馬躍強(qiáng) 龍莉波 劉 龍

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

隨著城市化進(jìn)程不斷加速，城市地下空間開發(fā)勢(shì)在必行，在城市核心城區(qū)的建筑密度不斷增大、施工場(chǎng)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(fā)的常用施工技術(shù)[1]。

在逆作施工階段，逆作立柱受力較為復(fù)雜，承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)梁板自重和施工荷載，并將上部結(jié)構(gòu)等荷載傳遞給樁基[2]。隨著基坑深度越來越深，設(shè)計(jì)對(duì)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(jiān)測(cè)外，后期澆筑樁身及管內(nèi)混凝土的振動(dòng)、土方開挖、行車等對(duì)其垂直度都將產(chǎn)生影響，也需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。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(wěn)定性，也影響后續(xù)結(jié)構(gòu)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(chǎn)生較高的處理費(fèi)用。

針對(duì)常規(guī)一柱一樁垂直度監(jiān)測(cè)工藝的局限性，本文研發(fā)一種符合工藝要求的高精度、可實(shí)現(xiàn)一柱一樁施工全過程垂直度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。以上海核心城區(qū)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(tǒng)介紹了新型調(diào)垂監(jiān)測(cè)的施工流程和應(yīng)用效果。

1 工程概況

工程位于上海市核心城區(qū)，項(xiàng)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(hù)建筑、商業(yè)、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(gè)場(chǎng)地，其中北場(chǎng)地分為逆作區(qū)域和順作T1塔樓區(qū)域（圖1）。地理位置緊鄰黃浦江畔，地貌屬于上海地區(qū)五大地貌單元中的濱海平原地貌類型，同時(shí)⑧層土層缺失，⑦、⑨層連通，地質(zhì)條件不良，黃浦江的潮汐效應(yīng)對(duì)地下室水位影響較大。

工程為超大超深群坑，共分為5個(gè)大基坑和6個(gè)小基坑（圖2）。為降低對(duì)周邊環(huán)境的影響、提供充足的施工場(chǎng)地和保障300 m超高層的關(guān)鍵進(jìn)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(jié)構(gòu)4層，地上鋼結(jié)構(gòu)裙房6層，本逆作工程項(xiàng)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(guān)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(gòu)柱為480 mm×480 mm（4∠200 mm×20 mm），鋼材等級(jí)Q345B，鋼管內(nèi)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(nèi)施工，插入段高度范圍樁徑擴(kuò)大至1 400 mm，具體逆作立柱樁主要參數(shù)見表1。為避免立柱樁出現(xiàn)較大的偏心彎矩，同時(shí)不影響后期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱的澆筑[3-4]，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shù)

2 常規(guī)一柱一樁垂直度監(jiān)測(cè)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(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高位置并調(diào)垂完成，然后從鋼管內(nèi)下放導(dǎo)管進(jìn)行樁基及立柱鋼管內(nèi)混凝土的澆筑。常規(guī)的一柱一樁調(diào)垂工藝是在鋼管外或管內(nèi)安裝1臺(tái)激光測(cè)斜儀進(jìn)行垂直度監(jiān)測(cè)[2]，都存在局限性。

1）管外垂直度監(jiān)測(cè)單機(jī)監(jiān)測(cè)：采用在立柱外安裝1臺(tái)激光測(cè)斜儀與光靶來進(jìn)行鋼管（格構(gòu)柱）管身垂直度測(cè)量，此方法激光測(cè)斜儀與管身平行度控制精度較低，標(biāo)定效率低，同時(shí)無法考慮鋼管側(cè)面自身的垂直度偏差，因此無法反映一柱一樁的真實(shí)垂直度。

2）管內(nèi)垂直度單機(jī)監(jiān)測(cè)：利用圓心對(duì)圓心的原理解決了激光測(cè)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(nèi)混凝土?xí)r，需拆除垂直度監(jiān)測(cè)儀，會(huì)造成無法量化后續(xù)施工工序，如振動(dòng)、土方開挖、行車等對(duì)其垂直度造成的影響。

3 新型雙聯(lián)式全過程垂直度監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

鑒于工程對(duì)“一柱一樁”鋼管柱垂直度精度要求高、施工體量大的現(xiàn)狀，需研發(fā)一種符合工藝要求的高精度、可實(shí)現(xiàn)一柱一樁施工全過程垂直度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。

新型一柱一樁施工雙聯(lián)式垂直度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度高，設(shè)備操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、整機(jī)堅(jiān)固耐用。結(jié)合逆作法一柱一樁施工工藝的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)逆作法一柱一樁施工垂直度的主副激光測(cè)斜儀雙聯(lián)、全過程高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量等主要目標(biāo)。

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(shù)研究中心聯(lián)合上海西派埃自動(dòng)化儀表公司研發(fā)的逆作法一柱一樁專用第三代垂直度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，此套設(shè)備主要組成包括手持式垂直度監(jiān)測(cè)儀及主、副2臺(tái)激光測(cè)斜儀，綜合了常規(guī)一柱一樁施工工藝的特點(diǎn)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確保在一柱一樁施工過程中對(duì)鋼管柱垂直度的雙聯(lián)、全過程監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)調(diào)整（圖3）。

圖3 ICM-02逆作用高精度傾角傳感器

4 新型雙聯(lián)式全過程垂直度監(jiān)測(cè)工藝流程

一柱一樁鋼管起吊樁孔前，需將主激光測(cè)斜儀與鋼管主體進(jìn)行平行度標(biāo)定。主激光測(cè)斜儀通過十字鋼板及調(diào)整基座固定于鋼管管口處，通過調(diào)節(jié)基座旋鈕控制激光線對(duì)準(zhǔn)管底處光靶中心，嚴(yán)格控制光靶形心偏差，使其小于5 mm，保證將主激光測(cè)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(cè)斜儀的垂直度讀數(shù)可準(zhǔn)確反映鋼管垂直度[1,5-6]。研制的可調(diào)式碳纖維光靶定位精度高，適用于不同內(nèi)徑尺寸鋼管的形心快速定位，通用性強(qiáng)（圖4）。

圖4 十字鋼管固定和可調(diào)式碳纖維光靶

將主激光測(cè)斜儀與一柱一樁鋼管平行標(biāo)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(nèi)設(shè)計(jì)位置后與調(diào)垂盤進(jìn)行螺栓連接固定，通過管口處主激光測(cè)斜儀的實(shí)時(shí)垂直度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用調(diào)垂盤對(duì)鋼管管身垂直度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，直至管身垂直度滿足設(shè)計(jì)要求（圖5）。

圖5 主激光測(cè)斜儀及其監(jiān)測(cè)

鋼管垂直度調(diào)整達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在鋼管管口安裝副激光測(cè)斜儀，將主激光測(cè)斜儀通過手持式垂直度監(jiān)測(cè)儀與副激光測(cè)斜儀數(shù)據(jù)一鍵同步（圖6）。

圖6 主、副激光測(cè)斜儀一鍵同步及其監(jiān)測(cè)

主激光測(cè)斜儀通過手持式垂直度監(jiān)測(cè)儀與副激光測(cè)斜儀數(shù)據(jù)一鍵同步后，數(shù)據(jù)留存后即將拆除主激光測(cè)斜儀及十字鋼板，下導(dǎo)管澆筑樁身及管內(nèi)混凝土，由管身外副激光測(cè)斜儀持續(xù)監(jiān)測(cè)后續(xù)一柱一樁施工對(duì)管身垂直度的影響，直至管內(nèi)混凝土初凝結(jié)束（圖7）。

圖7 下導(dǎo)管澆筑樁身及管內(nèi)混凝土

5 新型雙聯(lián)式全過程垂直度監(jiān)測(cè)應(yīng)用效果

本逆作法基坑一柱一樁共計(jì)401根，對(duì)施工完成的一柱一樁調(diào)垂施工控制精度進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)98%的一柱一樁垂直精度在1/600以上。常規(guī)調(diào)垂工藝的超限率為5%以上，調(diào)垂精度較大提升，降低了后期鋼筋連接和模板支設(shè)的施工難度。預(yù)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(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，單根處理費(fèi)用約40萬(wàn)元，本項(xiàng)目共可節(jié)約處理費(fèi)用120萬(wàn)～200萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

新型雙聯(lián)式垂直度監(jiān)測(cè)設(shè)備解決了常規(guī)垂直度監(jiān)測(cè)工藝無法對(duì)逆作立柱垂直度施工全過程監(jiān)測(cè)的問題，實(shí)現(xiàn)了逆作立柱施工全過程的垂直度高精度測(cè)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(shù)革新。同時(shí)，本新型雙聯(lián)式垂直度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(xù)反映大地坐標(biāo)系為基準(zhǔn)顯示鋼管垂直度實(shí)際偏移方向及偏差量，為后續(xù)逆作立柱外包混凝土施工、節(jié)點(diǎn)施工鋼筋放樣、節(jié)點(diǎn)做法選擇、結(jié)構(gòu)安全復(fù)核、設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)變更提供量化參考指標(biāo)，并間接節(jié)約了大量后期補(bǔ)救措施成本，提高了后期地下結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量并節(jié)約了施工工期，體現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。