目位于南京南站南广场，项目规划拟建 1 栋酒店式公寓，3 栋办公以及商业裙房及中央景观地下商业建筑（地下下沉式广场）；建设用地面积 60 505.58 m2，总建筑面积约为 251 165.43 m2（其中地上建筑面积约 159 566.73 m2、地下建筑面积约 91 598.70 m2）。本工程在位于 A 地块的 A03 幢采用逆作法做工。采用逆作法部位的桩基及钢管混凝土柱要求如下。

桩径 1 400 mm，预估桩长 16～20 m，入中风化岩层 5.6 m。钢管柱截面尺寸为 600 mm×600 mm ×25 mm，长度按承台分为 13.7 m 和 14.2 m，插入桩内 2.5 m。钢管混凝土柱均采用 Q345B 钢材，柱端头板、加劲板、抗剪环材质同母材。桩身与钢管柱内都灌注水下 C40 混凝土。

2 逆作法一柱一桩用钢立柱施工顺序

硬地坪上放出桩位纵横轴线→护筒埋设→桩机就位对中调平→钻孔成孔→第一次清孔→钻机移位→焊接安放→下笼、注浆管→安放校正架→钢管柱对中、调垂、固定→下导管→第二清孔→水下混凝土灌注→待混凝土凝固→拆除定位架→起拔护筒。

3 一柱一桩调垂技术

3.1 调垂前的准备工作

钻机就位前，对整个施工场地进行硬化，硬化厚度250 m m，采用 C30 商品混凝土，内配单层双向 Φ14@250 钢筋。在桩孔位置，桩孔半径外延范围采用素混凝土硬化处理。素混凝土与外部钢筋混凝土设置分格缝，分格缝采用木模板填实。待混凝土平台达到 7 d 强度后方可行驶机械，为旋挖钻机提供坚固、稳定的工作平台。下部钻孔灌注桩成孔质量、桩位偏差达到 GB 50202－2018《建筑地基基础工程施工质量验收规范》等规范及设计要求，桩内钢筋笼已经安放到位，相应辅助工具已就位。

本工程一桩一柱垂直度偏差要求较高，钢立柱垂直度＜1/300，精度控制要求较高。为达到较高的施工质量，保证一桩一柱的垂直度，必须为旋挖机、大型机械设备及施工过程中调垂支架的固定提供一个稳定的作业平面，故采取硬化地坪的方案以保证。

本工程中的钢管桩的孔径为φ1 400；为减少提钻次数，钻孔时直接采用φ1 400钻头钻至设计位置，终孔；为保证桩孔的垂直度，钻头开始钻进时，要注意轻压慢转，待钻进 1～4 m 后再以正常参数施工。现场安排测量员，用 GPS 测量出桩点位后，用十字线将桩位点定位。在桩位点上下左右各 1 150 mm 处再放出 4 个定位点位，用于后期的调垂架及钢管柱方位的测量复线。根据现场土质情况埋设 4 m 长内径 1 450 mm 的护筒，开钻前再次复测护筒桩位，钻机调平、对中。旋挖钻机将钻头对准桩位点中十字线点，由于钻机具备钻杆调垂功能，在钻进过程中发现钻杆偏移，可进行垂直度调整，从而确保钻杆垂直，桩孔也可确保垂直。

利用前面设置的上下左右 1 150 mm 的定位点，再次将桩位点定位挂十字线，用调垂架对中桩位十字调平。下一步根据方案中的钢管柱的调垂要求，将钢管柱在调垂架上调好后，依据红外线激光显示仪进行调整，当垂直度＞1/300 以后再固定。

3.2 护筒的埋设和清孔

护筒的中心线和桩位中心线偏差＜10 mm，护筒底部深入原状土层至少 200 mm。定位后的护筒与孔壁之间用素土挤密夯实，以增大护筒的侧摩阻力。旋挖钻机的成孔垂直度≤1/300，控制孔底沉渣厚度应＜5 cm。在挖埋护筒前采用 GPS 进行测量一次；在埋设护筒后复测一次使护筒中心偏差≤50 mm，并做好标记，然后用水准仪测量护筒标高，并做好测量记录。在钻机就位后，检查钻机是否对准芯标记。

3.3 下放桩钢筋笼 安装低位调垂架

将四边中心刻有“十字”线记号的定位调垂架与混凝土地坪上的轴线控制点对齐，确保钢管柱（格构柱）安装后对准桩位的中心及对准 X 与 Y 支撑的轴线，且与各边与轴线垂直或平行。用 GPS 测量定位校正架四周，确保定位校正架安装在水平面上，立柱定位底架与地面预埋螺栓铆接必须牢固（见图1）。

图1 调垂架的安装

在孔深达到设计位置，并满足施工要求后，即可终孔报验，并做成孔检测。开始下钢筋笼，钢筋笼外侧按图纸要求均匀布置 5 cm 保护垫块，这样在保证桩孔垂直的情况下，钢筋笼也是垂直放入桩孔，并在钢筋笼锚筋上口加一根加强箍，有利钢立柱的下放。

3.4 激光测斜仪的安装和下放钢管柱

根据图纸设计要求，钢管柱应插入桩身 2.5 m。下放钢筋笼、钢管柱前要安装好激光测斜仪。本工程对格构柱的垂直度实时测量设备是激光测斜仪。激光测斜仪是激光器和倾斜仪的组合。通过激光束的精确指示，调整出倾斜仪在钢立柱柱管上的安装位置，使得激光束与钢立柱管柱体母线平行。在钢立柱竖起后，倾斜仪可与连接配套的显示仪表，直观反映出被测物的垂直度、倾斜角度、偏移尺寸，及钢立柱的 X、Y 向（如果是双向倾斜仪）的倾角等信息。最终实现倾斜仪实时监测输出钢立柱柱管的倾斜状态。如果辅以相关的调垂设备，即可完成对钢立柱垂直度的实时监测和调整工作，如图2～3 所示。

图2 仪器安装图

图3 垂直度实时调控示意图

3.5 放置低位调垂架

采用低位调垂架，如图4 所示。通过定位好的十字线引出桩心位置，并调整调垂架的中心处于桩心。定位架的高度为 500 mm，为方便调垂架的校正，钢管柱的长度加工时也相应增加长度至自然地坪以上 1 100 mm。桩帽在定位架内，立柱（钢管柱）的顶端用滑板夹紧后，紧固螺栓与桩帽，为保证桩帽与立柱同一水平线需在现场拼接。桩体与定位架固定以后，通过测量装置显示，用千斤顶调整方位进行校正。

图4 低位矫正架固定

3.6 垂直度检测及矫正控制

利用激光测斜仪垂直度读数对钢管垂直度进行调整，监测每根垂直度形成书面记录。选用符合起重量要求的吊车，起吊应先进行试吊，检查钢立柱稳定后的状态是否符合要求；如不符合，调整吊点，重新起吊。钢立柱垂直插入调垂架后，缓慢下放至桩孔口的钢筋笼内。另外，钢立柱刚起吊和快插到位时，要确保激光倾斜仪的安全，整个过程不得出现对仪器的碰撞。

为了保证钢管柱内的混凝土浇灌质量，确保进入劲性柱内的混凝土达到设计要求，采取一次性不分层水下混凝土灌注工艺。向钢管柱内插入灌注混凝土导管，并进行二次清孔。按常规进行水下混凝土灌注，在施工过程中，由专人负责混凝土面上升的高度监测。当钢管内混凝土达到设计指定的混凝土高度时，调整控制好导管在混凝土内的插入深度及灌注的速度。在钢管柱内灌注高标号混凝土达到设计指定的桩顶标高以上 1 m，此时开始四周回填碎石。采用中碎回填，观察测斜仪数据后，当桩顶部位混凝土被压住后，继续浇筑混凝土，同时观察测斜仪数据，进行调整确保满足设计要求并继续灌混凝土并同时测量混凝土上升面。当钢管口充分泛混凝土后，灌混凝土结束。

当钢立柱放到调垂架对应位置后，固定好钢立柱使之与调垂架连为一体。连接好激光倾斜仪和显示器等，即可直观地反映出被测物的垂直度、倾斜角度和偏移尺寸。据此以调整钢立柱的倾斜状态达到满足要求。实时监测应贯穿整个调垂过程［1］。

另外，检查调垂架卡位固定和着力情况，以确保往后的施工操作不会引起调垂架的晃动，导致钢立柱垂直度的变化。混凝土浇捣按施工要求进行，一般在将导管插进钢立柱时，以及浇捣完混凝土后拔除导管速度要慢而且轻，不得撞击钢立柱并随时纠正垂直度。混凝土浇捣到要求位置后，待混凝土终凝后，拆除激光倾斜仪等，并做好相关垂直度的数据记录。必须待混凝土浇筑完，并使混凝土完全终凝之后方能拆除调垂架（≥ 12 h），可以循环使用。调垂架的数量以满足施工进度的要求为原则［2］。

4 结语

逆作法一柱一桩调垂贯穿于桩柱施工的整个过程，最终的目的是确保桩的轴线偏差和垂直度偏差满足设计要求。本文介绍了如何控制桩的垂直度，总结以下几个要点。

1）检查实时监测系统相关仪器配件是否完整和正常工作。严格控制激光倾斜仪安放位置，防止施工过程中激光倾斜仪被钢格柱周围的泥浆等物体淹没、碰撞。

2）作业人员在吊运钢立柱时，经试吊后确定，而且一定要轻放，避免剧烈震动碰撞等。在钢立柱起吊前，一定要检查钢丝绳、绳卡、起吊系统等无恙后，方可操作，如有隐患及时排除。

3）钢立柱在下放过程中始终处于自由垂直状态，同时在两条轴线上分别架设经纬仪，跟踪钢立柱垂直度和中心位置，发现偏差及时调整。

4）在混凝土灌注完毕并等到终凝后，方可松动和撤除调垂架。

5）在混凝土灌注过程中，导管放在钢立柱中心位置，避免导管碰撞钢立柱。

6）在混凝土灌注完毕后，对钢立柱的垂直度进行检查，发生偏斜及时修正。立柱桩成孔垂直度≤1/200，立柱范围内的成孔垂直度≤1/300；立柱桩成孔垂直度应全数检查；立柱的轴线定位偏差不应＞10 mm，垂直度≤1/300；立柱桩可采用超声波透射法检测桩身完整性，桩身完整性应全数检测。钢管混凝土立柱应采用敲击法检测立柱质量，检测数量不应＜20 %。必要时可采用超声波透射法或钻孔取芯方法对立柱质量作进一步检测。