新型雙聯(lián)式全過程逆作立柱垂直度監(jiān)測工藝研究及應(yīng)用

馬躍強(qiáng) 龍莉波 劉 龍

1. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

隨著城市化進(jìn)程不斷加速，城市地下空間開發(fā)勢在必行，在城市核心城區(qū)的建筑密度不斷增大、施工場地日趨緊張、安全文明施工總體要求越來越高的情況下，逆作法日益成為城市地下空間開發(fā)的常用施工技術(shù)[1]。

在逆作施工階段，逆作立柱受力較為復(fù)雜，承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)梁板自重和施工荷載，并將上部結(jié)構(gòu)等荷載傳遞給樁基[2]。隨著基坑深度越來越深，設(shè)計對逆作立柱的垂直度精度要求不低于1/600，甚至更高。逆作垂直度需要在施工全過程控制，除立柱隨鋼筋籠下放過程需要監(jiān)測外，后期澆筑樁身及管內(nèi)混凝土的振動、土方開挖、行車等對其垂直度都將產(chǎn)生影響，也需要進(jìn)行監(jiān)測。垂直度精度不高，將影響逆作豎向支承體系的承載能力和穩(wěn)定性，也影響后續(xù)結(jié)構(gòu)柱豎向鋼筋連接、外包混凝土施工等。如果偏差過大影響到后期施工，將產(chǎn)生較高的處理費(fèi)用。

針對常規(guī)一柱一樁垂直度監(jiān)測工藝的局限性，本文研發(fā)一種符合工藝要求的高精度、可實(shí)現(xiàn)一柱一樁施工全過程垂直度動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)。以上海核心城區(qū)某在建的超大超深逆作法基坑工程一柱一樁施工為例，系統(tǒng)介紹了新型調(diào)垂監(jiān)測的施工流程和應(yīng)用效果。

1 工程概況

工程位于上海市核心城區(qū)，項目占地總面積為1 675 000 m2，總建筑面積約1 137 000 m2，涵蓋辦公、酒店、保護(hù)建筑、商業(yè)、住宅等功能。地上建筑面積約702 000 m2，地下建筑面積約435 000 m2，分為南北2個場地，其中北場地分為逆作區(qū)域和順作T1塔樓區(qū)域（圖1）。地理位置緊鄰黃浦江畔，地貌屬于上海地區(qū)五大地貌單元中的濱海平原地貌類型，同時⑧層土層缺失，⑦、⑨層連通，地質(zhì)條件不良，黃浦江的潮汐效應(yīng)對地下室水位影響較大。

工程為超大超深群坑，共分為5個大基坑和6個小基坑（圖2）。為降低對周邊環(huán)境的影響、提供充足的施工場地和保障300 m超高層的關(guān)鍵進(jìn)度，29 297 m2的最大基坑（GL地塊）采用逆作法工藝?；悠毡殚_挖深度24.0 m，地下結(jié)構(gòu)4層，地上鋼結(jié)構(gòu)裙房6層，本逆作工程項目體量極大，為超大超深異形逆作法基坑。

圖1 建筑效果圖

圖2 逆作基坑與周邊基坑的空間關(guān)系

工程逆作法豎向支承體系采用“一柱一樁”形式，立柱鋼管為φ550 mm×16 mm、φ650 mm×20 mm，格構(gòu)柱為480 mm×480 mm（4∠200 mm×20 mm），鋼材等級Q345B，鋼管內(nèi)灌混凝土水下C60，鋼立柱插入工程樁樁身5.0 m，鉆孔灌注樁樁徑800 mm。為方便鋼立柱插入樁內(nèi)施工，插入段高度范圍樁徑擴(kuò)大至1 400 mm，具體逆作立柱樁主要參數(shù)見表1。為避免立柱樁出現(xiàn)較大的偏心彎矩，同時不影響后期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱的澆筑[3-4]，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求“一柱一樁”鋼管柱垂直度精度不低于1/600[5-6]。

表1 立柱樁參數(shù)

2 常規(guī)一柱一樁垂直度監(jiān)測的局限性

逆作法一柱一樁施工工藝：首先將鋼管吊裝至樁孔內(nèi)設(shè)計標(biāo)高位置并調(diào)垂完成，然后從鋼管內(nèi)下放導(dǎo)管進(jìn)行樁基及立柱鋼管內(nèi)混凝土的澆筑。常規(guī)的一柱一樁調(diào)垂工藝是在鋼管外或管內(nèi)安裝1臺激光測斜儀進(jìn)行垂直度監(jiān)測[2]，都存在局限性。

1）管外垂直度監(jiān)測單機(jī)監(jiān)測：采用在立柱外安裝1臺激光測斜儀與光靶來進(jìn)行鋼管（格構(gòu)柱）管身垂直度測量，此方法激光測斜儀與管身平行度控制精度較低，標(biāo)定效率低，同時無法考慮鋼管側(cè)面自身的垂直度偏差，因此無法反映一柱一樁的真實(shí)垂直度。

2）管內(nèi)垂直度單機(jī)監(jiān)測：利用圓心對圓心的原理解決了激光測斜儀與管身平行度控制精度較低的問題 ，但后期在澆筑樁身及管內(nèi)混凝土?xí)r，需拆除垂直度監(jiān)測儀，會造成無法量化后續(xù)施工工序，如振動、土方開挖、行車等對其垂直度造成的影響。

3 新型雙聯(lián)式全過程垂直度監(jiān)測的特點(diǎn)

鑒于工程對“一柱一樁”鋼管柱垂直度精度要求高、施工體量大的現(xiàn)狀，需研發(fā)一種符合工藝要求的高精度、可實(shí)現(xiàn)一柱一樁施工全過程垂直度動態(tài)監(jiān)測的系統(tǒng)。

新型一柱一樁施工雙聯(lián)式垂直度監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測精度高，設(shè)備操作簡單、攜帶方便、整機(jī)堅固耐用。結(jié)合逆作法一柱一樁施工工藝的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了針對逆作法一柱一樁施工垂直度的主副激光測斜儀雙聯(lián)、全過程高精度動態(tài)測量等主要目標(biāo)。

ICM-02建筑用高精度傾角傳感器是由上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心聯(lián)合上海西派埃自動化儀表公司研發(fā)的逆作法一柱一樁專用第三代垂直度動態(tài)監(jiān)測設(shè)備，此套設(shè)備主要組成包括手持式垂直度監(jiān)測儀及主、副2臺激光測斜儀，綜合了常規(guī)一柱一樁施工工藝的特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢，確保在一柱一樁施工過程中對鋼管柱垂直度的雙聯(lián)、全過程監(jiān)測及動態(tài)調(diào)整（圖3）。

圖3 ICM-02逆作用高精度傾角傳感器

4 新型雙聯(lián)式全過程垂直度監(jiān)測工藝流程

一柱一樁鋼管起吊樁孔前，需將主激光測斜儀與鋼管主體進(jìn)行平行度標(biāo)定。主激光測斜儀通過十字鋼板及調(diào)整基座固定于鋼管管口處，通過調(diào)節(jié)基座旋鈕控制激光線對準(zhǔn)管底處光靶中心，嚴(yán)格控制光靶形心偏差，使其小于5 mm，保證將主激光測斜儀與鋼管管身平行度控制在1/2 000以上，確保鋼管起吊后主激光測斜儀的垂直度讀數(shù)可準(zhǔn)確反映鋼管垂直度[1,5-6]。研制的可調(diào)式碳纖維光靶定位精度高，適用于不同內(nèi)徑尺寸鋼管的形心快速定位，通用性強(qiáng)（圖4）。

圖4 十字鋼管固定和可調(diào)式碳纖維光靶

將主激光測斜儀與一柱一樁鋼管平行標(biāo)定并在樁基成孔后，下放鋼筋籠及一柱一樁鋼管，鋼管吊裝至樁孔內(nèi)設(shè)計位置后與調(diào)垂盤進(jìn)行螺栓連接固定，通過管口處主激光測斜儀的實(shí)時垂直度監(jiān)測數(shù)據(jù)，用調(diào)垂盤對鋼管管身垂直度進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，直至管身垂直度滿足設(shè)計要求（圖5）。

圖5 主激光測斜儀及其監(jiān)測

鋼管垂直度調(diào)整達(dá)到設(shè)計要求后，在鋼管管口安裝副激光測斜儀，將主激光測斜儀通過手持式垂直度監(jiān)測儀與副激光測斜儀數(shù)據(jù)一鍵同步（圖6）。

圖6 主、副激光測斜儀一鍵同步及其監(jiān)測

主激光測斜儀通過手持式垂直度監(jiān)測儀與副激光測斜儀數(shù)據(jù)一鍵同步后，數(shù)據(jù)留存后即將拆除主激光測斜儀及十字鋼板，下導(dǎo)管澆筑樁身及管內(nèi)混凝土，由管身外副激光測斜儀持續(xù)監(jiān)測后續(xù)一柱一樁施工對管身垂直度的影響，直至管內(nèi)混凝土初凝結(jié)束（圖7）。

圖7 下導(dǎo)管澆筑樁身及管內(nèi)混凝土

5 新型雙聯(lián)式全過程垂直度監(jiān)測應(yīng)用效果

本逆作法基坑一柱一樁共計401根，對施工完成的一柱一樁調(diào)垂施工控制精度進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)98%的一柱一樁垂直精度在1/600以上。常規(guī)調(diào)垂工藝的超限率為5%以上，調(diào)垂精度較大提升，降低了后期鋼筋連接和模板支設(shè)的施工難度。預(yù)估可避免3～5根的立柱樁由于偏差過大而無法后期施工。根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗，單根處理費(fèi)用約40萬元，本項目共可節(jié)約處理費(fèi)用120萬～200萬元。

6 結(jié)語

新型雙聯(lián)式垂直度監(jiān)測設(shè)備解決了常規(guī)垂直度監(jiān)測工藝無法對逆作立柱垂直度施工全過程監(jiān)測的問題，實(shí)現(xiàn)了逆作立柱施工全過程的垂直度高精度測量與控制，極大地提高了垂直度控制的水平，是逆作立柱垂直度控制工藝的一大技術(shù)革新。同時，本新型雙聯(lián)式垂直度監(jiān)測系統(tǒng)可以定量化記錄已施工完成的逆作立柱最終垂直度，并以后續(xù)反映大地坐標(biāo)系為基準(zhǔn)顯示鋼管垂直度實(shí)際偏移方向及偏差量，為后續(xù)逆作立柱外包混凝土施工、節(jié)點(diǎn)施工鋼筋放樣、節(jié)點(diǎn)做法選擇、結(jié)構(gòu)安全復(fù)核、設(shè)計協(xié)調(diào)變更提供量化參考指標(biāo)，并間接節(jié)約了大量后期補(bǔ)救措施成本，提高了后期地下結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量并節(jié)約了施工工期，體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。