一种深基坑围护竖向格构柱定位转向控制系统及使用方法与流程

本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及一种深基坑围护竖向格构柱定位转向控制系统及使用方法。

背景技术：

在进行基坑围护的设计过程中，方案比选是一项十分重要的工作。所选定的支护结构，首先应具有施工的可行性、应能满足根据工程环境所确定的基坑保护等级对基坑水平位移和地表沉降的限制要求，在满足上述要求的前提下，再经技术、经济比较后确定最终的围护结构型式，对方案比选过程中的各种因素加以分析，确定科学合理的工程方案。

基坑围护结构主要承受基坑开挖卸荷所产生的水压力和土压力，并将此压力传递到支撑，是稳定基坑的一种施工临时挡墙结构。目前钻孔灌注桩法在基坑围护方面有广泛应用，主要是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。

南方软土地区进行深基坑围护结构设计时，多采用混凝土内支撑结构，支撑竖向荷载多采用组合式立柱来承担。组合式立柱下部为钻孔灌注桩，上部为组合式钢立柱，通常是格构柱。南方软土地区，因机械化施工的场地要求，基坑围护桩基工程一般在地面施工，而当支撑标高在施工场地地表以下时，相应的格构柱顶亦在地表以下一定深度，则按照常规利用吊筋辅助施工工艺，格构柱的定位、标高与转向施工精度将很难保证。若格构柱定位或转向偏差过大，将造成支撑钢筋无法正常穿过格构柱，给施工带来极大不便，无论如何处理均带来额外费用的投入，还可能对总工期带来影响。另外，有时主体结构设计图纸将结构柱借用格构柱增加配筋形成型钢混凝土劲性柱，这样施工偏差控制将更加重要。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种用于深基坑围护的竖向支撑格构柱定位、转向控制系统及使用方法，该系统能够精确控制格构柱的标高、中心位置与转向，为后续工序顺利施工提供有利条件。

本发明的技术方案为：一种深基坑围护竖向格构柱定位转向控制系统，主要包括：定位系统、转向系统、辅助调节系统；所述的定位系统包括定位平台、格构柱、定位木桩、紧固螺杆、加长型螺母；所述的转向系统包括导向柱、钢筋笼、支抬牛腿、螺杆连接牛腿；所述的辅助调节系统包括支抬扁担和调节撬棍；所述的定位平台中心留有矩形孔，可容钢筋笼和导向柱自由穿过，安置于桩孔口顶部地面，所述的导向柱从定位平台中间插入，下端插入格构柱与格构柱顶部咬合，所述的格构柱插入钢筋笼并利用钢筋焊接固定，所述的钢筋笼插入桩孔内，所述的紧固螺杆为两根，与导向柱、格构柱端部螺杆连接牛腿相对应布置，成对布置在导向柱两侧，连接导向柱与格构柱，使两者成为整体。

进一步的，所述的紧固螺杆包含螺杆、螺母、丝扣，所述的螺杆、螺母、丝扣的性能标准是在扭紧后应能承受导向柱、格构柱、钢筋笼及施工中产生的所有荷载的组合值。

进一步的，所述的导向柱所用型钢与格构柱规格相同，长度根据格构柱与地面场地标高起伏情况推算，长度宜在9米以内，注意导向柱出地面高度应满足下导管及浇筑混凝土净空要求。

进一步的，所述的插入格构柱的导向柱角钢应与格构柱角钢相同，在导向柱底部内侧分别与格构柱4个角钢绑焊1根，插头端部切外坡口，使四根角钢端部整体呈针状，以便顺利插入格构柱；插头长度优选为50-80厘米，这样才可以保证导向柱插头能自由插入格构柱，而无过大缝隙。

一种深基坑围护竖向格构柱定位转向控制系统的使用方法为：

步骤一：采用地面十字形定位木桩确定桩体中心，钻机钻至设计桩孔深，之后移走钻机；安放定位平台并使定位平台与格构柱轴对称线应完全重合，利用地面十字形定位木桩辅助完成定位，然后用水准仪测量定位平台的标高，用水平尺调平定位平台；

步骤二：利用起重机将加工好的钢筋笼吊放至桩孔内，在孔口利用型钢支抬扁担架置在定位平台上，放松钢丝绳；使用起重机将预制好的格构柱吊放插入所述的孔口钢筋笼顶部，满足插入长度后垂直悬停，之后利用8根既定长度的钢筋将格构柱与钢筋笼主筋焊接成为整体；继续使用起重机继续向桩孔内吊放格构柱与钢筋笼，吊放过程中利用撬棍调整格构柱转向，应基本在定位平台矩形孔口中心，且四边两两平行；当起重机下放格构柱至孔口时，利用型钢支抬扁担横向插入格构柱空挡，架置在定位平台上，放松钢丝绳；使用起重机起吊预定长度的导向柱，将下部插头插入格构柱，利用紧固螺杆将导向柱与格构柱两侧的螺杆连接牛腿连接固定，成为整体，所述的紧固螺杆连接时，固定头在导向柱顶部的支抬牛腿端部，丝扣段在格构柱支抬牛腿端部，在扭紧螺杆螺母后应用焊机将螺母与格构柱端的支抬牛腿满焊牢固，以便在导向柱顶部能扭松螺杆，将螺杆下部丝扣从螺母中退丝，达到螺杆周转使用要求；

步骤三：导向柱、格构柱及钢筋笼达到设计标高后，利用型钢支抬扁担支抬导向柱顶部两侧的支抬牛腿，并搁置在矩形定位平台上；对照格构柱与定位平台的位置关系，利用撬棍微调格构柱中心和转向，选用不同型号尺寸的支抬扁担来微调格构柱与钢筋笼的标高。所有微调在满足规范误差范围后，利用电焊机将支抬导向柱的型钢支抬扁担点焊固定在定位平台上；清孔、下导管、水下浇筑混凝土。

进一步的，所述的型钢为H型钢，根据不同应力需求合理分配截面尺寸的高宽比，满足力学性能要求的焊接条件，用于钢筋砼框架结构柱中钢芯柱，具有优良的力学性能和优越的使用性能，结构强度高，截面模数大，在承载条件相同时，可节约金属10-15％，钢结构的开间可比混凝土结构的开间大50％，塑性和柔韧性好，结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构，抗自然灾害能力强，特别适用于一些土质松软的建筑结构。

与现有技术相比，本发明的系统具有以下优点：

(1)控制精度高：在设计格构柱顶在地面以下一定深度条件下，能够精确控制格构柱的中心位置、标高与转向，使格构柱施工精度得到有效控制。

(2)有效缩短工期：无需在格构柱或钢筋笼上焊接吊筋，缩短利用吊筋进行格构柱标高、定位、转向进行模糊调整的时间；另外，节约了因格构柱定位、转向偏差大带来的与各单位进行协商并处理的人工、材料等费用损失与工期延误带来的相关损失。

(3)周转使用率高：本发明所有主要部件均为型钢材料制作，不易损坏，可多次周转使用。

(4)经济效益显著：与一般施工工艺相比，本发明在应用过程中，起重吊装过程仅利用1台设备即可完成，且使用方法简便，易于掌握，使用后可极大降低额外费用的投入，经济效益明显。

附图说明

图1为本发明专利提出的一种竖向支撑格构柱定位、转向控制系统示意图；

图2为导向柱与格构柱孔口连接并同步进行定位、转向初步调整的节点工艺示意图；

图3为定位平台、导向柱控制格构柱平面定位、转向的平面做法示意图。

其中，1-导向柱；2-定位平台；3-紧固螺杆；4-格构柱；5-加长型螺母；6-桩孔；7-钢筋笼；8-支抬牛腿；9-螺杆连接牛腿；10-定位木桩；11-支抬扁担；12-调节撬棍。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本发明实施例的理解，下面以苏州某地下空间工程为例，结合附图对本发明的使用方法进一步说明。

苏州某地下空间工程为地下三层结构，地面标高2.5米，基坑开挖深度17.6米，某分区支护方案为：上部5.5米高土钉墙i＝1:2.18放坡支护，留置6～8米宽一级平台，下部采用围护桩+2道混凝土支撑，立柱桩下钻孔灌注桩长25米，格构柱长度14.75米，格构柱顶距施工地面约6.5米。支撑截面1000×1000毫米，格构柱截面460×460毫米，支撑格构柱中心在支撑中心线上，转向应与支撑主要受力方向正交。

如图1、图2所示，一种深基坑围护竖向格构柱定位转向控制系统，主要包括：定位系统、转向系统、辅助调节系统；定位系统包括定位平台2、格构柱4、定位木桩10、紧固螺杆3、加长型螺母5；转向系统包括导向柱1、钢筋笼7、支抬牛腿8、螺杆连接牛腿9；辅助调节系统包括支抬扁担11和调节撬棍12。

定位平台2中心留有矩形孔，可容钢筋笼7和导向柱1自由穿过，安置于桩孔口顶部地面，所述的导向柱1从定位平台2中间插入，下端插入格构柱4与格构柱4顶部咬合，所述的格构柱4插入钢筋笼7并利用钢筋焊接固定，所述的钢筋笼7插入桩孔6内，所述的紧固螺杆3为两根，与导向柱1、格构柱4端部螺杆连接牛腿9相对应布置，成对布置在导向柱1两侧，连接导向柱1与格构柱4，使两者成为整体。

紧固螺杆3包含螺杆、螺母、丝扣，所述的螺杆、螺母、丝扣的性能标准是在扭紧后应能承受导向柱1、格构柱4、钢筋笼7及施工中产生的所有荷载的组合值。

导向柱1所用型钢与格构柱4规格相同，长度根据格构柱4与地面场地标高起伏情况推算，长度宜在9米以内，注意导向柱1出地面高度应满足下导管及浇筑混凝土净空要求。插入格构柱4的导向柱1角钢应与格构柱4角钢相同，在导向柱1底部内侧分别与格构柱4四个角钢绑焊1根，插头端部切外坡口，使四根角钢端部整体呈针状，以便顺利插入格构柱；插头长度优选为65厘米，这样才可以保证导向柱插头能自由插入格构柱，而无过大缝隙。

利用本发明实施例的竖向支撑格构柱定位转向控制系统的使用方法如下：

(1)桩孔6的定位放线：如图3所示，利用测量仪器测得立柱桩桩体6的中心位置，之后测设十字相交的4个定位木桩4，定位木桩4的十字连线交点为桩孔6的中心，方向与格构柱的转向一致，十字连线长度约3米。

(2)完成钻孔：钻机钻头对中桩孔6中心开孔钻进，过程中注意垂直度控制，至设计孔深后完成钻孔，挪走钻机。

(3)安放定位平台：起重设备吊装定位平台2，要求其中心对称轴线与四个定位木桩10的十字交线与中心应完全一致。

(4)吊放钢筋笼：按照既定方案完成钢筋笼7接长与吊放，至桩孔6内，钢筋笼7顶部距定位平台2约3.5米长位置采用型钢扁担架置在定位平台2后放松吊钩。

(5)吊放格构柱：利用卡环将吊钩与14.75米长规格的格构柱吊孔可靠连接，起吊格构柱4悬空垂直插入搁置在定位平台2上的钢筋笼7，插入长度3m。利用既定长度的8根钢筋，每面2根将格构柱4与钢筋笼7焊接成为整体。

(6)继续吊放格构柱：起吊格构柱4，拔出架置在钢筋笼7顶部的型钢扁担，继续下放格构柱4，过程中与定位平台2的矩形留孔四边对比，利用调节撬棍12随时调整格构柱4转向，保证四面两两平行且居中。当格构柱4顶距定位平台2约1米时，插放型钢扁担，将格构柱1架置在定位平台2上，放松吊钩。

(7)将2根与6.5米长导向柱1配套的紧固螺杆3穿入导向柱1顶的螺杆连接牛腿9的孔内，利用铅丝临时绑扎固定紧固螺杆3与格构柱4。起吊导向柱1，悬空垂直将导向柱1底部插头插入架置在定位平台2上的格构柱4内，注意导向柱1与格构柱4上的螺杆连接牛腿9应在同一面，以便紧固螺杆3上下连接。

(8)连接导向柱与格构柱：导向柱1插入格构柱4过程中，将2根紧固螺杆与格构柱临时规定的铅丝松开，对准格构柱4顶部的螺杆连接牛腿9，穿入螺栓孔，利用加长型螺母5将导向柱1与格构柱4连接成整体。利用电焊机将加长型螺母5与螺杆连接牛腿9满焊牢固，注意不要伤到螺杆丝扣，以便螺杆顺利退丝，完成后见图2。

(9)继续吊放导向柱：起吊下放导向柱1，过程中与定位平台2的矩形留孔四边对比，利用调节撬棍12随时调整格构柱4的转向，保证四面两两平行且居中。

(10)导向柱间接控制格构柱标高：导向柱1吊放基本到位后，利用型钢扁担临时架置导向柱1至定位平台2上。利用水准仪校核定位平台4的顶面标高，计算导向柱1的顶部与定位平台2间的距离，选用适合规格尺寸的型钢扁担11架置导向柱1顶部支抬牛腿至定位平台2上，通过导向柱2的顶标高校核格构柱4的顶标高是否准确。

(11)微调导向柱间接控制格构柱转向与中心位置：利用调节撬棍12微调导向柱2的定位与转向，直至误差满足规范和图纸要求

(12)固定导向柱：利用电焊机将型钢扁担11与定位平台2点焊可靠固定，间接固定了格构柱的中心位置与转向，完成后参见图1、图3。

(13)清孔、下导管、水下浇筑混凝土，过程中注意不宜过度碰撞扰动导向柱、格构柱与钢筋笼，避免格构柱的标高、定位与转向发生变化。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。