樁柱一體電測法測量校正設備的研發(fā)與應用

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

1 工程概況

上海合生國際廣場項目地塊西臨黃興路，北臨中環(huán)線翔殷路，總建筑面積366 224 m2。由地上1 棟33 層超高層5A甲級寫字樓和1 棟23 層五星級凱悅酒店組成，并通過4～8層的商業(yè)裙房橫向聯(lián)合在一起。地下為4 層，主要由大型地下商業(yè)、地下車庫及一些相關的設備用房組成。

2 設備研制過程

2.1 研究方向及技術(shù)路線

對以往的施工工藝進行剖析，結(jié)合一柱一樁的設計要求，自行研制開發(fā)立柱樁固定校正裝置；立柱垂直度檢測采用樁內(nèi)柱體直接測量裝置。實施這一研究的主要技術(shù)途徑包括平面校正鋼架及樁內(nèi)柱體直接測量校正裝置的研制和立柱樁的相關施工質(zhì)量的研究。

2.2 樁柱一體平面校正鋼架的研制

平面校正鋼架包括定位架、樁帽、油缸等組成。定位架與硬地坪通過螺栓連接，定位架的高度為70～80 cm；樁帽與定位架之間有4 個水平油缸，調(diào)節(jié)水平位移；校正架外側(cè)設置8 個千斤位置，分別校正8 個方向的垂直位移。吊放在樁孔內(nèi)的鋼立柱的頂端用緊固螺栓與樁帽固定，定位架上有索具直接固定鋼立柱，在鋼立柱內(nèi)有測量校正裝置。

2.3 測量校正裝置的研制

一柱一樁測量校正裝置是由1 根封閉的較長圓管、金屬棒、導電塊、燈泡等組成。在一底部封閉的圓管內(nèi)，自上而下在圓管的上部用螺桿掛一與電源相接的導線，螺桿位于螺母內(nèi)，導線的底端掛金屬棒，金屬棒的周邊分布有若干個互不相連的導電塊，每塊導電塊通過連接線分別 與1 個發(fā)光燈泡連接，發(fā)光燈泡再連接電源。金屬棒的周邊互不相連的導電塊有8 塊。金屬棒與8 塊導電塊及與導電塊相連的發(fā)光燈泡組成一個8 路的并聯(lián)電路。

施工時金屬棒和導電塊均由銅制成，導線用鋼絲繩，在地面將圓管的中心線平行于鋼立柱柱內(nèi)中心線并固定，保證圓管與鋼立柱呈平行狀態(tài)，即圓管的垂直度與鋼立柱的垂直度相同。將鋼立柱與圓管一同下放到樁孔中，上部擱置固定。由于重力作用，圓管內(nèi)有鋼絲繩懸掛著銅棒以及重墜（為了保證垂直，在銅棒下再掛上一鉛鑄的重墜）應保持豎向垂直的狀態(tài)。而圓管與鋼立柱是平行的，當鋼立柱發(fā)生傾斜時，銅棒及重墜仍保持豎向垂直，則銅棒會與分布在四周的銅塊相碰。此時接通電源，鋼絲繩、銅棒、與銅棒相碰的銅塊、與銅塊相連的發(fā)光燈泡則形成通路，燈泡就會發(fā)光。燈泡通過導線連接到地面上，便于操作人員觀察，也同時可判斷出鋼立柱向燈泡對應的銅塊那側(cè)發(fā)生了偏斜。由此可進行糾偏校正工作。此外，為了減少施工時銅棒的晃動，可以在圓管底部灌上機油，增加銅棒晃動時的阻尼。

由此，預先通過螺桿的轉(zhuǎn)動來界定垂直度目標，再通過觀察燈泡發(fā)光與否判定鋼立柱傾斜方向來進行校正，就可達到相應垂直度控制要求，如圖1所示。

3 設備工作原理[1-3]

測量校正裝置的工作原理是圓管內(nèi)的金屬棒通過掛有重墜的鋼絲繩，在重力作用下而垂直于地面。當圓管傾斜一定角度時，金屬棒將與其周邊的某1 塊或2 塊弧形導電塊相接觸，電路接通，此時與弧形導電塊相對應連接的燈泡發(fā)亮；反之則燈泡不亮。本測量裝置是直接測量物體本身，反映物體的垂直度及傾斜方向，無需通過換算或其他間接的方法即可得到相應數(shù)據(jù)，而且垂直度的精度可以通過螺桿的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。

圖1 測量校正裝置結(jié)構(gòu)示意

立柱垂直度調(diào)整如圖2 所示，垂直度校正裝置通過滑輪和頂桿緊靠立柱內(nèi)壁，上下兩端皆有固定，確保其與立柱平行，校正裝置的垂直度即立柱的垂直度，測定出校正裝置的垂直度，就可以反映出立柱的垂直度，鋼管柱或格構(gòu)柱通過立柱固定裝置固定在校正平臺，如果根據(jù)校正裝置測量出立柱的垂直度不滿足設計要求，即可通過調(diào)整校正平臺來校正立柱的垂直度達到設計要求。

圖2 立柱垂直度調(diào)整示意

4 現(xiàn)場試驗研究

4.1 試驗工程

選取本工程的一柱一樁樁體采用Φ800 mm鉆孔灌注樁，樁身混凝土設計強度為水下C35。立柱分為兩大類：格構(gòu)柱截面尺寸550 mm×550 mm，角鋼規(guī)格為200 mm×20 mm，綴板尺寸510 mm×300 mm×16 mm間距700 mm，材質(zhì)均為Q345B，數(shù)量82 根；鋼管柱截面為Φ550 mm×20 mm，鋼材采用Q345B，鋼管內(nèi)灌注自密實微膨脹混凝土（強度等級C60），立柱長度范圍內(nèi)樁孔孔徑Φ950 mm，數(shù)量802 根；合計一柱一樁數(shù)量達884 根。

4.2 方案要求

4.2.1 成孔垂直度要求

成孔垂直度是立柱垂直度得以實現(xiàn)的重要保障，項目實施過程中嚴格控制成孔質(zhì)量，將成孔垂直度由設計要求的1/200提高到1/300。

4.2.2 立柱垂直度及定位控制要求

設計要求立柱垂直度達到1/500且定位偏差小于10 mm， 這對施工的各道工序都提出了高標準嚴要求。首先，提高鋼立柱的加工精度；同時，控制搬運過程中產(chǎn)品的保護；其次，在定位、安裝過程中做到精心施工；最后，混凝土的澆灌過程也必須嚴格控制其灌注速度和導管埋深，確保混凝土緩慢進入立柱底端，保證一柱一樁的施工質(zhì)量。

4.3 施工檢驗

通過校正裝置頂部與底部與鋼管或鋼立柱固定，確保測量校正裝置與鋼管平行，從而準確的測量出鋼管的垂直度，通過有效的調(diào)節(jié)達到設計要求的垂直度。為了校驗自行研發(fā)的樁柱一體電測法測量校正裝置的可靠性，在試驗階段一柱一樁的立柱內(nèi)安裝測量校正裝置，同時在其外側(cè)安裝測斜管，將測量校正裝置的測量結(jié)果與測斜管檢測數(shù)據(jù)相比對，由此復核測量校正裝置的精度和可靠性。通過一系列的試驗數(shù)據(jù)，得出研發(fā)的樁柱一體電測法測量校正裝置是可行的和可靠的，能滿足本項目的施工精度要求。

測量校正裝置安裝完成后，按照該設備的工作原理，保證圓管內(nèi)的金屬棒垂直于地面，時刻關注弧形導電塊相對應連接的燈泡是否發(fā)亮，如果發(fā)亮，則測定出校正裝置的垂直度偏差位置，并通過校正平臺調(diào)整，直到燈泡全部熄滅，以達到設計要求。與此同時通過外側(cè)測斜管檢測其垂直度，記錄好相應的數(shù)據(jù)進行比對。

從檢測結(jié)果可以看出，現(xiàn)場測量校正裝置的測量結(jié)果與測斜管檢測數(shù)據(jù)相對比，得出研發(fā)的樁柱一體電測法測量校正裝置是可行的和可靠的，能滿足項目的施工要求。

5 結(jié)語

由于本裝置在本項目中發(fā)揮了其技術(shù)先進性，使得884 根一柱一樁的施工精度基本達到了設計要求，也使本項目由此進展順利。此施工技術(shù)屬于我公司自行研發(fā)，此研究的施工工藝方便、高效、經(jīng)濟、利用率高，運用此施工工藝的工程質(zhì)量明顯優(yōu)于以往常規(guī)施工工藝，經(jīng)濟效益顯著，在今后有著廣闊的推廣和發(fā)展前景。