HPE液压垂直插入钢管柱施工技术研究

HPE液压垂直插入钢管柱施工技术研究

作者：梁向湘

来源：《房地产导刊》2014年第12期

摘要：HPE液压垂直插入钢管柱工法采用纯机械作业，避免了传统盖挖逆作钢管柱施工需人工下孔破除桩顶混凝土、安装定位器等不安全因素，大大缩短施工工期，降低了施工成本。 关键词：HPE 钢管柱 盖挖逆作 1 传统盖挖逆作钢管柱施工工艺现状

近几年我国地下工程施工普遍采用逆作法，尤其是高层建筑多层地下室和轨道交通地下车站等多层地下结构。逆作法施工是在基坑内施作中间支承桩，支承桩一般采用钻孔灌注桩。灌注桩浇筑至基坑底标高后，在支承桩顶安装一根逆作施工的支承上部施工荷载的永久性钢管柱。常规的钢管柱安装是在支承桩混凝土灌注前安装一个与支承桩直径相同的钢套管，等浇筑的支承桩混凝土达到70%强度后，抽除钢套管内泥浆，采用人工下孔破除桩顶混凝土至永久性钢管柱底标高，定位器安装完毕再安装钢管柱。该施工方法施工周期长、工序复杂，且施工过程中工人要下到孔底进行混凝土的凿除及定位器安装，存在诸多不安全因素，单根钢管柱施工周期长达10～20天，施工成本也较高，存在一定的局限性。 2 HPE液压垂直插入钢管柱工法的原理

HPE液压垂直插入钢管柱工法根据二点定位的原理，通过HPE液压垂直插入机机身上的两个液压垂直插入装置，在支承桩钢筋笼入孔定位完成后将底端开口的永久性钢管柱垂直插入支承桩钢筋笼中，直到插入至设计标高。 图1 HPE钢管柱定位图

如图1所示，钢管柱垂直吊起到液压插入机上，由液压插入机将钢管柱抱紧，同时复测钢管柱的垂直度。然后由上下两个液压垂直插入装置同时驱动，通过其向下压力将钢管柱垂直向下插入，液压定位器将钢管柱抱紧后，按照从下到上的顺序依次松开液压定位器，再由两个液压垂直插入装置同时将钢管柱向下插入，重复上述步骤，直至插入到设计深度要求。该工法适用于任何基坑钢管柱的安装施工。

武汉市轨道交通2号线一期工程江汉路站地下物业开发土建工程具有许多特殊性，本工程施工场地非常狭小，交通拥挤，场地布置及大量设备安排难度非常大，若采用传统钢管柱安装工艺，需人工下孔，危险性太大；另外为满足武汉市轨道交通2号线年底通车的要求，本工程施工工期非常紧张，故此选用HPE液压垂直插入法安装钢管柱。以下是根据本工程现场实际情况所制定的施工工艺流程。

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3 HPE液压垂直插入钢管柱施工流程及步骤 3.1 施工流程

基础桩钢筋笼下放→HPE垂直插入机就位→调整插入机水平度→吊装钢管柱→HPE插入机插入钢→基础桩灌注混凝土→钢管柱内灌注混凝土→HPE移位，拆除工具柱→进入下道工序。

3.2 施工方法及步骤 1、钢管柱顶部焊接工具柱

本工程钢管柱顶标高约在地面标高左右，为确保HPE垂直插入机将钢管柱送至设计标高，需在钢管柱顶焊接一根与钢管柱同直径的工具柱，连接时必须牢固并与钢管柱同心，如下图所示：

图2 钢管柱接长

2、HPE液压垂直插入机就位对中

在吊放安装基础桩钢筋笼完成后，重新放出桩位中心，并将十字线标记在护筒上。复核桩位后，将HPE液压垂直插入机的液压定位器中心与基础桩位中心在同一垂直线上，然后吊装HPE液压垂直插入机就位，HPE液压垂直插入机根据定位器就位对中。 图3 桩位复核图

3、调整HPE液压垂直插入机水平度

就位对中后，HPE液压垂直插入机械可手动、自动调整水平度，并重新复核中心位置，满足要求后即可吊装钢管柱入孔。 4、 吊装钢管柱

对于长度较长的钢管柱，为保证吊装时不产生变形、弯曲，一般采用二台吊车多点抬吊，将钢管柱垂直缓慢放入HPE液压垂直插入机上。 图4 钢管柱吊装

5、HPE液压垂直插入机插入定位钢管柱

钢管柱吊放至HPE液压垂直插入机内，下入孔内至第二道法兰后，由HPE液压垂直插入机抱紧钢管柱，根据HPE自身的垂直仪及经纬仪双向检测钢管柱的垂直度，满足要求后为确

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保钢管柱的垂直精度，在钢管柱底向上第二道法兰部位安装高精度垂直仪传感器，根据传感器反映到地面电脑上的信号来检测钢管柱的垂直度，满足垂直度要求后继续下放将钢管柱，如不符合要求可调整HPE液压垂直插入机的水平度直至钢管柱垂直度满足要求，插入完成后用水准仪复核柱顶标高。具体插入过程如下：

第一步：指挥吊车将钢管柱吊运至插入机上方。

第二步：将钢管柱垂直缓慢下放至液压垂直插入机里，直至钢管柱上有法兰的部分全部进入桩孔剩余上半截光滑的柱体后，用插入机中部的两个环箍抱紧钢管柱。 第三步：通过插入机自带的调平装置，初步调整钢管柱的平面位置和垂直度。

第四步：调整完后再通过地面两台经纬仪或者全站仪垂直相交复核钢管柱的垂直度并做精确调整，完成后并将控制台垂直度数据归零，当钢管柱完全插入后，控制台垂直度数据仍为零就表示钢管柱与此时调整好的状态一样，处于完全垂直状态。 第五步：松开下环箍后，上环箍向下动作带动钢管柱缓慢插入。

第六步：当上环箍动作到底后抱紧下环箍，松开上环箍后将其向上回复至初始位置。 第七步：然后再次抱紧上环箍，松开下环箍，上环箍再次向下动作带动钢管柱缓慢插入，如此循环直至将钢管柱插入至设计标高，插入过程中也需不断调整钢管柱垂直度和平面位置，防止钢管柱偏差过大碰撞钢筋笼。

第八步：钢管柱插入到位后再次精确调整其垂直度、平面位置以及标高，并通过水准仪、全站仪以及控制台数据予以复核，当所有数据满足规范要求后锁定上下环箍，进入下一道工序。

钢管柱插入完成并浇筑完混凝土后一般等待24小时待其完全凝固后便可松开环箍，吊走插入机用于下一根钢管柱施工。钢管柱上部用于固定的工具管也可割除后重复利用。为保证后续钢管柱不因碰撞歪斜，应将桩孔回填密实，并做好明显标记。桩孔回填时应对称进行。 6、基础桩内浇筑钢筋混凝土

基础桩采用水下灌注混凝土至桩顶标高。 7、浇筑钢管柱内混凝土

当基础桩混凝土浇筑完成后，可继续浇筑钢管柱内混凝土，浇筑柱内混凝土同时在钢管柱与基础桩之间的空隙需回填碎石至地面，其目的是保持柱底内外压力平衡防止混凝土从柱底外翻。回填碎石应对称进行，防止偏压。

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8、HPE液压垂直插入机移位，拆除工具柱并回填孔口、拔除钢护筒

待桩基混凝土凝固后将HPE液压垂直插入机上环箍松开，用吊车将HPE液压垂直插入机吊出、移位，并拆除工具柱，拔出钢护筒。 4结论

采用HPE垂直插入机安装定位钢管柱有许多优点： （1）安全性高

HPE液压垂直插入钢管柱工法无需人工下孔作业，首先在很大程度上降低了安全风险。 （2）保证钢管柱的垂直度，质量可靠

HPE液压垂直插入机施工过程中完全机械化作业，减少了人为因素，将钢管

柱插至混凝土顶面后，可以根据钢管柱下部安装的位移传感器反映到电脑上的信号来检测钢管柱的垂直度，保证插入钢管柱的垂直度符合要求，垂直度可达1/500～1/1200，保证了施工质量。在杭州地铁1号线武林广场站钢管柱安装工程中，本公司对部分钢管柱开挖检测，检测结果显示钢管柱偏位值都控制在1/500以内。 （3）提高钢管柱安装施工效率，缩短施工工期

HPE液压垂直插入钢管柱工法由先进的施工设备施工，较之常规的施工工艺，施工流程简单，施工速度快，平均完成单根钢管柱安装时间10～20小时，单根钢管柱安装的施工工期缩短了70%以上。

（4）节约能源，降低投资成本

HPE液压垂直插入钢管柱工法大量减少了施工材料和人工的投入，如施工中不需钢护筒护壁，也不用人工埋设定位器等，因而降低了投资成本30%以上，具有广阔的实用价值和应用前景。 参考文献

[1] 刘特洪.岩土工程技术与实例[M].北京：中国建筑工业出版社，2011.