HPE液壓垂直插入鋼管柱施工技術研究

摘要：HPE液壓垂直插入鋼管柱工法采用純機械作業，避免了傳統蓋挖逆作鋼管柱施工需人工下孔破除樁頂混凝土、安裝定位器等不安全因素，大大縮短施工工期，降低了施工成本。

關鍵詞：HPE 鋼管柱 蓋挖逆作

1 傳統蓋挖逆作鋼管柱施工工藝現狀

近幾年我國地下工程施工普遍采用逆作法，尤其是高層建筑多層地下室和軌道交通地下車站等多層地下結構。逆作法施工是在基坑內施作中間支承樁，支承樁一般采用鉆孔灌注樁。灌注樁澆筑至基坑底標高后，在支承樁頂安裝一根逆作施工的支承上部施工荷載的永久性鋼管柱。常規的鋼管柱安裝是在支承樁混凝土灌注前安裝一個與支承樁直徑相同的鋼套管，等澆筑的支承樁混凝土達到70%強度后，抽除鋼套管內泥漿，采用人工下孔破除樁頂混凝土至永久性鋼管柱底標高，定位器安裝完畢再安裝鋼管柱。該施工方法施工周期長、工序復雜，且施工過程中工人要下到孔底進行混凝土的鑿除及定位器安裝，存在諸多不安全因素，單根鋼管柱施工周期長達10～20天，施工成本也較高，存在一定的局限性。

2 HPE液壓垂直插入鋼管柱工法的原理

HPE液壓垂直插入鋼管柱工法根據二點定位的原理，通過HPE液壓垂直插入機機身上的兩個液壓垂直插入裝置，在支承樁鋼筋籠入孔定位完成后將底端開口的永久性鋼管柱垂直插入支承樁鋼筋籠中，直到插入至設計標高。

圖1 HPE鋼管柱定位圖

如圖1所示，鋼管柱垂直吊起到液壓插入機上，由液壓插入機將鋼管柱抱緊，同時復測鋼管柱的垂直度。然后由上下兩個液壓垂直插入裝置同時驅動，通過其向下壓力將鋼管柱垂直向下插入，液壓定位器將鋼管柱抱緊后，按照從下到上的順序依次松開液壓定位器，再由兩個液壓垂直插入裝置同時將鋼管柱向下插入，重復上述步驟，直至插入到設計深度要求。該工法適用于任何基坑鋼管柱的安裝施工。

武漢市軌道交通2號線一期工程江漢路站地下物業開發土建工程具有許多特殊性，本工程施工場地非常狹小，交通擁擠，場地布置及大量設備安排難度非常大，若采用傳統鋼管柱安裝工藝，需人工下孔，危險性太大；另外為滿足武漢市軌道交通2號線年底通車的要求，本工程施工工期非常緊張，故此選用HPE液壓垂直插入法安裝鋼管柱。以下是根據本工程現場實際情況所制定的施工工藝流程。

3HPE液壓垂直插入鋼管柱施工流程及步驟

3.1 施工流程

基礎樁鋼筋籠下放→HPE垂直插入機就位→調整插入機水平度→吊裝鋼管柱→HPE插入機插入鋼→基礎樁灌注混凝土→鋼管柱內灌注混凝土→HPE移位，拆除工具柱→進入下道工序。

3.2 施工方法及步驟

1、鋼管柱頂部焊接工具柱

本工程鋼管柱頂標高約在地面標高左右，為確保HPE垂直插入機將鋼管柱送至設計標高，需在鋼管柱頂焊接一根與鋼管柱同直徑的工具柱，連接時必須牢固并與鋼管柱同心，如下圖所示：

圖2 鋼管柱接長

2、HPE液壓垂直插入機就位對中

在吊放安裝基礎樁鋼筋籠完成后，重新放出樁位中心，并將十字線標記在護筒上。復核樁位后，將HPE液壓垂直插入機的液壓定位器中心與基礎樁位中心在同一垂直線上，然后吊裝HPE液壓垂直插入機就位，HPE液壓垂直插入機根據定位器就位對中。

圖3 樁位復核圖

3、調整HPE液壓垂直插入機水平度

就位對中后，HPE液壓垂直插入機械可手動、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鋼管柱入孔。

4、 吊裝鋼管柱

對于長度較長的鋼管柱，為保證吊裝時不產生變形、彎曲，一般采用二臺吊車多點抬吊，將鋼管柱垂直緩慢放入HPE液壓垂直插入機上。

圖4 鋼管柱吊裝

5、HPE液壓垂直插入機插入定位鋼管柱

鋼管柱吊放至HPE液壓垂直插入機內，下入孔內至第二道法蘭后，由HPE液壓垂直插入機抱緊鋼管柱，根據HPE自身的垂直儀及經緯儀雙向檢測鋼管柱的垂直度，滿足要求后為確保鋼管柱的垂直精度，在鋼管柱底向上第二道法蘭部位安裝高精度垂直儀傳感器，根據傳感器反映到地面電腦上的信號來檢測鋼管柱的垂直度，滿足垂直度要求后繼續下放將鋼管柱，如不符合要求可調整HPE液壓垂直插入機的水平度直至鋼管柱垂直度滿足要求，插入完成后用水準儀復核柱頂標高。具體插入過程如下：

第一步：指揮吊車將鋼管柱吊運至插入機上方。

第二步：將鋼管柱垂直緩慢下放至液壓垂直插入機里，直至鋼管柱上有法蘭的部分全部進入樁孔剩余上半截光滑的柱體后，用插入機中部的兩個環箍抱緊鋼管柱。

第三步：通過插入機自帶的調平裝置，初步調整鋼管柱的平面位置和垂直度。

第四步：調整完后再通過地面兩臺經緯儀或者全站儀垂直相交復核鋼管柱的垂直度并做精確調整，完成后并將控制臺垂直度數據歸零，當鋼管柱完全插入后，控制臺垂直度數據仍為零就表示鋼管柱與此時調整好的狀態一樣，處于完全垂直狀態。

第五步：松開下環箍后，上環箍向下動作帶動鋼管柱緩慢插入。

第六步：當上環箍動作到底后抱緊下環箍，松開上環箍后將其向上回復至初始位置。

第七步：然后再次抱緊上環箍，松開下環箍，上環箍再次向下動作帶動鋼管柱緩慢插入，如此循環直至將鋼管柱插入至設計標高，插入過程中也需不斷調整鋼管柱垂直度和平面位置，防止鋼管柱偏差過大碰撞鋼筋籠。

第八步：鋼管柱插入到位后再次精確調整其垂直度、平面位置以及標高，并通過水準儀、全站儀以及控制臺數據予以復核，當所有數據滿足規范要求后鎖定上下環箍，進入下一道工序。

鋼管柱插入完成并澆筑完混凝土后一般等待24小時待其完全凝固后便可松開環箍，吊走插入機用于下一根鋼管柱施工。鋼管柱上部用于固定的工具管也可割除后重復利用。為保證后續鋼管柱不因碰撞歪斜，應將樁孔回填密實，并做好明顯標記。樁孔回填時應對稱進行。

6、基礎樁內澆筑鋼筋混凝土

基礎樁采用水下灌注混凝土至樁頂標高。

7、澆筑鋼管柱內混凝土

當基礎樁混凝土澆筑完成后，可繼續澆筑鋼管柱內混凝土，澆筑柱內混凝土同時在鋼管柱與基礎樁之間的空隙需回填碎石至地面，其目的是保持柱底內外壓力平衡防止混凝土從柱底外翻。回填碎石應對稱進行，防止偏壓。

8、HPE液壓垂直插入機移位，拆除工具柱并回填孔口、拔除鋼護筒

待樁基混凝土凝固后將HPE液壓垂直插入機上環箍松開，用吊車將HPE液壓垂直插入機吊出、移位，并拆除工具柱，拔出鋼護筒。

4結論

采用HPE垂直插入機安裝定位鋼管柱有許多優點：

（1）安全性高

HPE液壓垂直插入鋼管柱工法無需人工下孔作業，首先在很大程度上降低了安全風險。

（2）保證鋼管柱的垂直度，質量可靠

HPE液壓垂直插入機施工過程中完全機械化作業，減少了人為因素，將鋼管

柱插至混凝土頂面后，可以根據鋼管柱下部安裝的位移傳感器反映到電腦上的信號來檢測鋼管柱的垂直度，保證插入鋼管柱的垂直度符合要求，垂直度可達1/500～1/1200，保證了施工質量。在杭州地鐵1號線武林廣場站鋼管柱安裝工程中，本公司對部分鋼管柱開挖檢測，檢測結果顯示鋼管柱偏位值都控制在1/500以內。

（3）提高鋼管柱安裝施工效率，縮短施工工期

HPE液壓垂直插入鋼管柱工法由先進的施工設備施工，較之常規的施工工藝，施工流程簡單，施工速度快，平均完成單根鋼管柱安裝時間10～20小時，單根鋼管柱安裝的施工工期縮短了70%以上。

（4）節約能源，降低投資成本

HPE液壓垂直插入鋼管柱工法大量減少了施工材料和人工的投入，如施工中不需鋼護筒護壁，也不用人工埋設定位器等，因而降低了投資成本30%以上，具有廣闊的實用價值和應用前景。

參考文獻

[1] 劉特洪.巖土工程技術與實例[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.