新型雙聯式全過程逆作立柱垂直度監測工藝研究及應用

馬躍強 龍莉波 劉 龍

1. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

隨著城市化進程不斷加速，城市地下空間開發勢在必行，在城市核心城區的建筑密度不斷增大、施工場地日趨緊張、安全文明施工總體要求越來越高的情況下，逆作法日益成為城市地下空間開發的常用施工技術[1]。

在逆作施工階段，逆作立柱受力較為復雜，承擔主體結構梁板自重和施工荷載，并將上部結構等荷載傳遞給樁基[2]。隨著基坑深度越來越深，設計對逆作立柱的垂直度精度要求不低于1/600，甚至更高。逆作垂直度需要在施工全過程控制，除立柱隨鋼筋籠下放過程需要監測外，后期澆筑樁身及管內混凝土的振動、土方開挖、行車等對其垂直度都將產生影響，也需要進行監測。垂直度精度不高，將影響逆作豎向支承體系的承載能力和穩定性，也影響后續結構柱豎向鋼筋連接、外包混凝土施工等。如果偏差過大影響到后期施工，將產生較高的處理費用。

針對常規一柱一樁垂直度監測工藝的局限性，本文研發一種符合工藝要求的高精度、可實現一柱一樁施工全過程垂直度動態監測的系統。以上海核心城區某在建的超大超深逆作法基坑工程一柱一樁施工為例，系統介紹了新型調垂監測的施工流程和應用效果。

1 工程概況

工程位于上海市核心城區，項目占地總面積為1 675 000 m2，總建筑面積約1 137 000 m2，涵蓋辦公、酒店、保護建筑、商業、住宅等功能。地上建筑面積約702 000 m2，地下建筑面積約435 000 m2，分為南北2個場地，其中北場地分為逆作區域和順作T1塔樓區域（圖1）。地理位置緊鄰黃浦江畔，地貌屬于上海地區五大地貌單元中的濱海平原地貌類型，同時⑧層土層缺失，⑦、⑨層連通，地質條件不良，黃浦江的潮汐效應對地下室水位影響較大。

工程為超大超深群坑，共分為5個大基坑和6個小基坑（圖2）。為降低對周邊環境的影響、提供充足的施工場地和保障300 m超高層的關鍵進度，29 297 m2的最大基坑（GL地塊）采用逆作法工藝?；悠毡殚_挖深度24.0 m，地下結構4層，地上鋼結構裙房6層，本逆作工程項目體量極大，為超大超深異形逆作法基坑。

圖1 建筑效果圖

圖2 逆作基坑與周邊基坑的空間關系

工程逆作法豎向支承體系采用“一柱一樁”形式，立柱鋼管為φ550 mm×16 mm、φ650 mm×20 mm，格構柱為480 mm×480 mm（4∠200 mm×20 mm），鋼材等級Q345B，鋼管內灌混凝土水下C60，鋼立柱插入工程樁樁身5.0 m，鉆孔灌注樁樁徑800 mm。為方便鋼立柱插入樁內施工，插入段高度范圍樁徑擴大至1 400 mm，具體逆作立柱樁主要參數見表1。為避免立柱樁出現較大的偏心彎矩，同時不影響后期鋼筋混凝土結構柱的澆筑[3-4]，結構設計要求“一柱一樁”鋼管柱垂直度精度不低于1/600[5-6]。

表1 立柱樁參數

2 常規一柱一樁垂直度監測的局限性

逆作法一柱一樁施工工藝：首先將鋼管吊裝至樁孔內設計標高位置并調垂完成，然后從鋼管內下放導管進行樁基及立柱鋼管內混凝土的澆筑。常規的一柱一樁調垂工藝是在鋼管外或管內安裝1臺激光測斜儀進行垂直度監測[2]，都存在局限性。

1）管外垂直度監測單機監測：采用在立柱外安裝1臺激光測斜儀與光靶來進行鋼管（格構柱）管身垂直度測量，此方法激光測斜儀與管身平行度控制精度較低，標定效率低，同時無法考慮鋼管側面自身的垂直度偏差，因此無法反映一柱一樁的真實垂直度。

2）管內垂直度單機監測：利用圓心對圓心的原理解決了激光測斜儀與管身平行度控制精度較低的問題 ，但后期在澆筑樁身及管內混凝土時，需拆除垂直度監測儀，會造成無法量化后續施工工序，如振動、土方開挖、行車等對其垂直度造成的影響。

3 新型雙聯式全過程垂直度監測的特點

鑒于工程對“一柱一樁”鋼管柱垂直度精度要求高、施工體量大的現狀，需研發一種符合工藝要求的高精度、可實現一柱一樁施工全過程垂直度動態監測的系統。

新型一柱一樁施工雙聯式垂直度監測系統監測精度高，設備操作簡單、攜帶方便、整機堅固耐用。結合逆作法一柱一樁施工工藝的特點，實現了針對逆作法一柱一樁施工垂直度的主副激光測斜儀雙聯、全過程高精度動態測量等主要目標。

ICM-02建筑用高精度傾角傳感器是由上海建筑工程逆作法工程技術研究中心聯合上海西派埃自動化儀表公司研發的逆作法一柱一樁專用第三代垂直度動態監測設備，此套設備主要組成包括手持式垂直度監測儀及主、副2臺激光測斜儀，綜合了常規一柱一樁施工工藝的特點及技術優勢，確保在一柱一樁施工過程中對鋼管柱垂直度的雙聯、全過程監測及動態調整（圖3）。

圖3 ICM-02逆作用高精度傾角傳感器

4 新型雙聯式全過程垂直度監測工藝流程

一柱一樁鋼管起吊樁孔前，需將主激光測斜儀與鋼管主體進行平行度標定。主激光測斜儀通過十字鋼板及調整基座固定于鋼管管口處，通過調節基座旋鈕控制激光線對準管底處光靶中心，嚴格控制光靶形心偏差，使其小于5 mm，保證將主激光測斜儀與鋼管管身平行度控制在1/2 000以上，確保鋼管起吊后主激光測斜儀的垂直度讀數可準確反映鋼管垂直度[1,5-6]。研制的可調式碳纖維光靶定位精度高，適用于不同內徑尺寸鋼管的形心快速定位，通用性強（圖4）。

圖4 十字鋼管固定和可調式碳纖維光靶

將主激光測斜儀與一柱一樁鋼管平行標定并在樁基成孔后，下放鋼筋籠及一柱一樁鋼管，鋼管吊裝至樁孔內設計位置后與調垂盤進行螺栓連接固定，通過管口處主激光測斜儀的實時垂直度監測數據，用調垂盤對鋼管管身垂直度進行動態調整，直至管身垂直度滿足設計要求（圖5）。

圖5 主激光測斜儀及其監測

鋼管垂直度調整達到設計要求后，在鋼管管口安裝副激光測斜儀，將主激光測斜儀通過手持式垂直度監測儀與副激光測斜儀數據一鍵同步（圖6）。

圖6 主、副激光測斜儀一鍵同步及其監測

主激光測斜儀通過手持式垂直度監測儀與副激光測斜儀數據一鍵同步后，數據留存后即將拆除主激光測斜儀及十字鋼板，下導管澆筑樁身及管內混凝土，由管身外副激光測斜儀持續監測后續一柱一樁施工對管身垂直度的影響，直至管內混凝土初凝結束（圖7）。

圖7 下導管澆筑樁身及管內混凝土

5 新型雙聯式全過程垂直度監測應用效果

本逆作法基坑一柱一樁共計401根，對施工完成的一柱一樁調垂施工控制精度進行匯總，發現98%的一柱一樁垂直精度在1/600以上。常規調垂工藝的超限率為5%以上，調垂精度較大提升，降低了后期鋼筋連接和模板支設的施工難度。預估可避免3～5根的立柱樁由于偏差過大而無法后期施工。根據常規經驗，單根處理費用約40萬元，本項目共可節約處理費用120萬～200萬元。

6 結語

新型雙聯式垂直度監測設備解決了常規垂直度監測工藝無法對逆作立柱垂直度施工全過程監測的問題，實現了逆作立柱施工全過程的垂直度高精度測量與控制，極大地提高了垂直度控制的水平，是逆作立柱垂直度控制工藝的一大技術革新。同時，本新型雙聯式垂直度監測系統可以定量化記錄已施工完成的逆作立柱最終垂直度，并以后續反映大地坐標系為基準顯示鋼管垂直度實際偏移方向及偏差量，為后續逆作立柱外包混凝土施工、節點施工鋼筋放樣、節點做法選擇、結構安全復核、設計協調變更提供量化參考指標，并間接節約了大量后期補救措施成本，提高了后期地下結構施工質量并節約了施工工期，體現了技術創新與經濟效益的統一。