HPE液壓垂直插入技術在鋼管柱插入低高程沖孔灌注樁施工中的應用

【摘 要】結合佛山東平廣場項目-20m以下樁基工程逆作法“一樁一柱”實例，介紹了樁基混凝土澆筑后采用HPE液壓垂直插入機安裝鋼管柱施工技術，供類似工程參考。

【關鍵詞】HPE液壓機；垂直插入；鋼管柱；應用

前言：

佛山市東平廣場為大底盤多塔超高層建筑，塔樓有八幢，高42～54層，主體結構地下四層多跨框架結構，采用蓋挖逆作法施工，在沖孔樁頂混凝土中插入永久性鋼管柱作為施工階段的豎向支撐結構，鉆孔灌注樁兼做使用階段的抗拔樁。

1 難點與特點

1.1 PHE液壓垂直插入鋼管柱難點

本項目一期工程中的A、B塔樓共計有44條沖孔灌注樁，每根樁均插入鋼管柱作為永久結構柱施工，鋼管柱作為施工階段的豎向支撐結構，鉆孔灌注樁兼作使用階段的抗拔樁，因此本工程具有以下特點：單樁承載力大，樁直徑大，深度深，永久性鋼管柱垂直度偏差小于L/500（L為鋼管柱的長度）。鋼管柱直徑分別為1.5m及0.9m兩種，其下部沖孔樁樁徑分別為2.5m及1.8m兩種（其中28根鋼管柱直徑1.5m 的樁頂標高從地面至沖孔樁混凝土面深度為19.2m；16根鋼管柱直徑0.9m的樁頂標高從地面至沖孔樁混凝土面深度為15.6m。

1.2 HPEY液壓垂直插入鋼管柱的特點

1.2.1 定位準確、單樁安裝施工周期短，大大節(jié)約了施工工期；

1.2.2 垂直精度高，垂直度＜L／500（L為鋼管柱長度）；

2 HPE 液壓垂直插入鋼管柱施工工藝

該工藝是一種使工作中底部基礎樁與上部結構柱（鋼管柱）連接的施工方法。施工中采用HPE液壓插入機，在基坑內施工支撐樁（沖孔樁）澆筑至基坑底標高后，在砼初凝前，將底端封閉的永久性鋼管柱插入支撐柱(沖孔樁)中，直到插入至設計標高的施工方法。

3 鋼管柱安裝前的基本要求

3.1 鋼管柱加工要求

鋼管柱所有材料均為Q345B，鋼管柱的焊縫為全熔透Ⅰ級，外表面必須光潔、平整，不得出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象。

3.2 鋼管柱法蘭及底部加工要求

對于Φ900mm的鋼管柱底部法蘭最大直徑不宜超過1.1m，對于Φ1500mm的鋼管柱底部法蘭最大直徑不宜超過1.80m。

鋼管柱底部需加工成錐臺形，錐形中心與鋼管柱中心吻合。

3.3 工具柱加工要求

鋼管柱在地面以下有一定的深度，為確保HPE插入機能將鋼管柱送至設計標高，在安裝鋼管柱時需加接一根工具柱，工具長度不小于HPE插入機的高度+鋼管柱頂在地面以下的深度0.5米，并且工具柱加工時表面平整，豎向焊縫為同一側直縫，工具柱直徑及壁厚與鋼管柱相同。

3.4 鋼管柱焊接。

3.4.1 焊接準備

為保證鋼管柱與工具柱連接整體順直，特設置鋼管柱加工平臺。該平臺底部設置鋼筋砼臺墩，尺寸為2m×3m，平臺與臺墩采用鋼筋焊接固定，加工平臺設置四個，其標高相同、中線一致。

3.4.2 鋼管柱的對接、調直

鋼管柱與工具柱放置在平臺后，工具柱對入內襯管后，在工具柱與鋼管柱頂面和側面各設置一條控制線，以保證鋼管柱與工具柱整體順直，調直后采用電焊四面對稱固定。

3.4.3 鋼管柱與工具柱焊接

（1）本工程施工的鋼管柱在地面以上，考慮HPE液壓垂直插入機施工要求，鋼管柱垂直插入時必須采用工具柱將鋼管柱送入至設計標高，鋼管柱與工具柱采用電焊連接，為節(jié)約施工成本，工具柱回收重復施工。

（2）在焊接工具柱時，為防止焊接變形特采用兩臺交流兩電焊機同時對稱作業(yè)，并且每焊接50cm就要檢查鋼管柱與工具柱的整體順直度，如發(fā)現(xiàn)偏位及時予以糾偏。

3.5 場地要求

為滿足100t、50t履帶吊機、砼攪拌車現(xiàn)等大型設備進場作業(yè)需要，對履帶吊行走路線進行路基處理，本工程采用石碴和廢磚碴鋪設，樁周邊場地采用砼硬化地面，采用C25砼，內鋪直徑12@0.2m雙向單層鋼筋。在沖孔灌注樁澆灌完成后，馬上撤走沖孔樁機，進行清理、整平，以確保HPE液壓插入機械就位、定位的穩(wěn)固、準確。

3.6 灌注樁砼要求

樁的砼緩凝時間不小于15小時，其中砼運輸時間按1小時計算，砼灌注時間按3～4小時計算，HPE垂直插入機就位按2小時計算，插入鋼管柱時間按5～7小時計算，合計時間約13小時，考慮其他原因砼15小時后二次攪拌坍落度不小于100mm，不分層離析有較好的和易性。

4 鋼管柱施工工藝流程及施工方法

4.1 施工工藝流程

樁砼澆筑完成→插入機就位對中→調整插入機水平度→吊裝鋼管柱→插入鋼管柱→四周回填砂碎石→拆除工具柱和移機→鋼管柱內澆筑砼

4.2 施工方法

4.2.1 HPE垂直插入機就位對中

在灌注樁砼前做好砼留樣工作，砼澆筑完畢后，對樁孔周邊進行清理和鋪設路基箱（路基箱尺寸為8m×2.2m×0.37m）。路基箱鋪設完畢再進行樁位二次放樣，重新放出樁中心，并將十字線標記在護筒上，然后吊裝HPE垂直插入機就位， HPE液壓插入機根據(jù)定位器就位對中，將HPE液壓插入機械的定位器中心與灌注樁樁位中心在同一垂直線上。

4.2.2 調整HPE垂直插入機水平度

就位對中后，HPE液壓插入機械可手動和自動調整水平度，并重新復核中心位置，滿足要求后即可吊裝性鋼管柱入孔。

4.2.3 吊裝鋼管柱

采用兩臺吊車多點抬吊，其中1臺100t履帶吊機直接起吊下放，另1臺50t履帶吊機輔助。雙機抬吊鋼管柱在空中翻轉垂直后，由100t 履帶吊單獨將鋼管柱垂直緩慢放入HPE垂直插入機上。

4.2.4 HPE垂直插入機液壓插入鋼管柱

鋼管柱吊放至HPE插入機內，下入孔內至第二道法蘭后，另一臺吊車安裝HPE機械的內襯，內襯安裝完畢后，由PHE插入機抱緊鋼管柱，并復測鋼管柱垂直度，同時在底部第一道法蘭處安裝高精度垂直度傳感儀，此時吊鋼管柱的吊機脫鉤，鋼管柱調直后垂直插入孔內，剛開始下放鋼管柱時，由于鋼管柱的自重，鋼管柱能自由下入孔內一定深度，由于鋼管柱底端封閉，當浮力大于鋼管柱重量后，由HPE插入機將鋼管柱抱緊，用液壓插入裝置的液壓下壓力將鋼管柱下壓插入孔內，利用工具柱將鋼管柱插入至設計標高，當鋼管柱插至砼頂面后，將配重放入鋼管柱內減小浮力，并重新復測鋼管柱的垂直度，此時可根據(jù)HPE插入機自身垂直儀、經緯儀及鋼管柱上安裝的垂直傳感器反應到電腦的信號來確定鋼管柱的垂直度，滿足垂直度要求后繼續(xù)下壓插入至砼中，如不滿足要求可調整HPE插入機的水平度，直至鋼管柱垂直度滿足要求。

4.2.5 鋼管柱四周回填碎石

插入鋼管柱后10小時后，對鋼管柱四周進行砂或碎石回填，回填時在鋼管柱四周均勻填入，邊填邊將泥漿排，碎石回填高度與鋼管頂標高以下500mm左右。

4.2.6 拆除送柱標準節(jié)HPE垂直插入機移位

當鋼管柱四周回填碎石已固定鋼管柱中心位置，等留樣砼凝固后，即可割除鋼管柱與送柱工具柱連接部位，拆除HPE動力站，由吊車將HPE垂直插入機移位。

4.2.7 灌注鋼管柱內砼

下放導管進行鋼管柱內的砼灌注，鋼管柱內砼為干作業(yè)灌注，當灌注到法蘭部位時，需上下抽動導管使砼充分填筑法蘭底部的空隙，灌注到鋼管柱頂標高350～500mm后停止灌注。

4.3 鋼管柱安裝施工要求和主要技術措施

4.3.1 插入鋼管柱施工要求

（1）柱中心和基礎中心允許偏差±5mm；

（2）柱頂面標高和設計標高允許偏差0～-20mm；

（3）柱垂直度允許偏差＜L/500mm；

4.3.2 主要技術措施

（1）垂直度控制技術措施

對于施工中使用的經緯儀、垂直儀及傳感器需經常檢查，確保垂直精度在允許范圍內，鋼管柱安裝后垂直度控制在1/500以內。

（2）鋼管柱柱底砼質量控制措施

插入鋼管柱時為防止鋼管柱底帶入渣土，在插入鋼管柱是采用HPE垂直插入機適當旋轉插入，有利于鋼管柱底的渣土上翻。

5 施工效果

佛山市東平廣場項目-20m以下樁基工程采用了HPE液壓垂直插入了大直徑鋼管柱，該柱與地下室梁板連接是整個±0.000以下工程的關鍵工程之一，鋼管柱插入砼樁中的位置、標高，均達到了設計要求，既縮短了施工工期，節(jié)約了成本，又保證了整體工程質量，得到了建設單位、質監(jiān)部門、監(jiān)理單位的高度贊揚。

推廣應用逆作法能夠大大節(jié)約工程造價，縮短施工工期，而PHE液壓垂直插入鋼管柱在砼樁頂面作為支撐是一種很有發(fā)展前途和值得推廣價值的深基坑支護技術，如今它正在處于技術成熟時期，具有廣闊的使用價值和應用前景。

參考文獻：

[1]東平廣場設計施工圖和相關施工文件資料

[2]《鋼管混凝土工程施工質量驗收規(guī)范》GB50628-2010

[3]《自密實高性能混凝土技術規(guī)程》CECS 28:90

[4]《鋼結構設計規(guī)范》（GB50017-2003）

[5]《普通混凝土配合比設計技術規(guī)定》JGJ55-2000