鋼管柱垂直液壓插入技術(shù)在平陽街站施工中的應(yīng)用

(中鐵十八局集團第三工程有限公司，河北 涿州 072700)

目前城市地鐵工程快速發(fā)展，為力求簡潔美觀，鋼管柱已越來越多的應(yīng)用于地鐵車站結(jié)構(gòu)中，成為地下車站主要的受力構(gòu)件。但地鐵施工環(huán)境條件要求苛刻，施工工期壓力大，質(zhì)量要求高，鋼管柱施工原來的常規(guī)做法很難滿足實際情況的需要。HPE液壓垂直插入法，作為一種新的鋼管柱施工方法，工藝先進、施工簡便、工期短，克服了常規(guī)做法的弊端。本文以平陽街站鋼管柱施工的實例為依托，詳細(xì)介紹了HPE液壓垂直插入法施工的工藝流程和施工要點，以期該施工方法能得以推廣應(yīng)用。

1 工程概況

平陽街站位于解放大路與平陽街交匯處，沿解放大路東西向設(shè)置，車站頂板埋深為3.3～4.1m，車站總長203.6m，標(biāo)準(zhǔn)段車站寬度為19.9m。車站包括4個出入口、2個風(fēng)亭及車站內(nèi)部等附屬結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆雙層兩跨箱形框架結(jié)構(gòu)，采用半幅蓋挖逆作法施工。因平陽街站地處長春市交通主干道，征地困難，工期極為緊張，故為確保質(zhì)量和工期，決定將鋼管柱采用HPE垂直液壓插入法施工。本站鋼管柱共計27根，基樁采用A1800旋挖成孔樁，上接A900鋼管混凝土柱。

場區(qū)地層為雜填土層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積黏性土和砂層、白堊系泥巖層。

2 鋼管柱施工工藝

根據(jù)平陽街站地質(zhì)條件及工期要求，綜合考慮蓋挖車站鋼管柱施工的安全、質(zhì)量、成本、季節(jié)等因素，決定采用HPE垂直液壓插入技術(shù)施工。

2.1 HPE垂直液壓插入法施工原理

(1)設(shè)備配置：履帶吊車2臺，旋挖鉆機1臺，垂直液壓插入機2臺套，經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、激光標(biāo)線儀、測斜感應(yīng)器、電腦各1臺。

(2)膨潤土泥漿制作完成后，旋挖鉆機成孔，安裝樁基礎(chǔ)鋼筋籠及澆筑超緩凝混凝土。

(3)完成鋼管柱柱體兩節(jié)及工具柱的對接，調(diào)整鋼管柱自身垂直度至合格。

(4)將垂直液壓插入設(shè)備吊運至旋挖孔位，就位居中，安裝機身環(huán)抱卡片，根據(jù)插入機自身垂直調(diào)校裝置調(diào)整垂直度。

(5)吊車將鋼管柱吊起，用機身的液壓定位器將鋼管柱環(huán)抱卡住，專業(yè)測量人員根據(jù)經(jīng)緯儀復(fù)測鋼管柱垂直度，并根據(jù)四腳液壓定位裝置進行調(diào)整。

(6)在水下超緩凝混凝土36h內(nèi)[1]，將鋼管柱緩慢插入混凝土中，至設(shè)計標(biāo)高，并保證中心點位參數(shù)合格。

鋼管柱施工工藝原理圖如圖1所示。

2.2 鋼管柱加工

平陽街站鋼管柱制作采用工廠化加工，分節(jié)運輸至施工現(xiàn)場，現(xiàn)場進行拼接安裝，鋼管柱法蘭盤頂部設(shè)2.5m長工具柱，便于現(xiàn)場操作，其制作流程為：鋼管柱詳圖→原材料進場→下料→卷筒→焊接縱縫→校圓→超聲波探傷→焊接環(huán)縫→超聲波探傷→組裝→超聲波探傷→匯總資料→出廠。

圖1 鋼管柱施工工藝原理圖

2.3 鋼管柱施工工藝

平陽街站鋼管柱共27根，鋼管柱φ800，由20mm鋼板卷制而成，柱內(nèi)灌注C50的無收縮混凝土，柱下設(shè)樁基礎(chǔ)，為φ1800鉆孔灌注樁，樁基礎(chǔ)混凝土等級C35，樁鋼筋保護層厚度為70mm。鋼管柱插入樁基礎(chǔ)砼中3.5m，樁基礎(chǔ)頂部設(shè)有鋼管安裝導(dǎo)向裝置，鋼管柱工藝流程如圖2所示。

圖2 鋼管柱施工工藝流程圖

2.4 鋼管柱現(xiàn)場拼裝

鋼管柱分為ZJ-1、ZJ-2兩種型號，總長分別為19.35m(2軸-12軸)和19.06m(13軸-28軸)，由于加工及運輸?shù)仍颍摴苤鰪S分為兩節(jié)與加工平臺同時運送至現(xiàn)場，由加工人員在施工場地內(nèi)進行對接，因平陽街站鋼管柱法蘭盤位于地表以下5.2m～5.99m，同時需要增加工具柱進行現(xiàn)場對接，鋼管柱加工參數(shù)規(guī)范值如表1：

表1 鋼管柱現(xiàn)場對接規(guī)范參數(shù)表[2]

ZJ-1、ZJ-2鋼管柱采用上半部分相同結(jié)構(gòu)尺寸8.25m，下半部分尺寸分別為11.11m和10.82m，運至現(xiàn)場后由專業(yè)焊接人員現(xiàn)場拼裝焊接，吊車吊運兩節(jié)鋼管柱至加工平臺，人工輔助完成對接，焊接標(biāo)準(zhǔn)需滿足上述規(guī)范要求，鋼管柱拼裝示意圖如圖3所示。

2.5 測量放樣

鋼管柱安裝護筒前，需對中心點位進行首次放樣，4個點位交叉取點確定中心，安裝鋼護筒。護筒安裝完畢，需對鋼管柱中心點位二次放樣，開始旋挖成孔。

圖3 鋼管柱柱體拼裝示意圖

2.6 樁基礎(chǔ)施工

鋼管柱樁基礎(chǔ)，采用旋挖鉆機成孔，隔樁施工。

鉆孔完成后，進行鋼筋籠的吊裝，鋼筋籠吊裝采用2吊點起吊，把鋼筋籠骨架下放至設(shè)計標(biāo)高，并用型鋼把鋼筋籠固定定位于孔位中心。

樁基礎(chǔ)混凝土要有足夠的緩凝時間，保證鋼管柱插入時間的需要，緩凝時間為混凝土運輸時間、澆筑時間、HPE插入機就位時間、插入時間等的總和。平陽街站樁基礎(chǔ)混凝土為水下緩凝時間為36h的C35混凝土。

2.7 鋼管柱插入

鋼管柱插入是通過插入機上4個液壓垂直插入裝置，由插入機將鋼管柱抱緊，復(fù)測并保證鋼管柱的垂直度和中心位置滿足要求；然后由上下2個液壓垂直插入裝置同時驅(qū)動，上下依次環(huán)抱鋼管柱，通過其向下壓力將鋼管柱垂直向下插入到樁基礎(chǔ)混凝土中，直至將鋼管柱插入到設(shè)計深度。垂直插入鋼管柱施工方法的基本原理就是根據(jù)“兩點一線”的原理。

(1)插入機就位對中。樁基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后，重新放樣定出樁位中心，并用十字線標(biāo)記在護筒上，復(fù)核樁位后，將 HPE 液壓插入機械的定位器中心與基礎(chǔ)樁位中心置于同一垂直線上，然后插入機就位，插入機根據(jù)定位器就位對中，分片安裝液壓機的環(huán)抱卡環(huán)，調(diào)試機器保證可正常運轉(zhuǎn)。

(2)調(diào)整插入機水平。插入機就位對中后，可手動或自動調(diào)整水平度，通過調(diào)整液壓機4個腳柱保證插入機水平度滿足要求，并復(fù)核插入機中心位置[3]，滿足要求后即安裝鋼管柱。

(3)吊裝鋼管柱至液壓機內(nèi)。準(zhǔn)備工作完成后，用吊車采用2點起吊法吊裝鋼管柱，將柱體緩慢吊起，至鋼管柱垂直，移至插入機正上方，然后將鋼管柱垂直緩慢放入插入機中。

(4)經(jīng)緯儀測設(shè)鋼管柱插入前垂直度。鋼管柱安裝至插入機內(nèi)部前，施工現(xiàn)場交叉方向同時架設(shè)2臺經(jīng)緯儀，通過對角線相交的方法控制垂直液壓插入機定位鋼管柱時的垂直情況，通過機器液壓裝置控制好鋼管柱垂直度后，進行插入。

(5)插入鋼管柱。鋼管柱吊放至插入機內(nèi)，由插入機卡住鋼管柱，并復(fù)測鋼管柱垂直度滿足要求后，在鋼管柱法蘭盤頂部安裝一個垂直傳感器，并設(shè)置吊環(huán)懸掛于鋼護筒邊緣；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(nèi)一定深度，當(dāng)浮力大于鋼管柱重量后，由插入機將鋼管柱抱緊，由液壓插入裝置將鋼管柱下壓插入樁基礎(chǔ)混凝土內(nèi)，此時可根據(jù)鋼管柱下部安裝的傳感器確定鋼管柱的垂直度，滿足要求后繼續(xù)插入至設(shè)計深度。

(6)鋼管柱安裝標(biāo)高控制。根據(jù)鋼管柱距地表高度而定，在工具柱位置采用石筆標(biāo)記出一段距離的標(biāo)高位置，做出標(biāo)高控制線，鋼管柱插入施工過程中用紅外線激光標(biāo)線儀定位標(biāo)高至工具柱標(biāo)線高度，使得激光儀紅外線與控制線標(biāo)高一致，最后再把紅線投放到鋼管柱工具柱上，為控制標(biāo)高準(zhǔn)確度，安放的掃線儀距離小于等于2m。

(7)固定工具柱管口位置。HPE垂直液壓插入機插入完成后，不再挪動機器本身，待樁基混凝土初凝后，采用3cm-5cm大粒徑碎石回填鋼管柱周圍的空隙并排漿，直至穩(wěn)定后工字鋼、鋼管等材料將鋼管柱固定在護筒平臺上，待樁基混凝土完全初凝后切割工具住并將插入機移位。

(8)安裝柱內(nèi)鋼筋籠及澆筑混凝土。垂直液壓機移位后，安裝柱內(nèi)鋼筋籠及澆筑混凝土，待施做車站頂板時人工切除鋼管柱法蘭盤頂部工具柱。

3 HPE垂直液壓插入工法控制要點

(1)鋼管柱加工及安裝等各類參數(shù)嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行控制，保證鋼管柱誤差值范圍接近于0的位置，提高鋼管柱的安裝精度及垂直度[4]，隨機抽取鋼管柱安裝記錄表如表2所示。

(2)由于鋼管柱自身及各類機械旋轉(zhuǎn)半徑、占地面積都比較大，積極協(xié)調(diào)使得鋼管柱施工機械利用飽和率達到理想，以提高施工工效率。

(3)樁基水下混凝土緩凝時間控制，在可控的時間范圍內(nèi)完成鋼管柱的安裝插入。

(4)HPE工法施工，鋼管柱插入完成后注意保護柱體穩(wěn)固性，切記現(xiàn)場吊裝作業(yè)造成垂直插入機的位置偏差及造成鋼管柱的晃動與結(jié)構(gòu)破壞。

表2 鋼管柱安裝精度記錄表

注：f為縱向彎曲允許值；D為鋼管柱直徑。

(5)蓋挖車站施工現(xiàn)場機械作業(yè)繁多，吊裝鋼管柱時應(yīng)重點把控人員安全。

4 結(jié) 語

鋼管柱施工的常規(guī)做法較為復(fù)雜，需人工下到孔底進行樁基礎(chǔ)頂部混凝土的鑿除及安裝定位器，且需通長布置鋼護筒，安全風(fēng)險高、施工難度大，且工期長。而HPE鋼管柱施工方法按照“兩點一線”的定位原理[5]，通過機身垂直液壓裝置，將鋼管柱在樁基礎(chǔ)混凝土初凝前插入至設(shè)計標(biāo)高。從平陽街站實際施工效果來看，HPE垂直插入方法較常規(guī)做法，施工簡便，安全風(fēng)險可控，施工精度滿足要求，工期大大縮短，單根鋼管柱施工時間至少縮短10d，故HPE垂直液壓插入施工方法克服了常規(guī)做法的種種弊端，大大提高了鋼管柱的施工質(zhì)量及效率。

參考文獻：

[1] 程 繡. 淺談鋼管柱施工技術(shù)[J]. 建筑施工，2010，(3).

[2] 梁向湘. HPE液壓垂直插入鋼管柱施工技術(shù)研究[J]. 工程技術(shù)，2014，(12).

[3] 孫曉東. HPE工法插入鋼管柱施工的技術(shù)難點及處理方法[J]. 山西建筑，2013，(13).

[4] 張鳳龍. HPE地面液壓垂直插入鋼管柱施工技術(shù)[J]. 建筑施工，2011,(7).

[5] 金振山. HPE工法在高鐵地下站鋼管柱工程中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)開發(fā)，2014,(9).