采用虚拟轴快速调整钢管垂直度的施工方法与流程

本发明涉及一种采用虚拟轴快速调整钢管垂直度的施工方法，属于建筑施工技术领域。

背景技术：

在逆作法施工中，竖向受力结构常采用一柱一桩形式，即由下部的混凝土桩和位于混凝土桩上部的钢立柱构成，在地下结构竣工之后，钢立柱外包混凝土作为地下室的结构柱。钢管的垂直度控制是施工技术的关键，也是结构竖向支承体系承载能力及结构稳定性的重要保障。因此，必须严格控制钢立柱的定位和垂直度，否则会增加钢立柱的附加弯矩，从而导致设计截面下的失稳破坏，这要求钢立柱垂直度达到1/600甚至更高。

在实际工程中通用的调垂方法是在钢管首端和尾端中心处分别设置激光测斜仪和光靶，通过激光线射向光靶十字中心时，激光线测量轴作为钢管形心轴，然后以测量仪器读数为依据进行钢管垂直度调整。钢管在水平状态下存在一定挠度，钢管吊装并下方至钻孔中是在竖直状态下进行的，使钢管竖直状态下测量轴和形心轴二者之间存在偏差，影响钢管的垂直度。而且，在施工过程中需要反复调整钢立柱形心轴，存在着系统误差叠加效应显著及人为操作中的主观不确定因素增大偶然误差等问题，效率非常低。

技术实现要素：

针对一柱一桩施工中，现有的钢立柱调垂方法存在的激光测斜仪激光测定轴与钢管形心轴存在偏差、施工中需要反复调整形心轴、存在系统误差叠加、受人为影响大、效率低等问题，本发明提供了一种采用虚拟轴快速调整钢管垂直度的施工方法，将激光测斜仪和光靶安装在钢管外壁上，钢管处于水平状态时对激光线进行定位；然后在钢管处于水平状态且激光测斜仪读数稳定状态下，假设钢管在此状态下圆心位置存在一条绝对垂直的虚拟轴，将激光测斜仪读数清零使其读数代表虚拟轴的垂直度；在钢管吊入钻孔后，依据激光测斜仪的读数进行钢管垂直度调整。该施工方法激光测斜仪及光靶安装方便，水平装下激光线对中精度不影响钢管最终垂直度，解决了因钢管水平放置引起的挠度变形及激光线对中精度不足引起测量累积误差的问题，另外，将激光测斜仪的读数标定为虚拟轴的垂直度，降低了钢管垂直度调整的难度，可大大降低施工难度，提高施工效率。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种采用虚拟轴快速调整钢管垂直度的施工方法，包括如下步骤：

s1.钢管水平放置，在所述钢管的首端的外壁上固定激光测斜仪，并在所述钢管的尾端外壁上固定光靶，调整所述激光测斜仪的基座，使所述激光测斜仪的激光发射器发射的激光线照射在所述光靶中心，然后拆除所述光靶；

s2.用吊机将所述钢管竖直吊起，待所述钢管在重力作用下悬置且激光测斜仪读数保持稳定1min以上后，此状态下假设钢管中心存在一根绝对垂直的虚拟轴，将所述激光测斜仪的读数归0，此时所述激光测斜仪读数代表所述虚拟轴的垂直度；

s3.将所述钢管吊入钻孔内，并在所述钻孔顶部的地面上安装液压调垂盘，且所述液压调垂盘的校正架与所述钢管之间为刚性连接，利用设置于所述液压调垂盘上的垂直千斤顶和水平千斤顶调整所述钢管首端，使所述激光测斜仪的读数趋近于0；

s4.在所述钢管内设置混凝土下料管并浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后，拆除所述激光测斜仪及所述液压调垂盘。

优选为，步骤s1中，所述激光测斜仪的固定方式为，在所述钢管首端的外壁上焊接基板一，所述基板一上设置有螺栓孔，在所述基板一上用螺栓固定l型连接板一，所述l型连接板一上设置有激光孔，所述激光测斜仪通过基座固定在所述l型连接板一上，所述激光发射器正对所述激光孔。

优选为，步骤s1中，所述光靶的固定方式为，在所述钢管尾端的外壁上焊接基板二，所述基板二上设置有螺栓孔，在所述基板二上用螺栓固定l型连接板二，所述l型连接板二上固定所述光靶，所述光靶的十字中心至所述钢管外壁的垂直距离等于所述激光孔至所述钢管外壁的垂直距离。

优选为，所述钢管首端外壁两侧对称设置有吊耳，步骤s2中，吊机的吊绳悬挂在吊耳上。

优选为，步骤s3中，首先对所述液压调垂盘下方的土体进行加固形成加固层，并设置预埋铁板。

优选为，所述液压调垂盘包括定位架和校正架，所述定位架固定在所述加固层上的所述预埋铁板上，所述校正架通过四个垂直千斤顶支撑于所述加固层上的所述预埋铁板上，所述校正架在水平方向上通过四个水平千斤顶固定在所述定位架上，所述校正架中间有通孔，所述钢管固定在所述通孔中。

优选为，所述激光测斜仪读数为x-y轴读数，所述定位架与所述校正架之间设置有4个所述水平千斤顶，其中一对位于x轴方向，另一对位于y轴方向，步骤s3中，首先通过调节x轴方向的一对所述水平千斤顶使x轴读数趋零，然后调整另一对y轴方向的所述水平千斤顶使y轴读数趋零。

优选为，步骤s4中，浇筑所述混凝土的过程中，始终监测所述激光测斜仪的读数，保持读数趋零。。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)将激光测斜仪和光靶安装在钢管外壁上，光靶具有通用性，且光靶固定不受管壁加工精度的影响，同时激光测斜仪也不影响钢管内施工作业；

(2)光靶仅用于大致调整激光测斜仪的方向，因此，激光线仅需大致与钢管形心平行即可，大大降低了激光线对中的难度；

(3)吊机将钢管悬吊后，在激光测斜仪读数保持1分钟以上不变化的情形，假设此状态时钢管中心存在一根绝对垂直的虚拟轴，并将激光测斜仪读数归零，以后激光测斜仪读数可代表该虚拟轴的倾斜度，保证激光测斜仪读数越趋近于零，虚拟轴越趋近绝对垂直，钢管垂直度越高；

(4)激光测斜仪读数包括x-y轴读数，将液压调垂盘的水平千斤顶设置为x轴方向、y轴方向各两个，可分别调整x轴、y轴读数，简化垂直度调整难度。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的采用虚拟轴快速调整钢管垂直度的施工方法的流程框图；

图2为本发明一实施例提供的钢管安装激光测斜仪和光靶的示意图；

图3为本发明一实施例提供的光靶结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的吊机竖直吊起钢管的示意图；

图5为本发明一实施例提供的液压调垂盘结构示意图；

图6为图5中的液压调垂盘的俯视图；

图7为本发明一实施例提供的浇筑桩基混凝土的示意图。

图中标号如下：

钢管100；虚拟轴101；吊耳102；首端110；尾端120；激光测斜仪200；激光线201；基板一210；l型连接板一220；激光孔221；基板二230；l型连接板二240；光靶250；十字中心251；吊机310；护筒320；加固层330；混凝土下料管340；液压调垂盘400；定位架410；校正架420；垂直千斤顶430；水平千斤顶440。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的采用虚拟轴快速调整钢管垂直度的施工方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参阅图1，图1为本实施例的流程框图，图2-7为施工过程图。下面将结合图1至图7对本发明的要点做进一步说明。

采用虚拟轴101快速调整钢管100垂直度的施工方法，包括如下步骤：

s1.如图2所示，钢管100水平放置，在钢管100的首端110的外壁上固定激光测斜仪200，并在钢管100的尾端120外壁上固定光靶250，调整激光测斜仪200的基座，使激光测斜仪200的激光发射器发射的激光线201照射在光靶250中心，然后拆除光靶250。

其中，激光测斜仪200的固定方式为，在钢管100首端110的外壁上焊接基板一210，基板一210上设置有螺栓孔，在基板一210上用螺栓固定l型连接板一220，l型连接板一220上设置有激光孔221，激光测斜仪200固定在l型连接板一220上，激光发射器正对激光孔221。

其中，光靶250的固定方式为，在钢管100尾端120的外壁上焊接基板二230，基板二230上设置有螺栓孔，在基板二230上用螺栓固定l型连接板二240，l型连接板二240上固定光靶250，光靶250十字中心251至钢管100外壁的垂直距离等于激光孔221至钢管100外壁的垂直距离。同时保证，激光孔221与光靶250十字中心251的连线大致与钢管100形心轴平行，这样通常只需激光线照射在光靶250即可，因激光线201不作为后期调垂工作的依据，故不影响后期施工精度，这大大降低了激光线201对中的难度。

在本实施例中，光靶250的作用为：使激光测斜仪200的激光线201大致与钢管100平行，防止激光测斜仪200与钢管100之间夹角过大，影响测量精度。因此，在钢管100处于水平状态时，保证激光线201处于光靶250中心附近即可满足要求，然后可拆除光靶250。

传统的激光测斜仪200和光靶250的安装方式为，将激光测斜仪200和光靶250分别安装在钢管100首端110及尾端120的中心轴线上，具有如下缺点：(1)光靶250只能适用于特定管径的钢管100，通配性差；且光靶250受钢管100加工及管口处切割精度的影响，因加工尺寸误差往往导致难以嵌套入管口或固定不牢的缺点；(2)激光测斜仪200位于钢管100中心处，影响钢管100内灌浆、排浆、混凝土浇筑作业。

本实施例中，将激光测斜仪200和光靶250安装在钢管100外壁上，具有如下优点：(1)光靶250具有通用性，且光靶250安装不受管壁加工精度的影响；(2)激光测斜仪200也不影响钢管100内施工作业。另外，本实施例中，光靶250仅用于大致调整激光测斜仪200的方向，因此，激光线201仅需大致与钢管100形心平行即可，大大降低了激光线201对中的难度。

s2.如图3所示，用吊机310将钢管100竖直吊起，待钢管100在重力作用下处于竖直状态且激光测斜仪200读数保持稳定1min以上后，此状态下假设钢管100中心存在一根绝对垂直的虚拟轴101，将激光测斜仪200的读数归零，此时激光测斜仪200读数代表虚拟轴101的垂直度。

其中，钢管100首端110外壁上两侧对称设置有一对吊耳102，吊机310的吊绳悬挂在吊耳102上。钢管100在竖直状态，且激光测斜仪200读数保持稳定1min以上后，此时钢管100可认为处于不受横向作用力的绝对垂直状态，用虚拟轴101代表此状态下的钢管100的绝对垂直轴，将激光测斜仪200读数清零后，则激光测斜仪200的读数可代表虚拟轴101的垂直度。

s3.将钢管100吊入钻孔内，并在钻孔顶部的地面上安装液压调垂盘400，且液压调垂盘400的校正架420与钢管100之间为刚性连接，利用设置于液压调垂盘400上的垂直千斤顶430和水平千斤顶440调整钢管100首端110，使激光测斜仪200的读数趋近于0。通常，钻孔上端设置有护筒320，钢管100通过液压调垂盘400插入护筒320中。

其中激光测斜仪200的读数趋近于0，是指其读数越接近于0，垂直度精度越高，读数需满足[0,m]，其中，m为钢管100垂直度所允许的最大偏差值所对应的激光测斜仪200的读数。

钢管100插入钻孔中，垂直度会稍有偏差，需要对钢管100的垂直度进行调整。调整钢管100的垂直度，可采用液压调垂盘400。首先，将钻孔周围待安装液压调垂盘400附近的土体进行加固，形成加固层330，并在加固层330中设置预埋铁板，然后安装液压调垂盘400。

其中，液压调垂盘400包括定位架410和校正架420，定位架410刚性连接于加固层330上的预埋铁板上，校正架420通过四个垂直千斤顶430支撑于加固层330上的预埋铁板上，校正架420在水平方向上通过四个水平千斤顶440固定在定位架410上，校正架420中间有通孔，钢管100固定在通孔中。其中垂直千斤顶430可使校正架420处于水平倾斜度，水平千斤顶440可调整校正架420的水平位移，在一定范围内调整钢管100首端110的位置，从而调整钢管100的垂直度。

其中，激光测斜仪200读数为x-y轴读数，定位架410与校正架420之间设置有4个水平千斤顶440，其中一对位于x轴方向，另一对位于y轴方向，步骤s3中，首先通过调节一对水平千斤顶440使x轴读数归零，然后调整另一对水平千斤顶440使y轴读数归零。

s4.在钢管100内设置混凝土下料管340并浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后，拆除激光测斜仪200及液压调垂盘400。

其中，浇筑混凝土的过程中，始终监测激光测斜仪200的读数，保持读数趋近于零。

综上所述，本发明提供的采用虚拟轴101快速调整钢管100垂直度的施工方法具有如下优点：(1)将激光测斜仪200和光靶250安装在钢管100外壁上，光靶250具有通用性，且光靶250固定不受管壁加工精度的影响，同时激光测斜仪200也不影响钢管100内施工作业；(2)光靶250仅用于大致调整激光测斜仪200的方向，因此，激光线201仅需大致与钢管100形心平行即可，大大降低了激光线201对中的难度；(3)吊机310将钢管100悬吊后，在激光测斜仪200读数保持1分钟以上不变化的情形，假设此状态时钢管100中心存在一根绝对垂直的虚拟轴101，并将激光测斜仪200读数归零，以后激光测斜仪200读数可代表该虚拟轴101的倾斜度，保证激光测斜仪200读数越趋近于零，虚拟轴101越趋近绝对垂直，钢管100垂直度越高；(4)激光测斜仪200读数包括x-y轴读数，将液压调垂盘400的水平千斤顶440设置为x轴方向、y轴方向各两个，可分别调整x轴、y轴读数趋零，简化垂直度调整工作难度。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。