大体量一柱一桩施工的垂直度控制要点

顾俐格

上海市水务建设工程安全质量监督中心站 上海 200237

1 工程概况

上海某全地下式污水厂集污水常规、深度处理、污泥干化浓缩于一体的350 m×350 m的箱体深14.3 m，局部深坑部分17.5 m。基坑采用逆作法施工，但在开挖前需先行施工支撑体系立柱。支撑体系立柱采用先插法，总数1 681根，钢管柱截面尺寸为φ500 mm×16 mm，采用Q345B钢材，垂直度要求为≤1/500。

2 难、特点分析

2.1 工期紧、体量大

本工程一柱一桩工期紧、体量大，对一柱一桩的控制管理是很大的挑战。

2.2 精度要求高

本工程中的一柱一桩，既是逆作法施工过程中替代工程结构柱的一种临时结构杆件，起到支撑已完成主体结构和施工荷载的作用，钢管柱内灌混凝土后又是作为厂内永久结构的受力立柱[1]。钢管柱长23.2 m，下部灌注桩桩径1 000 mm，长42.0 m，钢管插入灌注桩3.0 m，钢筋笼安装偏差要求在±100 mm以内，柱与桩内钢筋笼的理论间隙约200 mm。传统的成孔垂直度要求≤1/200，若垂直度偏差为116 mm，钢筋笼安装偏差为100 mm，则桩中心偏差可达216 mm，可能出现偏心、触碰钢筋笼或无法与钢筋笼对接等情况，因此工程将垂直度控制指标提高至≤1/500。

2.3 地质条件不佳

该工程一柱一桩施工区域地质除传统软黏土层外，还含有③t砂质粉土层。该土层位于2.4～10.6 m之间，厚约4 m，在水动力作用下，易产生流砂、管涌、坍塌等现象，在一柱一桩成孔过程中易造成坍孔，且影响后续的钢管柱插入和高精度调垂效果[2]。

3 垂直度控制要点

3.1 制作桩机架设平台

针对松软地质且无法硬化整个场地的情况，现场采用3.1 m×3.1 m（厚0.3 m）钢筋混凝土平台替代硬化场地，钢筋混凝土平台根据桩机尺寸进行设计，中间预留钢护筒埋设孔（图1）。施工时先进行桩中心定位，再放置混凝土平台，然后将钻机置于混凝土平台上，确保钻孔时的垂直度。

3.2 成孔垂直度控制

一柱一桩成孔垂直度影响着后续钢管柱的吊放及调垂，其垂直度须满足≤1/500的要求。因此，须加强设备选型、测量定位、孔壁稳定、成孔检测等的管理。针对该工程地质情况及钻孔深的特点，选用较为平稳、适用于软土地基且扭矩大的钻进成孔设备。成孔前用全站仪进行桩中心定位，由监理复测，钻机就位后复核钻盘中心位置是否对准桩中心，并检查钻杆垂直度。钻进过程中严格控制护壁泥浆性能，确保二次清孔后泥浆相对密度小于1.15，黏度小于28 s，含砂率不大于3%。成孔后对成孔垂直度进行100%超声检测，避免成孔对后续成桩垂直度造成影响。

3.3 钢管柱加工精度控制

钢管柱本身的垂直度影响着一柱一桩施工成桩后的垂直度，若钢管柱自身垂直度不满足要求，则施工过程中存在不规则变形的可能性较大，进而对垂直度造成影响，因此需控制钢管柱垂直度。该工程要求钢管柱垂直度在1/2 000以内。施工前要求对钢管制作厂家进行技术交底，并在钢管制作过程中配备驻场监造人员，对厂内钢管进行抽查。进场钢管需经过验收，检查外观、尺寸并用红外垂直度测量仪测量其垂直度，确保钢管到场后的垂直度满足要求。

3.4 钢管柱吊装测量

钢管柱吊装过程中的垂直度是保证垂直精度的重要因素之一，通过与检测专家一同探讨及现场测试后确定具体的吊装测量方案[3]。起吊前在钢管柱上安装高精度的双轴激光管桩测斜仪（图2），每根钢管柱安装2个测斜仪并呈180°布置，测斜过程中对比数据，起到互相校正的作用。

图1 预制钢筋混凝土平台

图2 测斜仪安装

用履带吊通过吊装孔将钢管柱起吊至空中，使钢管柱中心对准孔口板中心，静止状态下进行测斜仪初始值的读取，同时采用水平尺复测，确定钢管柱是否处于近似垂直状态。为保证起吊后的钢管柱处于垂直状态，吊装时选用的2根钢丝绳必须长短一致，吊装孔在钢管制作时预制，确保将钢管柱吊起后对垂直度的影响降到最低。之后将钢管柱沿孔口板徐徐下放至孔洞内，如未触碰孔口板，则表明钢管柱垂直度及中心在可控范围内。待钢管柱下放至设计位置后，由测斜仪进行测斜，根据得出数据采用调垂装置进行微调，直至钢管柱符合设计要求后将抱夹进行固定。

3.5 调垂架设置

为更好地控制垂直度精度，选用22#H型钢自主研发了2.2 m×2.3 m的调垂校准架（简称调垂架），极限高度45 m，其内部构造由螺栓、铁板等组成，每个预留孔均通过高精度车床加工。调垂架4个脚使用钢管螺杆形式，确保调垂架放置后可以调节至水平状态。在东、西、南、北方向共设4个螺杆抱夹作为调垂装置，其中2个抱夹位于上方，抱夹上设置螺栓孔，用于固定钢管柱一个方向的位移；另外2个抱夹设置于下方，用于固定钢管柱另一个方向的位移。调垂架顶部增加φ530 mm孔口板，略大于钢管柱，可在下放钢管柱的过程中对钢立柱垂直度进行判断（图3）。

图3 调垂架示意

钢管柱起吊前，利用履带吊配合安装调垂架，调垂架先安置在钢筋混凝土平台上，进行调平并采用水平尺进行检测，同时利用经纬仪进行双向控制，确保调垂架中心与桩位轴线重合。调整好位置后，在调垂架柱脚位置硬地坪上钻孔，安装φ20 mm钢膨胀螺栓将调垂架固定在硬地坪上，抱夹与钢管柱四周接触牢靠。调垂时不宜采用单向抱夹调垂，否则会造成钢管柱摆动幅度过大、中心跑偏等问题，给垂直度调节带来困难。调垂完成后将4个方向的抱夹夹紧，调垂架与混凝土平台用螺栓进行固定，确保固定作业完成后，由现场管理人员进行最终验收。

3.6 施工管理

一柱一桩的精度控制需要每道环节都严格把控，而如此大量的一柱一桩，更需要现场配备强大的管理力量。高峰时期现场有54台桩机，现场将70余名一线管理人员，分成双班制，24 h不断地对桩位放样、成孔施工、成孔检测、钢筋笼吊放、钢管柱下放、钢管柱调垂、混凝土浇筑等环节进行检查，确保一柱一桩的垂直度满足要求。

4 结语

根据该工程开挖后一柱一桩的检测情况，1 681根一柱一桩垂直度≤1/500的比例达98%，垂直度控制达到了较好的效果。一柱一桩作为逆作法结构关键的竖向支承系统，其钢管柱的垂直度控制一直是施工中质量控制的重点和难点。本文通过实例阐述了大体量一柱一桩的垂直度控制要点，可为今后类似工程施工提供参考和借鉴。