1、豎向支承柱調垂技術引言在我國，逆作法技術始于上世紀90年代初，經過20余年的發展，已逐漸形成區別于傳統順作工藝的獨立體系，設計、施工等方面的專項技術工藝以及安全、質量控制措施。其中，豎向支承柱調垂技術作為逆作工藝中的一項核心技術，直接影響到逆作豎向支承體系的承載能力及穩定性，從而制約著逆作工藝的發展。換言之，豎向支承柱調垂技術的每一次突破，也必然引領著逆作技術的整體發展。因此，本文將對至今為止較常用的豎向支承柱調垂技術進行回顧及總結，并對其今后的發展趨勢進行簡要的論述。1、概述豎向支承柱系指采用鋼立柱插入樁基的逆作法豎向支承系統形式，是基坑逆作實施期間的關鍵構件。其施工方式主要有先插法及后插法

2、，其中先插法是指豎向支撐柱施工中，先安放鋼支承柱，后澆筑支承樁混凝土的豎向支承柱的施工方式；后插法是指豎向支承柱施工中，先澆筑支承樁混凝土，在混凝土初凝前插入鋼支承柱的豎向支承樁柱的施工方式。在基坑逆作開挖實施階段，豎向支承樁柱承受已澆筑的主體結構梁板自重和施工超載等荷載；而在地下室底板澆筑完成、逆作階段結束以后，與底板連接成整體，作為地下室結構的一部分，將上部結構等荷載傳遞給地基。因此豎向支承樁柱構件必須具備足夠的強度、剛度并具有相應承載能力。作為逆作體系中的核心構件，在施工中，豎向支承樁柱的垂直精度要求是確保逆作工程質量、安全的核心要素，決定著逆作技術的深度與高度。而與之相對應的豎向支承柱

3、調垂設備及糾偏技術的不斷發展，亦是逆作技術不斷進步、成熟、發展的縮影。2、豎向支承柱調垂系統2.1 氣囊法調垂系統氣囊法調垂是首次通過輔助設備，對豎向支承柱的垂直度進行有效的系統糾偏，以達到控制豎向支承柱垂直精度的目標。氣囊法調垂系統主要有：傳感器、電腦及程序、空壓機、氣囊、壓電磁氣筏等組成。圖1  氣囊法調垂系統示意圖工程實施中，將氣囊和進氣管綁扎固定在鋼絲繩上，氣囊中心要在豎向支承柱綴板中心。每根鋼立柱4組氣囊，分別控制正交方向的傾斜度。氣囊布置在地下10m處，為防充氣時氣囊的相互影響，兩對氣囊應上下錯開設置。圖2  氣囊法調垂實施情況氣囊法調垂系統能適用于各種類型的豎

4、向支承柱的垂直度校正，是早期開發的一種普適性的調垂技術，其通過外部設備對豎向支承樁柱施工進行垂直度糾偏的技術路線對逆作法技術的發展具有里程碑式的意義。氣囊法調垂系統及相關工藝首開豎向支承柱調垂技術先河，但其缺點及局限性亦是顯而易見的，可主要概括為以下兩方面：(1)  氣囊法調垂精度僅達到1/200，調垂精度較差，調垂效果不佳；(2)  在調垂糾偏過程中，帆布氣囊常被孔壁鉤破而無法使用，或埋入混凝土而難以回收，造成工期的延誤及成本的增加。2.2校正架法調垂系統校正架法調垂通過機械設備的頂進以實現豎向支承樁柱垂直度的調節控制，有效克服了氣囊法調垂的缺陷與不足，調垂設備構造簡單，

5、經久耐用，調垂精度可達1/300以上，是目前應用較廣的調垂系統。圖3  調垂校正架校正架法調垂系統主要包括：上部校正鋼架、輔助底盤、校正頂進螺栓等組成。校正鋼架必須有足夠的剛度并且高度不小于3m。施工中，校正架與輔助底盤連接牢固，校正架本身垂直度由兩臺經緯儀控制。工程實施中，對需要調垂的豎向支承柱頂加長或設置一段工具柱，將支撐柱在輔助底盤上定位并固定，用兩臺經緯儀雙向控制鋼管上端的垂直度，使安放好的鋼管上口居于校正架中心位置，底部中心與樁位的中心重合。調垂中，調整校正架上端的四只螺栓進行校正，通過校正架對支撐柱加長段（或工具柱）頂端進行校正，待上、下二點垂直后，固定下端螺栓，完成支撐

6、柱的調垂糾偏。校正架法是目前較為普遍的豎向支承柱調垂技術，標志著豎向支承柱調垂技術的逐步完善與成熟，具有以下特點：(1)  調垂設備構造簡單，經久耐用，能有效地保障施工并循環利用；(2)  調垂工藝成熟，各道工序銜接連貫，工人易于掌握操作，可操作性強；(3)  調垂精度最高可達到1/300以上，滿足多數逆作工程對豎向支承樁柱垂直精度的要求。校正架法調垂具有工藝簡單、經濟實用的優勢，但同時也存在勞動力配置量大、系統誤差疊加效應顯著以及人為操作中的主觀不確定因素等不足，同時不利于大自重構件的安裝，樁混凝土澆筑需采用泵送技術，增加了成本。2.3  調垂盤法調垂

7、系統調垂盤法是校正架法的平面簡化，也是現階段較常用的豎向支承柱調垂系統，主要由調垂盤支架、調垂盤及豎向螺栓頂升裝置等組成（如圖4所示）。其調垂原理是通過以調垂盤與豎向支承柱垂直緊固為前提，通過調節調垂盤的平面水平，達到支承柱垂直度校正的效果。工程實施中，調垂盤支架固定于地坪上，提供剛度及反力；調垂盤與支撐柱箍緊形成剛性連接，并通過調節四面的頂升裝置，實現垂直度調節。同時，調垂盤可在支架范圍內水平方向移動，實現平面位置調節。圖4  調垂盤法調垂調垂盤法較校正架法而言，更適用于對超重鋼柱的調垂，其機械構造更加簡單，便于安裝拆卸、操作施工，在工程應用中更簡單靈便，可直接進行混凝土澆筑，其調

8、垂精度可達1/300以上。缺點是調垂的同時還要調整立柱中心，反復操作，時間較長。2.4  液壓調垂盤法調垂系統液壓調垂盤法調垂系統是對調垂盤法系統的自動化改造，主要包括：調垂盤、液壓頂升裝置、數控系統等組成，其主要調垂原理與調垂盤法調垂系統基本相同。圖5  液壓調垂盤法調垂系統工程實施中，調垂盤通過地錨與硬地坪連接，再通過控制相互正交的四點液壓頂升裝置，實現支承柱垂直度的自動調節。液壓調垂盤法調垂系統通過對調垂盤系統的自動化改造，能有效的降低勞動強度，節約勞動力，但對設備操作人員的專業化要求較高，且目前還未能形成水平方向調節，調平過程中支承柱頂中心位置易發生水平偏差。2.5

9、孔下調垂機構法調垂系統孔下調垂機構法是通過在支承柱下端正交方向各焊接1組調垂機構，通過調垂機構頂樁孔壁以實現支承柱垂直度的調節。該調垂系統主要包括：孔下調垂機構、可拆卸式長螺桿等裝置。圖6  孔下調垂機構法調垂系統該法操作簡單，調垂精度較高，可達1/500以上，但對孔壁的穩定性要求比較高，適合在土層穩定，能提供有效反力的地質條件下施工，在軟土地基樁基施工中要選擇合適的土層作為調垂機構的反力。無法實現調垂機構的回收，成本巨大。2.6  孔下液壓調垂法系統孔下液壓調垂法系統為全自動調垂系統，由主站、控制站（又稱為從站）、傳感器模塊、液壓工作站等裝置組成。控制系統采用了數字傾角傳

10、感器對支承柱的傾斜度進行測量，并采用無線數傳模塊在傳感器與控制站之間進行數據通信，經過控制計算機對數據進行處理后，用液壓裝置對支承柱進行糾偏，以達到使支承柱保持垂直的目的。圖7  孔下液壓調垂法調垂系統在支承柱垂直度控制系統中的每個控制站上都配有一臺液壓工作站，作為控制支承柱垂直度的執行部件。每臺液壓工作站是由三套同樣的油缸液壓控制回路組成的。每套液壓控制回路中都有換向閥、鎖閥、節流閥、液控單向閥、背壓閥、以及壓力繼電器和壓力表，對油缸進行控制。圖9 液壓工作站系統該系統將調垂系統固定在樁護筒上，實現了全自動調垂，操作簡單、高效，調垂系統可回收重復使用。但是，由于需要事先埋設大直徑深

11、護筒，受護筒埋設深度的限制，調垂力臂較短，調垂精度一般在1/500以內。2.7  HDC高精度液壓調垂系統HDC高精度液壓調垂系統是數字傳感技術與逆作調垂工藝的有機結合，代表著當今世界最先進的新一代豎向支承樁柱調垂技術。該系統主要由上、下液壓抱閘、豎向液壓垂直插拔裝置以及孔內導向糾偏裝置組成。施工過程中，將鋼立柱垂直向下插入支承樁中，邊插邊利用安裝在鋼立柱樁上的測斜儀隨時監測鋼立柱的垂直度，全程施行動態監控，時時調整垂直度，直至鋼立柱插入達到設計標高。圖9  HDC高精度鋼立柱安裝系統HDC高精度液壓調垂系統融合了國內、外同類施工方法的優點，克服了常規方法不能進行糾偏的不足

12、，具有可靠度高、自動化程度高、調垂精度高和調垂成本低等特點，使支承柱的安裝垂直度能夠達到1/1000。由于是后插法，可以實現豎向支撐鋼管內混凝土干作業，質量更可靠。3、支承柱的垂直度監測系統支承柱的垂直度監測系統主要有傳感器監測系統、測斜管監測系統、激光傾斜儀監測系統等。3.1  傳感器監測系統傳感器監測系統是一種早期應用較廣的方法。安裝傳感器時，分別在正交方向設置傳感器，固定其上下兩端。在正式使用前，還必須對傳感器進行調試。首先傳感器線路接好并臨時固定，將傳感器上的電線沿鋼管柱臨時固定，一直接至鋼管柱底，在起吊鋼管柱時，先采用一臺經緯儀在一個方向校核，控制鋼管柱的垂直度，使之豎直，

13、此時測出對應傳感器的初始讀數，再用經緯儀從另一方向按上述方法校核另一側的垂直度，并讀出另一傳感器的初始讀數，以此數據作為傳感器的初始值歸零，消除其對今后施工的影響。該方法的缺點是  傳感器的安裝要求精度高，操作復雜。圖10  傳感器監測系統3.2  測斜管監測系統測斜管監測系統可采用鋼管或PVC管。使用時，測斜管與豎向支承柱采用環箍固定，與豎向支承柱平行，以確保測斜管測試垂直度能代表豎向支承柱安放垂直度。該方法操作簡單，成本低廉，測量的數據可靠。缺點是在調垂過程中，需反復測量測斜管的垂直度，并經過換算，給出調垂的數據，自動化程度低。圖11  測斜管監測系

14、統3.3  激光傾斜儀監測系統激光傾斜儀監測系統是激光器和傾斜儀的有機組合，激光傾斜儀在鋼構柱上要精確定位并保證足夠高的精度。工程中，首先將微型激光器巧妙的與高精度傾角傳感器結合成一個整體，確保能利用激光定位快速安裝高精度傾角傳感器，并保證足夠的定位精度。安裝時調整激光傾斜儀的調整裝置令激光束與鋼立柱管柱體母線平行,達到鋼格構柱管體與傳感器定位安裝面相互垂直的目的。當鋼立柱管體下到樁孔中,激光傾斜儀即可實時輸出鋼格構柱管體的傾斜變化。該法在調垂過程中能即時給出調整數據，便于調垂施工，缺點是測斜系統安裝精度要求高，操作時間長，而且在吊裝過程中要嚴格保證測斜系統不能被碰到，否則其反應的數據容易失真。圖12  激光測斜監測系統、總結隨著逆作法技術的發展與推廣，豎向支承柱調垂技術已趨于成熟，并向著更多元化的軌道上發展，以適應不同類型、不同技術特點的逆作工程的施工需要，總體而言包括以下三方面的發展趨勢：(1)  就調垂系統而言，高精度、數字