基于激光定位的逆作法預埋立柱間接法調垂工藝及設備

胡玉銀 顧國明 陸 云 吳一帆 李子旭

1. 上海市建工設計研究院有限公司 上海 200050；2. 上海建工集團工程研究總院 上海 201114

0 前言

在地下結構逆作法施工中，臨時支承立柱與永久結構立柱往往合而為一，即基坑工程施工階段采用鋼管柱或鋼格構柱作為臨時支承立柱，待基坑工程完成以后再在其外包鋼筋混凝土，成為永久結構立柱。這對臨時支承立柱的施工質量提出非常高的要求，規范規定結構立柱軸線偏差應當控制在±5 mm以內，垂直度控制在1/500 以內。當臨時支承立柱的平面位置和垂直度超過設計要求時，就會給后續施工增加困難，嚴重時還會給地下工程使用功能帶來不利影響。因此預埋立柱調垂工藝屬于地下結構逆作法的關鍵技術，工程技術人員給予了高度關注，不斷探索可靠、高效、經濟的新工藝[1-4]。

我國地下結構逆作法鋼立柱傳統調垂工藝大同小異，都是利用調垂裝置直接調節鋼立柱的垂直度，即直接調垂工藝（以下簡稱直接法）。根據調垂裝置安裝位置分為地下和地上2種，如圖1所示。

由于調垂裝置安裝在地下深處，因此地下調垂工藝存在調垂裝置安裝與拆除困難的缺陷。而為了產生足夠的調垂力矩，地上調垂工藝的調節裝置安裝位置比較高，給鉆孔灌注樁混凝土澆搗帶來了困難，增加了成本。本文在系統總結直接法調垂工藝特點的基礎上，提出了間接法調垂工藝，并研制了基于激光定位的逆作法預埋立柱全自動調垂設備。

圖1 鋼立柱垂直度直接法調垂工藝原理

1 間接法調垂工藝原理

針對傳統鋼立柱直接法調垂工藝存在的不足，提出了逆作法鋼立柱間接法調垂工藝，其工藝原理為：把調垂平臺與鋼立柱固結為一體，然后依托地面，以液壓為動力，在計算機自動控制下通過調節調垂平臺垂直度，達到調節鋼立柱垂直度的目的，如圖2所示。

逆作法鋼立柱間接法調垂工藝流程如下：

（a）設備安裝：安裝限位裝置和調垂平臺；

（b）鋼立柱安裝：按設計位置安裝、定位鋼立柱，并將其與調垂平臺固結為一體；

（c）調垂系統組裝與調試：將鋼立柱垂直度測斜儀、液壓動力系統和自動控制系統連為一體，系統調試完成后設定調垂參數；

圖2 鋼立柱垂直度間接法調垂工藝原理

（d）鋼立柱調垂：在控制系統作用下，以地面為依托，液壓為動力，自動調節鋼立柱垂直度，直至滿足施工質量要求。

（e）拆除調垂設備：待混凝土終凝，鋼立柱位置固定以后，拆除調垂平臺及限位裝置。

逆作法鋼立柱間接法調垂工藝將調垂平臺與鋼立柱固結為一體，變傳統直接調節鋼立柱垂直度為通過調垂平臺間接調節鋼立柱垂直度，所有作業都在地面附近進行，將高空或地下作業轉化為地面作業，具有工藝簡單、設備簡易和操作簡便的優點，調垂工效大大提高。2010年該創新工藝獲得國家發明專利授權（授權號為：ZL200610024023.1）。

2 全自動調垂設備[5-8]

逆作法鋼立柱全自動調垂設備如圖3所示，主要由以下5 部分組成：垂直度實時檢測系統、液壓動力系統、自動控制系統、伸縮同步千斤頂、定位及調垂機構。

圖3 逆作法鋼立柱全自動調垂設備

逆作法鋼立柱全自動調垂設備工作原理為：利用實時測量與監控系統，檢測出鋼立柱X軸和Y軸兩個方向的垂直度，然后傳輸給自動控制系統，自動控制系統經過與設計和施工要求比較后，發出控制指令，控制液壓泵站及同步千斤頂的伸縮，用以調整鋼立柱的姿態，即調整鋼立柱的偏斜狀態，直至鋼立柱滿足設計、施工對鋼立柱垂直度的要求。

3 工程應用

課題組歷經6年，先后通過了工藝研究、系統設計、樣機試制、工程試驗、工程示范和工程應用等階段。研制的基于激光定位的鋼立柱全自動調垂工藝與系統，自2010年成功通過上海陸家嘴塘東總部基地應用以來，先后在上海外灘公共服務中心、月星環球廣場、銅山街、丁香路788 號，武漢永清以及南京華新城等10 多個工程中推廣應用，產生了良好的社會效益和經濟效益。

工程實踐表明，基于激光定位的逆作法鋼立柱間接法調垂工藝與全自動調垂設備具有工藝簡單、設備簡易和操作簡便的優點，其主要性能指標如下：

（a）調垂精度高。最高精度可達1/2 000，通常能確保1/800的測量精度，較常規工藝的調垂精度1/200～1/300有顯著提高；

（b）調垂效率高。實現了鋼立柱垂直度測量和調整全自動，一根鋼立柱垂直度調整時間由傳統的3～4 h縮短為10 min左右，效率提高90%以上；

（c）環境友好。本文所述的調垂設備小巧，混凝土澆搗方便，取消了常規調垂測量用的測斜管，避免了測斜管的PVC塑料對環境的污染，同時也節省了材料，保護了環境，降低了成本。

圖4 全自動調垂設備工程應用實景