王东旭 范经华 方 庆

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

1 提高立柱桩垂直度的重要性

目前城市建设处于高速发展阶段，为了缩短工程施工工期，减小对周边环境的影响，许多建筑物都采用逆作法施工。在我国，逆作法技术始于20世纪90年代初，经过20余年的发展，已逐渐形成区别于传统顺作工艺的独立体系[1]。其中，竖向支承柱调垂技术作为逆作工艺中的一项核心技术，直接影响到逆作竖向支承体系的承载能力及稳定性，从而制约着逆作工艺的发展。换言之，竖向支承柱调垂技术的每一次突破，也必然引领着逆作技术的整体发展。

立柱桩在逆作法施工中应用较为广泛，也是整个逆作法施工一个重要的组成部分。立柱桩施工首先在平整后的场地上钻孔，然后在孔的底部放下钢筋笼（浇灌混凝土后成为桩），随后在钢筋笼的上部内插钢管（浇灌混凝土后成为柱），待测量定位后进行整体灌注混凝土。作为基坑支撑体系中的承重结构，立柱桩甚至有时也作为地上建筑的承重结构。

为达到一定的承载力，立柱桩的钢立柱插入钻孔灌注桩后，其垂直度必须满足设计的要求。如果上部钢管桩垂直度达不到设计要求，待下道工序挖土时，挖出钢管的底部偏移就会越来越大，最终只能重新施工混凝土柱（图1）。这不仅会产生额外费用，影响工程进度，也存在一定的工程质量隐患，造成了巨大的经济损失。因此，研究提高钢管的垂直度是非常必要的。

图1 垂直度不符合要求的桩

2 工程概况

虹杨500 kV地下变电站设计埋深25.0 m，总建筑面积28 146.0 m2，采用逆作法施工。本工程主体工程桩均采用泥浆护壁钻孔灌注桩，立柱桩共有152根。其中立柱桩桩径1.0 m，桩长56.1 m，钢管规格φ550 mm×16 mm，单根管长度24.345 m，垂直度要求为1/500。

3 现状调查

我们对近一年本公司开工的6个在建同类工程的钢立柱施工工地进行调查，统计钢立柱的数量、调垂方法，以及调垂结果，统计分析结果如表1所示。

表1 在建同类工程钢立柱情况调查结果汇总

其中，5#工地垂直度要求1/500，合格率达到80%，比较接近本次课题研究的目标。该工地钢立柱垂直度控制采用的是调垂盘配合经纬仪的方法，具体方法如下：

钢管采用履带吊整体吊放，使钢管在下放过程中始终处于自由垂直状态，达到初始调垂的效果，同时在两条轴线上分别架设经纬仪跟踪立柱垂直度和中心位置，发现偏差，通过水平方向和垂直方向千斤顶及时调整。

这种方法优点是所需器材简单，操作方便，容易掌握，但格构柱下端处于悬空状态，在混凝土浇筑的过程中，经常发生由于混凝土的挤压使得钢立柱下端发生偏移，导致校正完的钢立柱的垂直度无法达到设计要求，调垂精度只能使80%的立柱桩垂直度控制在1/500，因此这种方法需要改进。

4 主要因素分析及改进措施研究

4.1 分析主要影响因素

我们对现场钢立柱施工调垂精度差进行分析，采用头脑风暴法，邀请一些施工现场的专家，分析影响钢管垂直度的主要因素，并进行整理得到8个末端原因。

对这8个末端原因，我们逐个进行了分析，通过运用现场调查、测量、测试、试验等方法找出主要影响因素。

4.1.1 施工前交底不到位

立柱桩施工前是否进行技术交底，交底内容是否详细具体，现场管理是否落实到位，所有参与现场施工人员是否理解施工的重点。为此我们通过现场调查，统计一周现场钢立柱施工班前技术交底情况，现场监督情况表明，每天施工前均进行施工交底并有交底记录，班前交底符合标准要求，为非要因。

4.1.2 钢管加工质量差

钢管进场时，现场检测钢管尺寸偏差，152根钢管分5次运输进场，每次进场时均对每根钢管进行检测。结果显示，152根钢管加工尺寸偏差都在允许范围内，钢管加工质量为非要因。

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4.1.3 现场材料管理差

钢管在吊放前，对钢管表观质量进行全数检查，观察其表面有没有发生碰撞，翘曲变形过大，并做好记录（图2）。结果显示，152根钢管在吊车放下去前，表观质量全部符合设计要求，现场管理符合要求，为非要因。

图2 钢管现场堆放

4.1.4 调垂盘调垂精度差

经过调查和现场试验，对10个钢柱调垂，用水平和垂直2个方向上的千斤顶同时调节钢管的垂直度，经纬仪观测微调效果差，需要多人反复操作，平均时长60 min。通过使用本公司发明专利“一柱一桩测量校正装置”改进后，5 min内纠偏完毕。根据试验和调查结果，调垂盘调垂精度不满足标准要求，且测量方法有待改进，为要因。

4.1.5 测量仪器不合格

通过邀请公司测量科室专家，对项目部使用的经纬仪进行校核，给出专业意见，公司也派1名业务能力过硬的测量员到项目部负责钢立柱施工。本次工程采用DJ2经纬仪，根据专家的评价结果可以提供精确的偏差数据。经纬仪在校准期内，精度符合要求。测量仪器为非要因。

4.1.6 夜间施工视线差

4.1.7 地质条件差

通过现场调查，全程跟踪记录立柱桩在施工时的坍孔情况。经过统计，现场152根桩，发生过5次坍孔，经过重新扫孔，5根桩都能顺利下钢筋笼和钢管并顺利调垂。地质条件差时，在施工过程中可能会发生坍孔，但经过重新扫孔，吊放钢管调垂并不受影响，为非要因。

4.1.8 缺少复核程序

经过现场调查和资料研究，发现在地下连续墙施工挖槽结束时，会利用超声波检测其挖槽深度、宽度及其垂直度。桩基础成孔结束也会使用测径仪检测孔深、孔径，当所有参数都符合要求时，才能进行下一步施工[2]。但在实际施工时，现场施工人员和管理人员没有考虑到复核，调垂方法不满足标准要求，为要因。

4.2 主要原因分析结论

通过现场调查、现场测量、现场试验、计算等方法，确定调垂盘调垂精度差和缺少复核程序是影响钢管垂直度调垂的主要原因。

4.3 制订改进措施

根据确认的要因，针对调垂盘调垂精度差和缺少复核程序的问题，提出采用本公司具有发明专利的“一柱一桩测量校正装置”来替代原有调垂方式，同时引入调垂后的复核程序来提高立柱的垂直度。

4.3.1 改进调垂盘

为解决目前一柱一桩校正施工过程中需用较高的校正架、钢立柱垂直度校正效果差，且钢立柱下端不固定导致垂直度无法达到设计要求的问题，采用公司发明专利“一柱一桩测量校正装置”“桩内柱体直接测量方法”和“一种用于建筑施工中的柱桩底端固定装置”进行施工。

4.3.2 科学引入复核工具

引入UDM100Q（图3），利用超声探测原理，将超声波传感器浸入钻孔中的泥浆里，可以很方便地对钻孔周围的4个方向同时进行孔壁状态监测，并直观地观测连续墙槽宽、钻孔孔径、垂直度、孔壁坍塌状况等，然后根据控制器读出偏差数值，得到垂直度，当垂直度符合要求后，调垂结束。

图3 UDM100Q现场检测钢管垂直度偏差

5 结语

竖向支承柱作为逆作体系中的核心构件，在施工中，竖向支承桩柱的垂直精度要求是确保逆作工程质量、安全的核心要素，决定着逆作技术的深度与高度。而与之相对应的竖向支承柱调垂设备及纠偏技术的不断发展，亦是逆作技术不断进步、成熟、发展的缩影。

经过此次课题研究，我们取得了较大的成果，实践结果表明，我们使用的电控校正调垂方法，并且利用超声波仪器进行复核，成功地把每根桩的垂直度都控制在1/500以内，不仅带来了极大的经济效益，而且受到了监理和业主的一致好评，也为其他类似工程提供了很好的借鉴。