钢管柱垂直液压插入技术在平阳街站施工中的应用

(中铁十八局集团第三工程有限公司，河北 涿州 072700)

目前城市地铁工程快速发展，为力求简洁美观，钢管柱已越来越多的应用于地铁车站结构中，成为地下车站主要的受力构件。但地铁施工环境条件要求苛刻，施工工期压力大，质量要求高，钢管柱施工原来的常规做法很难满足实际情况的需要。HPE液压垂直插入法，作为一种新的钢管柱施工方法，工艺先进、施工简便、工期短，克服了常规做法的弊端。本文以平阳街站钢管柱施工的实例为依托，详细介绍了HPE液压垂直插入法施工的工艺流程和施工要点，以期该施工方法能得以推广应用。

1 工程概况

平阳街站位于解放大路与平阳街交汇处，沿解放大路东西向设置，车站顶板埋深为3.3～4.1m，车站总长203.6m，标准段车站宽度为19.9m。车站包括4个出入口、2个风亭及车站内部等附属结构，主体结构为现浇双层两跨箱形框架结构，采用半幅盖挖逆作法施工。因平阳街站地处长春市交通主干道，征地困难，工期极为紧张，故为确保质量和工期，决定将钢管柱采用HPE垂直液压插入法施工。本站钢管柱共计27根，基桩采用A1800旋挖成孔桩，上接A900钢管混凝土柱。

场区地层为杂填土层、第四系中更新统冲洪积黏性土和砂层、白垩系泥岩层。

2 钢管柱施工工艺

根据平阳街站地质条件及工期要求，综合考虑盖挖车站钢管柱施工的安全、质量、成本、季节等因素，决定采用HPE垂直液压插入技术施工。

2.1 HPE垂直液压插入法施工原理

(1)设备配置：履带吊车2台，旋挖钻机1台，垂直液压插入机2台套，经纬仪、水准仪、激光标线仪、测斜感应器、电脑各1台。

(2)膨润土泥浆制作完成后，旋挖钻机成孔，安装桩基础钢筋笼及浇筑超缓凝混凝土。

(3)完成钢管柱柱体两节及工具柱的对接，调整钢管柱自身垂直度至合格。

(4)将垂直液压插入设备吊运至旋挖孔位，就位居中，安装机身环抱卡片，根据插入机自身垂直调校装置调整垂直度。

(5)吊车将钢管柱吊起，用机身的液压定位器将钢管柱环抱卡住，专业测量人员根据经纬仪复测钢管柱垂直度，并根据四脚液压定位装置进行调整。

(6)在水下超缓凝混凝土36h内[1]，将钢管柱缓慢插入混凝土中，至设计标高，并保证中心点位参数合格。

钢管柱施工工艺原理图如图1所示。

2.2 钢管柱加工

平阳街站钢管柱制作采用工厂化加工，分节运输至施工现场，现场进行拼接安装，钢管柱法兰盘顶部设2.5m长工具柱，便于现场操作，其制作流程为：钢管柱详图→原材料进场→下料→卷筒→焊接纵缝→校圆→超声波探伤→焊接环缝→超声波探伤→组装→超声波探伤→汇总资料→出厂。

图1 钢管柱施工工艺原理图

2.3 钢管柱施工工艺

平阳街站钢管柱共27根，钢管柱φ800，由20mm钢板卷制而成，柱内灌注C50的无收缩混凝土，柱下设桩基础，为φ1800钻孔灌注桩，桩基础混凝土等级C35，桩钢筋保护层厚度为70mm。钢管柱插入桩基础砼中3.5m，桩基础顶部设有钢管安装导向装置，钢管柱工艺流程如图2所示。

图2 钢管柱施工工艺流程图

2.4 钢管柱现场拼装

钢管柱分为ZJ-1、ZJ-2两种型号，总长分别为19.35m(2轴-12轴)和19.06m(13轴-28轴)，由于加工及运输等原因，钢管柱出厂分为两节与加工平台同时运送至现场，由加工人员在施工场地内进行对接，因平阳街站钢管柱法兰盘位于地表以下5.2m～5.99m，同时需要增加工具柱进行现场对接，钢管柱加工参数规范值如表1：

表1 钢管柱现场对接规范参数表[2]

ZJ-1、ZJ-2钢管柱采用上半部分相同结构尺寸8.25m，下半部分尺寸分别为11.11m和10.82m，运至现场后由专业焊接人员现场拼装焊接，吊车吊运两节钢管柱至加工平台，人工辅助完成对接，焊接标准需满足上述规范要求，钢管柱拼装示意图如图3所示。

2.5 测量放样

钢管柱安装护筒前，需对中心点位进行首次放样，4个点位交叉取点确定中心，安装钢护筒。护筒安装完毕，需对钢管柱中心点位二次放样，开始旋挖成孔。

图3 钢管柱柱体拼装示意图

2.6 桩基础施工

钢管柱桩基础，采用旋挖钻机成孔，隔桩施工。

钻孔完成后，进行钢筋笼的吊装，钢筋笼吊装采用2吊点起吊，把钢筋笼骨架下放至设计标高，并用型钢把钢筋笼固定定位于孔位中心。

桩基础混凝土要有足够的缓凝时间，保证钢管柱插入时间的需要，缓凝时间为混凝土运输时间、浇筑时间、HPE插入机就位时间、插入时间等的总和。平阳街站桩基础混凝土为水下缓凝时间为36h的C35混凝土。

2.7 钢管柱插入

钢管柱插入是通过插入机上4个液压垂直插入装置，由插入机将钢管柱抱紧，复测并保证钢管柱的垂直度和中心位置满足要求；然后由上下2个液压垂直插入装置同时驱动，上下依次环抱钢管柱，通过其向下压力将钢管柱垂直向下插入到桩基础混凝土中，直至将钢管柱插入到设计深度。垂直插入钢管柱施工方法的基本原理就是根据“两点一线”的原理。

(1)插入机就位对中。桩基础混凝土浇筑完成后，重新放样定出桩位中心，并用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置于同一垂直线上，然后插入机就位，插入机根据定位器就位对中，分片安装液压机的环抱卡环，调试机器保证可正常运转。

(2)调整插入机水平。插入机就位对中后，可手动或自动调整水平度，通过调整液压机4个脚柱保证插入机水平度满足要求，并复核插入机中心位置[3]，满足要求后即安装钢管柱。

(3)吊装钢管柱至液压机内。准备工作完成后，用吊车采用2点起吊法吊装钢管柱，将柱体缓慢吊起，至钢管柱垂直，移至插入机正上方，然后将钢管柱垂直缓慢放入插入机中。

(4)经纬仪测设钢管柱插入前垂直度。钢管柱安装至插入机内部前，施工现场交叉方向同时架设2台经纬仪，通过对角线相交的方法控制垂直液压插入机定位钢管柱时的垂直情况，通过机器液压装置控制好钢管柱垂直度后，进行插入。

(5)插入钢管柱。钢管柱吊放至插入机内，由插入机卡住钢管柱，并复测钢管柱垂直度满足要求后，在钢管柱法兰盘顶部安装一个垂直传感器，并设置吊环悬挂于钢护筒边缘；刚开始下放钢管柱时，由于钢管柱的自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度，当浮力大于钢管柱重量后，由插入机将钢管柱抱紧，由液压插入装置将钢管柱下压插入桩基础混凝土内，此时可根据钢管柱下部安装的传感器确定钢管柱的垂直度，满足要求后继续插入至设计深度。

(6)钢管柱安装标高控制。根据钢管柱距地表高度而定，在工具柱位置采用石笔标记出一段距离的标高位置，做出标高控制线，钢管柱插入施工过程中用红外线激光标线仪定位标高至工具柱标线高度，使得激光仪红外线与控制线标高一致，最后再把红线投放到钢管柱工具柱上，为控制标高准确度，安放的扫线仪距离小于等于2m。

(7)固定工具柱管口位置。HPE垂直液压插入机插入完成后，不再挪动机器本身，待桩基混凝土初凝后，采用3cm-5cm大粒径碎石回填钢管柱周围的空隙并排浆，直至稳定后工字钢、钢管等材料将钢管柱固定在护筒平台上，待桩基混凝土完全初凝后切割工具住并将插入机移位。

(8)安装柱内钢筋笼及浇筑混凝土。垂直液压机移位后，安装柱内钢筋笼及浇筑混凝土，待施做车站顶板时人工切除钢管柱法兰盘顶部工具柱。

3 HPE垂直液压插入工法控制要点

(1)钢管柱加工及安装等各类参数严格按照设计要求进行控制，保证钢管柱误差值范围接近于0的位置，提高钢管柱的安装精度及垂直度[4]，随机抽取钢管柱安装记录表如表2所示。

(2)由于钢管柱自身及各类机械旋转半径、占地面积都比较大，积极协调使得钢管柱施工机械利用饱和率达到理想，以提高施工工效率。

(3)桩基水下混凝土缓凝时间控制，在可控的时间范围内完成钢管柱的安装插入。

(4)HPE工法施工，钢管柱插入完成后注意保护柱体稳固性，切记现场吊装作业造成垂直插入机的位置偏差及造成钢管柱的晃动与结构破坏。

表2 钢管柱安装精度记录表

注：f为纵向弯曲允许值；D为钢管柱直径。

(5)盖挖车站施工现场机械作业繁多，吊装钢管柱时应重点把控人员安全。

4 结 语

钢管柱施工的常规做法较为复杂，需人工下到孔底进行桩基础顶部混凝土的凿除及安装定位器，且需通长布置钢护筒，安全风险高、施工难度大，且工期长。而HPE钢管柱施工方法按照“两点一线”的定位原理[5]，通过机身垂直液压装置，将钢管柱在桩基础混凝土初凝前插入至设计标高。从平阳街站实际施工效果来看，HPE垂直插入方法较常规做法，施工简便，安全风险可控，施工精度满足要求，工期大大缩短，单根钢管柱施工时间至少缩短10d，故HPE垂直液压插入施工方法克服了常规做法的种种弊端，大大提高了钢管柱的施工质量及效率。

参考文献：

[1] 程 绣. 浅谈钢管柱施工技术[J]. 建筑施工，2010，(3).

[2] 梁向湘. HPE液压垂直插入钢管柱施工技术研究[J]. 工程技术，2014，(12).

[3] 孙晓东. HPE工法插入钢管柱施工的技术难点及处理方法[J]. 山西建筑，2013，(13).

[4] 张凤龙. HPE地面液压垂直插入钢管柱施工技术[J]. 建筑施工，2011,(7).

[5] 金振山. HPE工法在高铁地下站钢管柱工程中的应用[J]. 建筑技术开发，2014,(9).