0 引言

　　“一柱一桩”是逆作法施工中最常用的竖向支撑形式，支撑柱导向、定位及调垂具有较大的技术难度，对竖向支撑体系的承载能力及稳定性有着直接影响，是逆作法施工的关键技术之一^[1]，因此，许多专家对此进行了深入研究。廖秋林等^[2]研发了一套钢管柱实时调垂控制系统，可对受混凝土浇筑影响的钢管柱进行纠偏。陈新华^[3]采用参数修正、夹具保障、仪器测量调整等措施，使所有立柱桩中心位移偏差≤10mm，垂直度≤1/500。陶云海等^[4]通过对“一柱一桩”调垂影响因素进行分析，提出了适用于逆作法的矩形钢管柱调垂工艺。杨德生等^[5]采用全自动液压调垂技术，有效提高了逆作法施工中钢格构柱监测精度及调垂效率。魏倩等^[6]在深入分析“一柱一桩”技术难点的基础上，分别对桩基和立柱垂直度控制措施进行了研究。胡锦等^[7]采用双联置换式激光测斜设备，实现了逆作法施工中钢管柱垂直度全过程监测与动态调整。韩阳等^[8]采用双层多向定位导向架、调垂托板、胀缩式胶筒等设备，对钢管柱进行2次定位、2次调垂，有效保证了“一柱一桩”施工质量。

　　虽然目前已在“一柱一桩”定位及调垂方面取得了不少成果，但现有技术仍不够直观、高效，且关于矩形柱研究亦较罕见，故有必要开展相关研究。本文结合湖南旺旺医院(二期)———医疗大楼扩建工程(以下简称“湖南旺旺医院(二期)”)项目，对“一柱一桩”施工中矩形格构柱导向、定位、调垂等技术进行研究。

　　1 工程概况

　　湖南旺旺医院(二期)项目总建筑面积约18万m²，其中地上约12万m²，地下约6万m²;地上建筑20层、高77.3m，地下建筑7层、高30.7m;基坑开挖深度32m，开挖量约30万m³。由于本项目周边环境复杂，故采用全逆作法设计施工方案，即地下连续墙(两墙合一)+“一柱一桩”+地下结构梁板代替支撑，地上、地下同时施工。

　　“一柱一桩”中钢格构柱有2类，其中，核心筒剪力墙托换梁下采用500mm×800mm钢格构柱，共65根，逆作阶段受力加强部位采用500mm×500mm钢格构柱，共37根。这些格构柱在逆作施工阶段，作为临时立柱起支撑作用，当基础底板施工完成后，根据需要，外包钢筋混凝土可成为结构柱或剪力墙。

　　为保证矩形格构柱施工质量及工作效率，通过现场反复试验，格构柱下端采用干作业下人安装特制定位器、视频辅助吊装对中，上端采用钢管顶托调节、固定，最终形成完整的“一柱一桩”可视化精准导向、定位、调垂施工工艺。

　　2 工艺原理

　　矩形格构柱可视化精准导向、定位、调垂系统主要由带导向功能的卯、榫结构装置，视频系统，调节顶托等组成。定位装置如图1所示。

　　1)在格构柱底部设置由加劲板、钢棒组成的榫结构，整体呈倒锥形，在井底处设置1个漏斗形导向定位卯结构。

　　2)在井底安装摄像头，在格构柱吊装就位过程中，控制室通过视频辅助可快速对中、就位，将格构柱底部榫结构插入卯结构咬合，达到铰接效果。

　　图1 格构柱可视化精准导向定位装置  

　　3)在格构柱顶端对称布置10个M28全丝调节顶托，如图2所示，48×3钢管一端支撑在钢格构柱上，一端通过M28全丝顶托支撑在护壁钢筋混凝土圈梁上，钢管之间采用28钢筋连撑焊牢。

　　图2 调节顶托示意  

　　3 关键施工技术

　　3.1 精准导向

　　1)导向定位装置设计与制作

　　制作榫结构时，在格构柱底部设置1块22mm厚带孔Q235钢板，开孔为边长≥100mm梯形孔，在浇筑混凝土时便于排气，避免出现空洞问题。榫结构封板四周应与格构柱底端满焊，焊接质量必须符合GB 50661—2011《钢结构焊接规范》规定;钢棒宜采用直径≥80mm、材质为Q235圆钢棒，钢棒设置在格构柱平面中心位置处，深入封板上端长度≥100mm，伸出加劲板底端长度200mm，并与封板采用角焊缝连接。榫结构加劲板对称布置在钢棒四周，并与钢棒及封板采用角焊缝连接，加劲板采用10mm厚Q235钢板。

　　对于卯结构，应根据钢棒尺寸，设计成1个漏斗状导向定位装置，在中间设置1根圆钢管，圆钢管内径比钢棒直径大10mm。

　　2)导向定位装置安装

　　导向定位装置底面安装标高h以格构柱顶端设计标高H不变为控制原则，即:

　　式中:L₁为格构柱实际加工长度;L₂为导向定位装置实际高度。

　　应根据导向定位装置设计底标高确定桩基混凝土浇筑至定位装置处的混凝土用量，待桩基混凝土浇筑完成后1～2h、初凝前，采用专用钢制倒锥形吊桶将其部分流态浮浆吊出，当混凝土终凝后强度达1.2MPa以上时，及时翻测标高至井底进行定位器底部精凿，标高控制为定位器底标高-30.000～-20.000mm。

　　采用吊锤从井口引测至桩身顶混凝土面，对导向定位装置进行定位，根据深度需选择6～15kg吊锤，吊锤线采用7号高强鱼线，井口采用角钢制作固定架钻1.5mm穿线孔与井口轴线对齐。

　　通过对8处均布钢楔块(高5～40mm、宽40mm、长120mm)进行垫、塞、移动，对中调平导向定位装置，临时定位后，将钢楔块与定位器接触点焊固定。同时，为确保定位装置与桩顶承压传递，定位装置与桩顶接触面空隙采用20mm厚50号环氧砂浆塞满、找平，环氧砂浆24h抗压强度值应≥32MPa。定位器与格构柱及柱身位置关系如图3所示。

　　图3 定位器与格构柱及柱身位置关系  

　　3.2 可视化

　　1)视频系统安装

　　视频系统包括摄像头、视频线、视频交换箱、大功率无线网桥基站发射器及接收器、便携式计算机，如图4所示。

　　图4 可视化装置  

　　距定位装置高约1m处，在桩基钢筋笼上安装高清摄像头，摄像头采用视频线接入地面转换器再接入便携式计算机安放在履带式起重机操作室内，以便钢立柱吊装可视化、快捷地滑入定位器中，吊装完成后及时回收摄像头。

　　2)格构柱吊装就位对中

　　格构柱制作偏差应控制在2mm内。采用定位操作平台安装格构柱，操作平台制作内径及垂直度偏差要求控制在2mm以内。利用起重机将操作平台移动就位，由2台垂直方向经纬仪确定平台导向架中心位置及方向，如有偏差对导向架进行纠正。

　　格构柱用起重机吊直后，用经纬仪及底部控制钢缆校正格构柱垂直度，然后缓慢吊入格构柱定位导向孔内。格构柱与导向定位装置卯结构对中就位时，通过视频实时监控格构柱对中就位情况，通过格构柱影像，调整格构柱吊入方位，实现格构柱底部快速对中就位。

　　3.3 调垂

　　格构柱底端就位对中后，其垂直度及平面方位已基本接近控制要求，在格构柱顶端布置有纠偏与固定作用的调节顶托，调节顶托由48×3.5钢管、全丝螺栓、螺母(M28)、50mm×50mm×6mm钢垫板组成。在格构柱长边方向上、下对称布置3根调节顶托，在短边方向左、右对称布置2根调节顶托，共10根。

　　若格构柱平面位置x正方向偏转一定角度，如图5a所示，y方向左、右对称布置的顶托一松一紧以形成扭矩和推力，使格构柱在卯结构中绕榫结构平面旋转，以调整其平面位置，当格构柱方位偏差达到规定偏差范围后，停止调节顶托。若格构柱上端向x正方向偏差L，如图5b所示，x方向调节顶托一松一紧，使格构柱绕榫结构竖立面旋转，当格构柱达到规定垂直度范围后，停止调节顶托。同理y方向偏转及偏差同x方向偏转及偏差的调整。

　　图5 格构柱调垂示意  

　　由于格构柱底端采用导向定位装置已对中就位，上端平面方位及垂直度调整到位并检查无误后，调节顶托采用钢筋焊接加固限位，以确保格构柱位置不发生变动。

　　4 结语

　　1)发明了一种“一柱一桩”中矩形格构柱导向定位装置。该装置采用卯、榫结构体系，具有结构简单、易加工、成本低等特性，对于格构柱具有良好的导向、旋转定位功能。

　　2)采用可视化视频对深井中格构柱进行辅助定位对中，工艺具有创新性，有利于格构柱快速对中就位，缩短了施工工期，确保了施工安全性;并在钢格构柱底部设置榫、卯结构装置，实现了钢格构柱方位对中的快速调整。

　　3)格构柱采用可视化下端精准定位、顶端顶托调垂法，施工难度低、调垂效果好，可实现格构柱高精度垂直度，大大提高了钢立柱承载力，且经济实用。本施工工艺适用于干作业条件下“一柱一桩”中格构柱定位、调垂施工。