逆作法桩柱一体施工中，如何做到高精度调垂？

德清地理信息小镇运动中心项目为2022年杭州亚运会配套项目，由于工期紧张，项目施工时，先进行地上部分建筑施工，再进行地下室开挖施工。项目总建筑面积50 000㎡，地上建筑面积31 600㎡，地下建筑面积18 400㎡。建筑平面尺寸329m×66m，基本柱网9m×9m，中心区域建筑高度15.15m。建筑形态为缓坡式，逐渐向东西两侧降低，最低处与场地接平，如图1所示。

图1 德清地理信息小镇运动中心

项目采用钢框架结构，地下1层（楼板标高为-4.900m），地上2层（局部含有2层夹层），钢结构主要分布于地下1层钢柱、地上钢柱、钢梁及大跨度钢梁。钢材材质为Q355B，最大板厚50mm，总用钢量1.3万t。

桩为旋挖成孔灌注桩，桩身直径为800~1 400mm，设计有效桩长25~30m，共323根。地下钢柱共317根，截面为箱形（303根）和圆管形（14根）。基坑内钢柱282根，底部标高为-11.100~-7.800m（地下室钢柱），基坑外钢柱35根，底部标高为-1.550m，共有11种截面类型。施工时，基坑内钢柱柱脚插入桩顶部分2.9~3.3m，典型预埋钢柱如图2所示。

图2 预埋钢柱

1）桩柱一体施工涉及混凝土工程桩及地下室结构钢柱等多个分项工程，涉及多个工作面，施工步骤繁多，施工工艺较为复杂。

2）地下室结构钢柱插入桩顶2.9~3.3m，钢柱整体处于桩孔内部，桩身直径为钢柱边长的2倍，桩内部施工空间狭小，且钢柱柱顶处于桩基施工作业面下方，不能直接接触钢柱进行标高、轴线定位及垂直度调节，调节难度较大。

3）现场施工环境恶劣，基础作业面往往泥泞不堪、凹凸不平，无法提供合适的作业面，影响预埋钢柱的施工精度。

4）逆作法桩柱一体施工精度要求极高，目前垂直度设计要求均在1/600以内。根据研究分析，桩柱施工造成的较小偏移也会在偏移位置产生较大的应力集中和较大的应变，且这种状态会随着桩柱偏差的累积逐步加重，影响上部结构甚至整体结构的安全性。

为了保证钢柱预埋入混凝土桩内标高、轴线的定位精度，利于上部钢结构的安装，基于本项目研发了一种装配式一柱一桩调垂系统。

调垂系统由预埋钢柱导向段、预制混凝土底座、装配式调垂支架三部分组成，如图3所示。

图3 装配式调垂系统

装配式底座提供调垂基准工作面，在工厂内预制好，预留相关埋件以及钢护筒出口。装配式调垂支架长、宽、高均为2m，由4根立柱、下层井字梁、上层井字梁组成，为了工人施工安全，设置了钢爬梯及栏杆。装配式调垂支架通过预埋螺栓与底座连接并对中，导向段结构安装在预埋钢柱顶部进行加长，并穿过装配式底座中心与调垂支架中心，再通过调垂支架的上下层井字梁与调节螺杆进行水平限位、标高校准、垂直度调节。采用高精度装配式调垂施工技术，保证逆作法桩柱一体化施工中桩柱的施工精度，满足规范要求。

??钢护筒埋设

钢护筒采用明挖埋设法，开挖前对桩位放样进行二次测量复核，复核无误后用十字交叉法将桩中心点引至桩身开挖区域外。埋设施工时，在两个互相垂直的方向利用经纬仪监测垂直度，并及时根据监测结果调整垂直度，最后根据引出的桩中心点重新校验钢护筒中心位置。

??钻进成孔及清孔

钻孔作业应连续进行，过程中严格控制钻进速度，避免由于钻斗升降速度过快导致孔壁缩径、坍塌事故。

成孔至设计要求深度后，清孔应分二次进行。清孔时，输入孔内的泥浆量不应小于排浆量，保证补量充足。同时应合理控制气量、气压，避免吸塌孔壁。

??下放钢筋笼

钢筋笼分节制作，长度为12m。钢筋笼在制作过程中运用相应的钢筋制作吊耳，确保吊装和下放过程中箍筋不会脱落。钢筋笼下放时应绑设保护层垫块，每节钢筋笼上不少于2组，每组数量不少于3块。

??安放预制混凝土底座

预制混凝土底座在工厂预制生产,复核表面平整度及尺寸后运输至施工现场，待钢筋笼安装就位，采用履带式起重机安放就位，复测轴线尺寸及标高，沿底座角部下插角钢进行限位避免位移，同时在底座板上弹出水平方向的双向中心线便于下一道工序的对中。

??安放调垂支架

调垂支架构件散件运输至施工现场后进行组拼成型，采用履带式起重机整体吊装至预制混凝土底座上就位，为保证钢柱下放时与桩基同心，调直架固定前应与桩位对中，安装过程中利用经纬仪双向控制，确保调垂支架中心与桩位轴线重合。位置调节完成后将调垂支架与预制混凝土底座上预埋的钢板进行焊接固定。

??钢柱加工

钢柱为箱形柱，有600×600×36×36，700×700×36×36等截面，均在工厂加工成型。加工时必须要确保垂直度，使用前在现场对格构柱4条边进行垂直度复测。

??导向段加工

导向段为角钢及槽钢组合形成的格构式钢柱，与钢柱预埋段通过焊接相连，钢柱预埋段主要为箱形钢柱，在预埋段柱顶4个侧面中部分别与槽钢焊接，槽钢凹口朝内正对钢柱，组拼成型。复测构件尺寸，将下端钢柱4个侧面的中心线引至槽钢外侧，用于安装过程中的垂直度调节。

??吊装预埋钢柱并落位

预埋钢柱起吊前应复核垂直度误差，再进行试吊，试吊无误后直接起吊空中回直，如钢柱出现较大变形，立即放回地面进行检查。正式起吊后钢柱应缓慢接近调垂支架及桩位，下放时须缓慢下落，依次穿过调垂支架、装配式底座，落入桩孔内部，避免与钢筋笼发生碰撞。

??标高、轴线定位、垂直度调节

1）轴线定位调节

钢柱下放至一定高度后开始限位进行钢柱对中，根据桩中心点位置及底座板上的双向水平中心线，计算出钢柱外壁至桩位中心的距离，通过调节调垂支架下层井字梁水平滑动，使钢柱被限位处完成对中。

2）钢柱标高调节

根据预设的标高水平线，钢柱下放至设计标高附近时保持静置状态，采用水准仪重新测定标高后继续下放钢柱，直到导向结构四周的架设脚搁置在调垂支架下层井字梁上，再复测标高，测量无误后吊机脱钩，完成标高调节。

3）垂直度调节

根据导向段格构柱上的柱中心引线，在调垂支架旁架设经纬仪进行双向垂直度控制，根据测定结果进行调节，在调垂支架上层井字梁位置处调节千斤顶、螺杆组成的角度调节装置进行顶推，直至垂直度偏差满足设计要求，最后调节上层井字梁进行限位，将钢柱进行固定。

??灌注混凝土

钢柱调节就位后在调垂支架上架设灌浆斗、采用泵送混凝土的方式灌注混凝土。混凝土采用导管法水下浇灌，导管采用丝扣连接。混凝土灌注过程中导管应始终在混凝土中，严禁将导管提出混凝土面。首批混凝土下落后，混凝土应连续供应。

??拔除钢护筒

混凝土初凝前1h首先临时拆除调垂支架，再拔除钢护筒，拔除过程应缓慢进行，避免出现较大扰动影响钢柱垂直度。

??二次调节

钢护筒拔出后，将调垂支架再次安装到预制混凝土底座上，对预埋钢柱的轴线定位、标高、垂直度进行复测、调整。待混凝土达到终凝后，拆除调垂支架，预制混凝土底座，完成该“一柱一桩”施工。

1）轴线定位调节

灌注桩身钻孔完成后吊装装配式底座，落在桩孔上方并与桩孔中心对中固定，调垂支架整体吊装落位在装配式底座上并通过螺栓与装配式底座上的预埋件进行连接，再次对中，保证桩孔、装配式底座、装配式调垂支架均在同一中轴线上。

导向段提前安装在预埋钢柱上端连接形成刚性同轴结构，吊装落位依次穿过装配式调垂支架、装配式底座、桩孔。

调垂支架下层4根井字梁合围成限位口，控制导向段结构与钢立柱的水平位置。限位口的位置即决定了导向结构与钢立柱在水平轴线上的位置，控制限位口位于桩孔的中心位置，从而使钢立柱设置在桩孔中心。调垂支架下层限位梁根据水平轴线定位进行预埋钢柱与导向段的水平对中。

2）钢柱标高调节

导向段外侧的架设脚落位在下层限位梁上，通过调节架设脚与限位梁之间的竖向调节螺杆，控制预埋钢柱与导向段达到设计标高。

3）垂直度调节

根据“杠杆原理”，如图4所示，下层限位梁与导向结构架设脚间的接触点形成支点，在上层井字梁给导向结构上端施加外力，可使导向结构以支点为中心转动，导向结构带动钢立柱旋转，进而控制钢立柱垂直度。在调垂支架上层设置调垂平台，通过千斤顶和螺杆调整限位梁，使限位梁推动导向结构，导向结构以支点为中心带动钢立柱转动，导向结构转动至垂直状态后，钢立柱也随之调整为垂直状态。

图4 装配式调垂系统调垂原理

通过上述对研发的一种装配式一柱一桩调垂系统的仿真计算分析，对预埋钢柱导向段、装配式调垂支架、预制混凝土底座的计算分析，证明了本调垂系统各组成部分的可靠性。

通过本项新技术在实际工程中的应用，项目首层土方开挖后对预埋钢柱进行复测，预埋钢柱轴线偏差≤5mm，标高偏差≤5mm，垂直度偏差≤10mm，施工控制精度控制在1/700~1/850预埋钢柱高度范围内。

一柱一桩施工完毕的钢柱标高、轴线定位精度以及垂直度均比规范要求提高了很多，减少了上部钢结构安装调整的工作，大大提高了施工效率，加快了工程进展，工程质量与项目成本得到了有效控制，为今后桩柱一体化的施工，提供了一种高效可靠的施工技术。