HPE液壓工法在某地鐵蓋挖車站垂直插入型鋼柱的技術應用

高 越

（中鐵十八局集團第四工程有限公司 天津 300222）

1 引言

HPE液壓工法是近年來出現的一種新施工技術，該施工方法的工藝流程簡單、安全、快捷、高效，能有效滿足工程建設需要，在施工中逐漸得到廣泛應用。同時，為確保該施工方法有效發揮作用，應該完善施工方案設計，把握技術要點，推動工程建設順利進行，為提高工程質量奠定基礎。本文將結合工程實例，就HPE液壓工法的應用進行探討分析，希望能為類似工程施工提供啟示。

2 HPE液壓工法概述

2.1 施工原理

HPE液壓工法首先將HPE液壓插入機械準確就位、定位，根據HPE液壓插入機機身上的垂直調校裝置，調整垂直度。HPE液壓插入機定位垂直后，將鋼柱吊起，用HPE液壓插入機的液壓定位器將鋼柱抱緊，根據二點定位原理，抱緊鋼柱后再復測垂直度。垂直度合格后將鋼柱在砼初凝前，用HPE液壓垂直插入機將型鋼柱插入到灌注樁混凝土中，直至達到設計標高及標準要求為止。[1]施工中需要使用的設備裝置包括：液壓定位器2個、垂直插入系統2個，水平調校裝置4個，垂直調校裝置1個、垂直儀1臺。

2.2 HPE液壓工法的優勢

例如，垂直精度高，垂直度≦L/1000（L為型鋼柱長度）。定位準確，單柱安裝施工周期短，大大節約施工工期。避免常規永久性型鋼柱安裝人工入樁孔內施工作業，降低安全風險。[2]無需埋設外鋼套管，節約能源，降低施工成本。

2.3 HPE液壓工法的適用范圍

就適用范圍來看，HPE液壓工法的適用范圍如表1所示，施工中要綜合考慮垂直度、適用直徑、深度、重量等內確保該方法得到更為有效的利用。

表1 HPE液壓工法的適用范圍

3 工程概況

石家莊地鐵 2號線車站位于石家莊站與站東廣場之間，呈南北走向，為地下三層島式車站，兩柱三跨框架結構。地鐵2號線車站長度為238.7 m，車站主體標準段寬度24.4 m，開挖深度28 m。因2號線開挖深度深、施工難度大及施工周期長，為滿足東廣場整體工期要求。2號線主體結構分為兩部分，中間部位及負一層結構明挖順做，南北兩端負二層及負三層采用蓋挖逆做。場區70 m深度范圍內均為第四系堆積物，無不良地質現象。據勘探鉆孔內水位觀測，擬建工程區地下水水位埋深為44.1～44.7 m，并據2010年12月，在新客站西廣場北部水井觀測地下水靜水位為41 m，新客站東廣場東南水井觀測地下水靜水位為42 m，2011年7月30日觀測此井地下水靜水位為41 m。依據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）本工程場地環境類型為Ⅱ類。建設場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g。擬建工程場區位于河北沖洪積平原之上，地勢平坦，擬建建筑物場地周圍未發現不良地質作用。

工程有600*700 mm永久性型鋼柱，采用HPE液壓垂直插入型鋼柱施工法進行施工。由于工程有基坑深度深，柱間跨度大等特點，造成本工程鉆孔灌注樁單樁承載力大，樁直徑大，深度深。永久性型鋼柱垂直度高，要求偏差≦L/1000（L為型鋼柱的長度），永久性型鋼柱錨入鉆孔灌注樁的混凝土有效長度為3m。工程開挖至地下一層后施工樁基及型鋼柱，型鋼柱頂在地面以下1 m左右，因而在型鋼柱插入灌注樁混凝土時，必須采用工具柱將其送入使型鋼柱到設計標高，柱頂標高誤差不大于5 mm。

4 HPE液壓工法在某地鐵蓋挖車站垂直插入型鋼柱的技術應用

4.1 施工準備

準備施工材料、設備和施工人員，完善施工方案設計，進行技術交底，有效指導后續施工。施工設備包括：1臺旋挖鉆機，2臺HPE液壓垂直插入機，1臺150t履帶吊，1臺80t履帶吊。工程共有36根樁，每天完成1根樁，需36 d，考慮不可預計5 d，合計施工工期41 d，設備進場組裝調試5 d，退場3 d，總工期49 d。

4.2 設備選型

根據本工程永久性型鋼的特點，從施工成本、安全性及施工進度上考慮，采用HPE液壓垂直插入機安裝永久性型鋼柱。

4.3 施工工藝流程

（1）HPE垂直插入機就位對中。混凝土灌注完成后，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液壓插入機械的定位器中心與基礎樁樁位中心在同一垂直線上，然后吊裝HPE垂直插入機就位， HPE液壓插入機根據定位器就位對中。

（2）調整HPE垂直插入機水平度。就位對中后，HPE液壓插入機械可手動、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永久性型鋼柱入孔。

（3）吊裝永久性型鋼柱。根據本工程永久性型鋼柱的長度，為保證吊裝時不產生變形、彎曲，采用二臺吊車多點抬吊，將永久性型鋼柱垂直緩慢放入HPE垂直插入機上，抬吊吊點的設計是保證型鋼柱不產生變形、彎曲的前提。

（4）HPE垂直插入機液壓插入永久性型鋼柱。永久性型鋼柱吊放至HPE垂直插入機內，下入孔內一定深度后，由HPE垂直插入機抱緊型鋼柱，并復測永久性型鋼柱垂直度，滿足要求后垂直插入孔內。當永久性型鋼柱插至混凝土頂面后，重新復測永久性型鋼柱的垂直度，此時由垂直儀檢測永久性型鋼柱的垂直度，測定數據可根據電腦分析確定永久性型鋼柱的垂直度，滿足垂直度要求后繼續下壓插入至混凝土中。如不滿足要求可調整HPE垂直插入機的水平度，直至永久性型鋼柱垂直度滿足要求。

（5）型鋼柱四周回填碎石。HPE液壓垂直機垂直插入永久性型鋼柱后，即可對永久性型鋼柱四周進行碎石回填，碎石的粒徑不得大于25 mm，回填時碎石在型鋼柱四周均勻填入，碎石回填高度與永久性型鋼柱頂標高以下1 000 mm，上部等工具柱拆除后回填。回填時，排出的護壁泥漿，用泥漿泵抽至廢漿池后外運清除。

（6）拆除送柱標準節 HPE垂直插入機移位。當型鋼柱四周回填及樁基混凝土終凝后，四周回填碎石已固定永久性型鋼柱中心位置，即可拆除上部送柱工具柱，割除永久性型鋼柱與送柱工具柱連接部位的內忖管，拆除送柱工具柱后由吊車將HPE垂直插入機移位即可。

（7）回填孔口拔除鋼護筒。拆除工具柱移機后，對型鋼柱上部未回填部位回填碎石或易密實的砂土至孔口，拔除鋼護筒。

圖1 樁頂保護詳圖

（8）永久性型鋼柱頂的保護。待型鋼柱上部進行回填處理并拔除鋼護筒，為防止大型施工機械行走作業擠壓地面造成型鋼柱頂位置偏移，可采用以下方法保護，具體方法如下：用石屑或砂回填至原始地面-20cm處。澆注一層20cm厚的C20鋼筋混凝土，鋼筋可配置二級Φ16雙層雙向，防止大型機械行走對型鋼柱的擠壓造成變形。如圖1所示。

5 HPE液壓工法在某地鐵蓋挖車站垂直插入型鋼柱施工需要注意的問題

5.1 把握垂直插入型鋼柱施工要求

型鋼柱對接的焊縫，外表面必須光潔、平整，不得出現凹凸不平的現象，幾何尺寸要求如下：直徑0-+2mm，總長度范圍內彎曲矢高不超過3 mm，2 m范圍內彎曲矢高不超過1 mm，相鄰兩節接頭及對接接頭搓邊不超過1 mm，端口平面與柱身垂直度2 mm，縱向焊縫在同一條直線上，焊縫不凸出平面1 mm。起吊撓度1/1000L，每根型鋼柱加工時的垂直度控制在5 mm內。在型鋼柱外壁和上口均安裝吊點，必須滿足現場起吊要求，包括傾斜、垂直起吊等。型鋼柱頂面不平度允許偏差不大于±2 mm。型鋼柱加工長度允許偏差±10 mm，型鋼柱及孔口加長管加工時在柱口及底部標定出其中心，在加長管頂施作4個直徑1 mm大小的圓點，這4個圓點拉十字線后的交點即為型鋼柱的中心，柱口與底部的圓點拉通線即為型鋼柱中心線。

5.2 垂直插入型鋼柱施工場地要求

為保證型鋼柱定位的精確度和垂直度，施工場地要求硬地坪施工，由于施工場地的限制無法做到場地硬化的，可以采用20 mm厚的鋼板及HPE專用路基板配合使用。在鉆孔灌注樁澆灌完成后，必須馬上進行清理并鋪設好鋼板和路基板，以確保HPE液壓插入機械就位、定位的準確。

5.3 垂直插入型鋼柱施工成樁垂直度滿足要求

安裝型鋼柱的垂直度要求為L/1000（L為型鋼柱長度），因此對鉆孔灌注樁成孔的垂直度要求也相應更高，并且上部最深18 m左右空鉆，常規的鉆孔灌注樁垂直度要求為1%，18m空鉆的垂直偏差就達180 mm，加上鋼筋籠安裝偏差最大可達70 mm，累加偏差就達250 mm。對于Φ1500 mm直徑的鉆孔灌注樁鋼筋籠內徑扣除保護層每邊70×2 mm、主筋28×2 mm、加強箍20×2 mm，其內徑最大為1264 mm，如插入600*700 mm型鋼柱對角線長及錨栓釘881mm，在鋼筋籠中心與樁位中心重合時型鋼柱離鋼筋籠內側的凈距僅為191 mm。如有超聲波管及注漿管凈距更小，如上述鉆孔灌注樁偏差250 mm后型鋼柱插入會造成碰撞鋼筋籠，就是插入型鋼柱后其垂直度也無法保證設計要求。因此，成孔中需加大上部空鉆孔徑并采用高精度的成孔設備，以滿足型鋼柱安裝的要求。對鉆孔灌注樁的成孔垂直度必須控制在1/300以內，才能滿足型鋼柱插入的要求，國內鉆孔灌注樁垂直度最高小于1/300，無法100%滿足1/600的要求，地下型鋼柱安裝小于1/500，無法100%滿足1/1000的精度，該問題需與設計溝通。

5.4 垂直插入型鋼柱施工灌注樁混凝土要求

考慮插入永久性型鋼柱的需要，灌注樁混凝土要有一定緩凝時間，緩凝時間不小于36h。同時要求混凝土運輸至插入永久性型鋼柱時間段內混凝土的坍落度不少于12 cm，混凝土運輸時間按1 h計算，混凝土灌注時間按3-4 h計算，HPE垂直插入機就位按3 h計算，插入型鋼柱時間按5-7 h計算，合計時間約14 h。考慮其他原因混凝土16 h后在不添加任何外加劑的情況下，二次攪拌坍落度不小于12 cm，16h后不分層離析有較好的和易性，粗骨料易采用5～25 mm連續級配的碎石。

5.5 垂直插入型鋼柱工具柱與型鋼柱加工要求

對于本工程型鋼柱為600*700 mm矩形，為方便HPE插入機插入型鋼柱及定位，工具柱易加工成圓形，圓形的外直徑為860mm壁厚為20 mm，工具柱為重復利用。為確保工具柱與型鋼柱連接，需在型鋼柱頂設置一個比工具柱內徑小10 mm的內襯管，內襯管長度為300 mm，與型鋼柱連接牢固確保型鋼柱起吊不變形。

5.6 垂直插入型鋼柱工具柱加工要求

工程型鋼柱在地面以下有一定的深度，為確保HPE垂直液壓插入機能將型鋼柱送至設計標高，在安裝型鋼柱時需加接一根工具柱，工具柱長度不小于HPE垂直液壓機的高度+4.5 m型鋼柱頂在地面以下的深度+0.5 m。并且工具柱加工時表面平整，焊接縫不能高出鋼管1 mm，豎向焊縫為同一側直縫。工具柱直徑及壁厚與型鋼柱相同，工具柱加工幾何尺寸檢驗標準如下：直徑0-+2 mm，總長度范圍內彎曲矢高不超過3 mm，2 m范圍內彎曲矢高不超過1 mm，相鄰兩節接頭及對接接頭搓邊不超過1 mm，橢圓度不超過2 mm，端口平面與柱身垂直度2 mm，縱向焊縫在同一條直線上，焊縫不凸出平面1 mm。

6 結語

總之，整個HPE液壓工法施工中，為順利完成施工任務，確保工程質量，應該嚴格遵循工藝流程，把握質量控制要點。同時還要提高施工人員素質，重視施工現場巡視和檢查，對出現的質量缺陷及時處理，從而有效保證施工效果和工程建設質量。