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1、地基基础逆作法竖向支承柱调垂技术的回顾及展望Review and Prospect of Verticality Adjustment Technology for VerticalSupport Column in Reversed Construction Method龙莉波上海建工二建集团有限公司上海200080摘要：竖向支承柱(传统叫法称作“一柱一桩”)调垂技术是逆作法施工工艺中的一项核心技术。因此，重点回顾并简要介绍了该项技术发展至今所具有代表性的调垂系统设备及相对应的施工操作技术，并对其技术特点及发展趋势进行了宏观性的分析及判断，供工程实践参考。关键词：逆作法竖向支承柱调垂回顾展望
2、文章编号：1004-1001(2013)01-0007-04中图分类号：TU753.8文献标识码：B在我国，逆作法技术始于上世纪90年代初，经过了20余年的发展，已逐渐形成区别于传统顺作法工艺的独立体 系，有着设计、施工等方面的专项技术工艺以及独特的安 全质量控制措施。而竖向支承柱调垂技术作为核心技术之 一，直接影响到逆作竖向支承体系的承载能力及稳定性， 从而制约着逆作法施工工艺的发展。换言之，竖向支承柱调垂技术的每一次突破，也必然引领着逆作施工技术的整体发展。因此，本文对竖向支承柱调垂技术进行了回顾及 总结，并对其今后的发展趋势进行了简要的论述。中，先安放钢支承柱，后浇筑支承桩混凝土；后插法
3、是指竖向支承柱施工中，先浇筑支承桩混凝土，在混凝土初凝 前插入钢支承柱的竖向支承桩柱的施工方式。在基坑逆作开挖实施阶段，竖向支承桩柱承受已浇筑 的主体结构梁板自重和施工超载等荷载；而在地下室底板 浇筑完成、逆作阶段结束以后，与底板连接成整体，作为 地下室结构的一部分，将上部结构等荷载传递给地基。因 此，竖向支承桩柱构件必须具备足够的强度、刚度并具有 相应承载能力。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与安全的核心要 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。1概述竖向
4、支承柱系指采用钢立柱插入桩基的逆作法竖向支承系统形式，是基坑逆作实施期间的关键构件，其施工方式主要有先插法及后插法。其中先插法是竖向支撑柱施工2竖向支承柱调垂系统2.1 气囊法调垂系统采取相适应的围护形式，如TRD工法、SWM工法、咬合桩等，以实现该项技术的进一步发展。参考文献 1沈咏,王祺国,李明华,等.特大型商业地产建筑深基坑逆作法施工实践J.建筑施工,2012,34(6):509-511. 邓文龙,杜建军,曾虹程,等.由由国际广场工程深基础施工技术J.岩 土工程学报,2006,28(11增刊):1677-1680. 王卫东,翁其平,胡玉银.新型逆作法结构型式的设计与应用J.岩土 工程学报
5、,2006,28(增刊):1546-1551. 吴献.软土地区地下结构逆作施工过程的结构分析研究D.上海： 同济大学结构工程系,2004.2图6 结构板代撑实施效果3排桩围护梁板代撑技术的成功应用，也为逆作法技术的发展提供了新的启示，可以结合不同的工程应用环境，4720131 Building Construction作者简介：龙莉波（1974-），男，本科，高级工程师。 通讯地址：上海市梧州路289号（200080）。 收稿日期：2012-12-24龙莉波：逆作法竖向支承柱调垂技术的回顾及展望2.2气囊法调垂通过辅助设备，对竖向支承柱的垂直度进行有效的系统纠偏，以达到控制竖向支承柱垂直精度的
6、目 标。气囊法调垂系统主要有：传感器、电脑及程序、空压 机、气囊、压电磁气筏等组成（图1）。校正架法调垂系统校正架法调垂通过机械设备的顶进以实现竖向支承桩柱垂直度的调节控制，有效克服了气囊法调垂的缺陷与不足，调垂设备构造简单，经久耐用，调垂精度可达1/300以 上，是目前应用较广的调垂系统（图3）。图1 气囊法调垂系统示意图3 调垂校正架工程实施中，将气囊和进气管绑扎固定在钢丝绳上，气囊中心要在竖向支承柱缀板的中心。每根钢立柱有4组 气囊，分别控制正交方向的倾斜度。气囊布置在地下10 m 处，为防充气时气囊的相互影响，2对气囊应上下错开设置（图2）。校正架法调垂系统主要包括：上部校正钢架、辅助
7、底盘、校正顶进螺栓等组成。校正钢架必须有足够的刚度并 且高度不小于3 m。施工中，校正架与辅助底盘连接牢固， 校正架本身垂直度由2台经纬仪控制。工程实施中，对需要调垂的竖向支承柱顶进行加长处 理或设置一段工具柱，将支撑柱在辅助底盘上固定，用2台 经纬仪双向控制钢管上端的垂直度，使安放好的钢管上口 居于校正架中心位置，底部中心与桩位的中心重合。调垂中，使用校正架上端的4只螺栓进行校正，通过 校正架对支撑柱加长段（或工具柱）顶端进行校正，待 上、下2点垂直后，固定下端螺栓，完成支撑柱的调垂纠 偏。校正架法是目前较为普遍的竖向支承柱调垂技术，标 志着竖向支承柱调垂技术的逐步完善与成熟，具有以下特 点
8、：（a）调垂设备构造简单，经久耐用，能有效地保障施 工并循环利用；（b）调垂工艺成熟，各道工序衔接连贯，工人易于 掌握操作，可操作性强；（c）调垂精度最高可达到1/300以上，满足多数逆作 工程对竖向支承桩柱垂直精度的要求。校正架法调垂具有工艺简单、经济实用的优势，但同 时也存在劳动力配置量大、系统误差叠加效应显著以及人 为操作中的主观不确定因素等不足，同时不利于大自重构 件的安装，桩混凝土浇筑需采用泵送技术，增加了成本。2.3 调垂盘法调垂系统调垂盘法是校正架法的平面简化，也是现阶段较常用图2 气囊法调垂实施情况气囊法调垂系统能适用于各种类型的竖向支承柱的垂直度校正，是早期开发的一种普适性的
9、调垂技术，其通过 外部设备对竖向支承桩柱施工进行垂直度纠偏的技术路线 对逆作法技术的发展具有里程碑式的意义。气囊法调垂系统及相关工艺首开竖向支承柱调垂技术 先河，但其缺点及局限性亦是显而易见的，可主要概括为 以下两方面：（a）气囊法调垂精度仅达到1/200，调垂精度较差， 调垂效果不佳；（b）在调垂纠偏过程中，帆布气囊常被孔壁钩破而 无法使用，或埋入混凝土而难以回收，造成工期的延误及 成本的增加。8建筑施工 第35卷 第1期龙莉波：逆作法竖向支承柱调垂技术的回顾及展望孔下调垂机构法是在支承柱下端正交方向各焊接1组调垂机构，通过调垂机构顶桩孔壁以实现支承柱垂直度的 调节。该调垂系统主要包括：孔下
10、调垂机构、可拆卸式长 螺杆等装置（图6）。的竖向支承柱调垂系统，主要由调垂盘支架、调垂盘及竖向螺栓顶升装置等组成（图4）。其调垂原理是通过以调垂 盘与竖向支承柱垂直紧固为前提，通过调节调垂盘的平面 水平，达到支承柱垂直度校正的效果。工程实施中，调垂盘支架固定于地坪上，提供刚度及 反力；调垂盘与支撑柱箍紧形成刚性连接，并通过调节四 面的顶升装置，实现垂直度调节。同时，调垂盘可在支架 范围内水平方向移动，实现平面位置调节。图6 孔下调垂机构法调垂系统该法操作简单，调垂精度较高，可达1/500以上，但对孔壁的稳定性要求比较高，适合在土层稳定、能提供有 效反力的地质条件下施工，在软土地基桩基施工中要选
11、择 合适的土层作为调垂机构的反力。无法实现调垂机构的回 收，成本巨大。2.6 孔下液压调垂法系统孔下液压调垂法系统为全自动调垂系统，由主站、控制站（又称为从站）、传感器模块、液压工作站等装置 组成。控制系统采用了数字倾角传感器对支承柱的倾斜度 进行测量，并采用无线数传模块在传感器与控制站之间进 行数据通信，经过控制计算机对数据进行处理后，用液压 装置对支承柱进行纠偏，以达到使支承柱保持垂直的目的（图7）。图4 调垂盘法调垂调垂盘法较校正架法而言，更适用于对超重钢柱的调垂，其机械构造更加简单，便于安装拆卸、操作施工，在 工程应用中更简单灵便，可直接进行混凝土浇筑，其调垂 精度可达1/300以上。
12、缺点是调垂的同时还要调整立柱中 心，反复操作，时间较长。2.4 液压调垂盘法调垂系统液压调垂盘法调垂系统是对调垂盘法系统的自动化改造它，主要包括：调垂盘、液压顶升装置、数控系统等， 其主要调垂原理与调垂盘法调垂系统基本相同（图5）。图7 孔下液压调垂法调垂系统图5 液压调垂盘法调垂系统在支承柱垂直度控制系统中的每个控制站上都配有1台液压工作站，作为控制支承柱垂直度的执行部件。每台 液压工作站由3套同样的油缸液压控制回路组成，每套液压 控制回路中都有换向阀、锁阀、节流阀、液控单向阀、背 压阀、以及压力继电器和压力表，对油缸进行控制。该系统将调垂系统固定在桩护筒上，实现了全自动调 垂，操作简单、高
13、效，调垂系统可回收重复使用。但是， 由于需要事先埋设大直径深护筒，受护筒埋设深度的限 制，调垂力臂较短，调垂精度一般在1/500以内。工程实施中，调垂盘通过地锚与硬地坪连接，再通过控制相互正交的4点液压顶升装置实现支承柱垂直度的自动 调节。液压调垂盘法调垂系统通过对调垂盘系统的自动化 改造，能有效地降低劳动强度，节约劳动力，但对设备操 作人员的专业化要求较高，且目前还未能形成水平方向调 节，调平过程中支承柱顶中心位置易发生水平偏差。2.5孔下调垂机构法调垂系统920131 Building Construction龙莉波：逆作法竖向支承柱调垂技术的回顾及展望2.7 HDC高精度液压调垂系统HD
14、C高精度液压调垂系统是数字传感技术与逆作调垂工艺的有机结合，代表着当今世界最先进的新一代竖向支 承桩柱调垂技术。该系统主要由上下液压抱闸、竖向液压 垂直插拔装置以及孔内导向纠偏装置组成。施工过程中， 将钢立柱垂直向下插入支承桩中，边插边利用安装在钢立 柱桩上的测斜仪随时监测钢立柱的垂直度，全程施行动态 监控，时时调整垂直度，直至钢立柱插入达到设计标高（图8）。图9 传感器监测系统过程中，需反复测量测斜管的垂直度，并经过换算，给出调垂的数据，自动化程度低。3.3 激光倾斜仪监测系统激光倾斜仪监测系统是激光器和倾斜仪的有机组合，激光倾斜仪在钢构柱上要精确定位并保证足够高的精度。 工程中，首先将微型
15、激光器巧妙地与高精度倾角传感器结合成一个整体，确保能利用激光定位快速安装高精 度倾角传感器，并保证足够的定位精度。安装时调整激光 倾斜仪的调整装置令激光束与钢立柱管柱体母线平行，达 到钢格构柱管体与传感器定位安装面相互垂直的目的。当 钢立柱管体下到桩孔中，激光倾斜仪即可实时输出钢格构 柱管体的倾斜变化。该法在调垂过程中能即时给出调整数 据，便于调垂施工，缺点是测斜系统安装精度要求高，操 作时间长，而且在吊装过程中要严格保证测斜系统不能被 碰到，否则其反应的数据容易失真。图8 HDC高精度钢立柱安装系统HDC高精度液压调垂系统融合了国内外同类施工方法的优点，克服常规方法不能进行纠偏的不足，具有可
16、靠度 高、自动化程度高、调垂精度高和调垂成本低等特点，使 支承柱的安装垂直度能够达到1/1000。由于是后插法，可 以实现竖向支撑钢管内混凝土干作业，质量更可靠。3支承柱的垂直度监测系统支承柱的垂直度监测系统主要有传感器监测系统、测 结语随着逆作法技术的发展与推广，竖向支承柱调垂技术已趋于成熟，并向着更多元化的轨道上发展，以适应不同 类型、不同技术特点的逆作工程的施工需要，总体而言包 括以下3个方面的发展趋势：（a）就调垂系统而言，高精度、数字化的自动化调垂 体系将装备化，并逐渐成为主流，提升调垂效率；逆作法 施工技术的门槛将被打破。（b）就垂直度监测系统而言，以无线传感技术为代 表的数控传感
17、技术将是未来的发展方向，可更好地实现监 测数据的反馈与实时交互；（c）随着支承柱垂直精度要求的不断提升，对立柱桩 成孔垂直度也提出了更高的要求。常用的GPS灌注桩成孔 设备只能通过扩孔来满足支承柱的垂直度要求，而采用旋 挖钻机等新的成孔工艺能确保成孔垂直度，从而有效提高 竖向支承柱的垂直度。斜管监测系统、激光倾斜仪监测系统等。3.1传感器监测系统传 感 器 监 测 系 统 是 一 种 早 期 应 用 较 广 的 方 法 （ 图9）。安装传感器时，分别在正交方向设置传感器，固定其上下两端。在正式使用前，还必须对传感器进行调试。首 先传感器线路接好并临时固定，将传感器上的电线沿钢管 柱临时固定，一
18、直接至钢管柱底，在起吊钢管柱时，先采 用1台经纬仪在一个方向校核，控制钢管柱的垂直度，使之竖直，此时测出对应传感器的初始读数，再用经纬仪从另一方向按上述方法校核另一侧的垂直度，并读出另一传感 器的初始读数，以此数据作为传感器的初始值归零，消除 其对今后施工的影响。该方法的缺点是传感器的安装要求 精度高，操作复杂。3.2测斜管监测系统测斜管监测系统可采用钢管或PVC管。使用时，测斜管与竖向支承柱采用环箍固定，与竖向支承柱平行，以确保测斜管测试垂直度能代表竖向支承柱安放垂直度。该方 法操作简单，成本低廉，测量的数据可靠。缺点是在调垂参考文献 1 陈全礼,张志敏,王志刚.某水库溢洪道陡坡段底板变形原因分析J.中 国水运(下半月),2012(6):157-159,172.10建筑施工 第35卷 第1期