钢管柱HPE工法施工工艺及监理控制要点

吴昌宏

摘要：HPE机械垂直插入工法是盖挖逆作法车站钢管柱施工的新工艺，该工艺运用机械插入法施工钢管柱具有安全风险小、施工周期短、成本造价低等优点。本文结合长春地铁1号线一期工程长春火车站南广场站工程为例，介绍了HPE工法的施工原理以及钢管柱HPE工法施工工艺，结合笔者的工作经验，介绍了HPE工法垂直插入钢管柱施工的监理控制要点。

关键词：盖挖法；HPE工法；钢管柱

一、工程概况

长春火车站南广场是目前长春市最重要的交通节点之一，周围商业大厦众多，交通量大、行人如麻，是重要的交通枢纽。长春地铁1号线长春火车站南广场站工程车站起始里程K15+810.200，车站终点里程为K15+939.800，计算站台宽度为13m，长为118.0m。车站主体为地下四层三跨箱型框架结构，标准断面宽24.80m。车站采用盖挖逆作法施工，由于人工孔内安装钢管柱危险性大、不易操作、垂直度控制难度高、单根钢管柱安装时间长。考虑本工程施工技术复杂，工期紧，因此本工程采用HPE工法机械插入钢管柱施工的方法。

二、HPE工法施工原理

HPE机械垂直插入工法是根据“两点一线”的原理，通过HPE液压垂直插入机械上的两个液压垂直插入装置，在支承桩混凝土初凝前将底端封闭的永久性钢管柱垂直插入支承桩混凝土中，利用标高定位系统将钢管柱定位至设计标高位置[1]。利用吊车将钢管柱垂直吊起通过液压机械中心位置放入桩孔内，当钢管柱重力与所受泥浆浮力平衡时松开吊具，由液压插入机械将钢管柱抱紧，同时复测钢管柱的垂直度和中心位置[2]；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，直至将钢管柱插入到设计深度要求。

三、HPE工法主要施工工艺

1.灌注桩混凝土浇筑

由于需要插入钢管柱，因此要求灌注桩的混凝土要有一定缓凝时间，缓凝时间不小于混凝土运输时间、浇筑时间、HPE插入机就位时间、插入时间的总和[3]，要求混凝土缓凝时间不少于24小时，这就是所谓的超缓凝混凝土，施工时必须确保混凝土的施工质量，特别是东北地区冬季的施工，超缓凝混凝土的质量更是要严格要求，确保中间桩的施工质量。

2.HPE垂直插入机就位对中

混凝土灌注完成后，需要重新放出桩位中心，并将十字线标记在护筒上。复核桩位后，将HPE液压插入机械的定位器中心与基础桩位中心至于同一垂直线上，然后吊装HPE垂直插入机就位，HPE液压插入机根据定位器就位对中[3]。

3.调整HPE垂直插入机水平度

就位对中后，调整HPE垂直插入机水平度，HPE液压插入机械水平度可通过手动或自动调整，调整完成后重新复核中心位置，复核完成后方可吊装钢管柱入孔。

4.HPE垂直插入机液压插入钢管柱

钢管柱吊垂直吊放至到HPE垂直插入机内，并且在下入孔内至第二道法兰后，钢管柱将会被HPE垂直插入机紧紧抱死，钢管柱被抱紧后，应复测钢管柱垂直度，满足要求后可在第二道法兰上方安装一个垂直传感器；

5.重力平衡

钢管柱插入混凝土后，由于采用的是超混凝混凝土，混凝土在很长时间内部能凝固形成强度，而钢管柱底部由于是封闭的空心体，会在超缓凝混凝土中产生较大的浮力。因此为确保钢管柱在HPE液压插入机放松液压抱紧后不再上浮，必须采取一定的措施，进行重力平衡，如可在钢管柱内下钢筋笼、加水等方法进行重力平衡。

6.钢管柱孔口固定

重力平衡后对钢管柱上口进行定位，根据已放出的桩位中心与钢管柱中心吻合，用槽钢将钢管柱固定在工作平台上，并要固定牢固防止钢管柱偏位。

7.HPE插入机移位

在钢管柱固定完成以及采取措施重力平衡后，放松HPE垂直插入机上液压定位器，然后用吊车将HPE插入机吊出。

8.钢管柱四周回填砂并排浆

用砂石填充钢管柱四周至柱顶以下0.5m处，并将孔内泥浆排除。桩内混凝土浇筑约2～3天初凝后即在钢管柱四周回填碎石，回填前参考桩身混凝土温度和留置的桶装混凝土和试块的凝结情况。回填标高为割除工具柱标高向下1.5m处，钢管柱四周回填要均匀，方便施工人员割除工具柱。

四、HPE工法监理控制要点

1.加强钢管柱质量的监控

钢管柱加工完毕出厂前，监理人员到厂验收钢管柱加工质量，验收内容包括钢管柱的材质，物理力学性能指标，构件长度，垂直度，弯曲矢高等项目。钢管柱的加工质量应符合设计及规范要求，合格后，予以验收确认并准予出厂。经出厂前检验合格的钢管柱出厂运入工地后，监理人员查验钢管柱的材质单、物理力学性能试验报告、质检证明、出厂合格证等質量保证资料，确保钢管柱在施工前符合设计的质量要求。

2.确保钢管柱的插拔质量

为了保证顺利插入钢管柱，AM桩的混凝土要控制好缓凝时间。由于需要插入钢管柱，因此要求灌注桩的混凝土要有一定缓凝时间，要求混凝土缓凝时间不少于24小时，施工时需要使用超缓凝混凝土。因此施工时必须确保混凝土的施工质量，特别是东北地区冬季的施工，超缓凝混凝土的质量更是要严格要求，确保中间桩的施工质量。

3.加强施工关键环节的旁站记录

对影响工程质量和安全的关键环节如钢管柱混凝土浇筑、钢筋笼吊装、钢管柱安装全过程进行监理旁站，详细记录施工情况和质量状况，出现异常情况及时通知施工单位及设计单位进行处理。

五、结语

HPE工法垂直插入钢管柱是国内一项新的施工技术，首次被应用于长春地铁一号线一期工程长春火车站南广场站盖挖逆作施工中间柱（钢管柱）中，并获得成功，此工法与传统的人工安装钢管柱相比较，施工难度低、危险性小、周期短、节约成本等，故极具推广价值。

参考文献：

[1]李建旺. HPE工法在天津地下交通枢纽工程施工中的应用[J].市政技术，2010，28（4）：92-94.

[2]吴天凯，王跃飞，王海. AM、HPE工法在富水软土地区地铁车站施工中的综合应用[J].天津建设科技，2013，23（6）：43-46.

[3]韩振明. 盖挖逆筑钢管中柱安装施工技术[J].科技情报开发与经济，2005，15（8）：297-298.