摘  要 结合武汉地铁中南路站钢管柱施工实践，详细论述了 HPE 液压垂直插入机施作钢管柱施工技术的工艺原理、工艺流程、操作要点和质量控制要求。检测数据证明，该技术先进可靠，能保证质量，突破了传统钢柱安装人工定位存在的安全不能保障、施工工序复杂、工期比较长、成本较高等诸多难题，并使中南路车站施工工期提前了 5个月，打破了工期制约的瓶颈。

关键词 HPE 液压垂直插入机 钢管柱 质量控制

 

      在城市轨道交通建设中，采用盖挖逆作法修建的车站越来越多，逆作法施工是在基坑内施作中间支承桩，在桩顶安装支承施工荷载的钢管柱。常规的钢管柱安装是在桩身混凝土灌筑前安装等径钢套管，等灌注桩身混凝土强度达到 70% 以后，采用人工下孔破除桩顶混凝土、安装定位器，该方法存在不安全因素、施工周期长、工序复杂，且施工成本也较高。在武汉地铁项目施工中，由于工期紧、任务重，联合业主、设计单位研究，采用了 HPE 液压垂直插入机施作钢管柱施工工艺，很好地保证了钢管柱施工精度，加快了施工进度、降低投资成本、质量可靠、安全性高，取得了良好的社会、环保、经济效益。

 

      武汉地铁中南路站是二号线与地铁四号线换乘车站，为地下二层车站，车站总长 290 m，标准段宽42．90 m，盾构加宽段为 47．1 m，车站总建筑面积为 30 804．56 m²，主体建筑面积为 27 720．36 m²。车站共设置 6 个出入口，3 组风亭、风道。本工程中间桩基为Φ1 800 mm 全液压可视可控扩底灌注桩，分为 3 m 扩大盘、3．6 m 扩大盘( 单盘) 、3．6 m 扩大盘( 双盘) 。中间钢柱为Φ800 钢管柱，共计 147 根 桩、柱( 详见图 1) 。

      工程开工后，由于多次分期交通疏导、多期管线迁、改等多方面原因，需要采用盖挖逆作法施工，使得施工工期比较长、成本比较高。在施工条件复杂，施工任务重，工期紧张的情况下，经多次施工方案比选，最终决定采用 HPE 液压垂直插入机施作钢管柱施工技术。

 

      HPE 液压垂直插入机包括: 液压定位器 2 个、垂直插入系统2 个，水平调校装置4 个，垂直调校装置1 个、垂直仪1 台。

      HPE 液压垂直插入机准确就位、定位后，根据HPE 液压垂直插入机机身上的垂直调校装置调整垂直度。定位垂直后，将钢管柱吊起，用 HPE 液压垂直插入机的液压定位器将钢管柱抱紧，根据二点定位原理，抱紧钢管柱后再复测垂直度。保证垂直度后在混凝土初凝前用 HPE 液压垂直插入装置将钢管柱插入到混凝土中，直至达到设计标高及标准要求为止( 见图2) 。

      对于施工中使用的经纬仪、垂直仪及传感器需经常检查，确保垂直精度在允许范围内，钢管柱安装后垂直度控制在 1/500 以内。在灌注桩成孔中可适当加大孔径或采用高精度的成孔机械设备，以满足钢管柱安装的要求，因此对钻孔灌注桩的成孔垂直度必须控制在 1/300 以内才能满足钢管柱插入的要求。旋挖钻机在成孔至桩顶标高后需采用超声波检测仪检测上部空钻部位的垂直度，如不能满足上述要求，需进行修正，直至满足要求，修正完毕后重新定位钻进。

      钢筋材料采用 HRB335、HRB235 热轧钢筋，钢筋笼分 5 节制作，长度约 40 m 左右，主筋与主筋连接采用直螺纹机械接头，钢筋笼钢套管的制作符合设计和施工规范要求，下笼时监督施工人员对钢筋笼和钢护筒的连接过程，必须按规范进行操作并与钢筋笼要同心，并按要求放置垫块，每 4 m 一组，每组 4 块，成三角型布置。钢筋笼入孔后，用吊筋将钢筋笼固定在工作平台上。

      为确保永久性钢管柱安装的顺利，钢筋笼顶部宜做成喇叭口。

      考虑 HPE 液压垂直插入机插入钢管柱施工需要，灌注桩的混凝土要有一定缓凝时间，缓凝时间不小于 36 h，同时要求混凝土运输至插入钢管柱时间段内混凝土的坍落度不少于 12 cm，考虑其他原因混凝土 18 h 后在不加水重新翻拌时坍落度不少于 10 cm。

      灌注桩混凝土灌筑至桩顶标高后确保钢管柱插入部分的混凝土石子含量较多后停止浇筑，采用孔内取样的方法确保孔内混凝土质量，插入钢管柱时为防止钢管柱底带入渣土，在插入钢管柱是采用HPE 垂直插入机适当旋转插入，有利于钢管柱底的渣土上翻。

      混凝土灌筑完成后，重新放出桩位中心，并将十字线标记在护筒上。用测量仪器复核桩位后，调节 HPE 垂直插入机械的定位器中心，保持与基础桩位中心在同一垂直线上，然后吊装 HPE 垂直插入机就位，HPE 垂直插入机根据定位器就位对中。

      HPE 垂直插入机就位对中后，可手动、自动调整 HPE 插入机水平度，并重新复核中心位置，如中心位置发生偏离时，可手动、自动调整对中、调节平整度，满足要求后即可吊装永久性钢管柱入孔。

      永久性钢管柱的长度在23 m 以上，为保证吊装时不产生变形、弯曲，采用二台吊车多点抬吊，将永久性钢管柱垂直缓慢放入 HPE 液压垂直插入机上，抬吊的设计是保证钢管柱不产生变形、弯曲的前提.

      永久性钢管柱吊放至 HPE 垂直插入机内，下入钻孔桩孔内至第二道法兰后，由 HPE 垂直插入机抱紧钢管柱，并复测永久性钢管柱垂直度，满足要求后开始垂直插入孔内。刚开始下放永久性钢管柱时，由于永久性钢管柱的自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度。当浮力大于永久性钢管柱重量后，由 HPE 垂直插入机将永久性钢管柱抱紧，由液压垂直插入装置的液压恒定压力( 10 MPa) 将永久性钢管柱下压插入灌注桩孔内。永久性钢管柱顶标高都在地面以下 5 m，因此在永久性钢管柱顶部连接一根同直径的工具柱，利用工具柱将永久性钢管柱插入至设计标高; 当永久性钢管柱插至混凝土顶面后，重新复测永久性钢管柱的垂直度，此时由经纬仪测定地面以上工具柱的垂直度，使用垂直仪检测地面以下的永久性钢管柱的垂直度，测定数据可根据电脑分析确定永久性钢管柱的垂直度，满足垂直度要求后继续下压插入至混凝土中; 如不满足要求可调整 HPE 垂直插入机的水平度直至永久性钢管柱垂直度满足要求。

     HPE 液压垂直插入机垂直插入永久性钢管柱后，即可对永久性钢管柱四周进行砂或碎石回填，回填碎石时在钢管柱四周均匀填入，碎石回填高度至永久性钢管柱顶标高以下 200 mm，上部等工具柱拆除后回填; 回填时排出的稳定液用泥浆泵抽至废浆池后，统一外运清除。

     HPE 液压垂直插入机垂直插入钢管柱孔内四周回填后，此时 HPE 垂直插入机抱紧永久性钢管柱，控制好柱顶标高即可进行永久性钢管柱内浇筑混凝土。先下放永久性钢管柱内的钢筋笼，采用吊筋将钢筋笼固定在永久性钢管柱上口，控制钢筋笼顶标高，再下放导管进行永久性钢管柱内的混凝土灌筑。永久性钢管柱内浇筑混凝土为 C40 微膨胀混凝土，在灌筑时需特别注意永久性钢管柱法兰部位的混凝土密实度，当灌筑到法兰部位时，需上下抽动导管使混凝土充分填筑法兰底部的空隙，灌筑到永久性钢管柱顶标高 200 mm 后停止灌筑，严防超灌造成混凝土凝结上部工具柱后无法拆除工具柱。

      当灌注桩混凝土灌筑达到终凝后，开始对孔内四周回填碎石并且固定永久性钢管柱中心位置，即可拆除上部送柱工具柱，割除永久性钢管柱与送柱工具柱连接部位，拆除送柱工具柱后由吊车将 HPE垂直插入机移位即可。

      永久性钢管柱内的混凝土达到一定强度后，抽出钢护筒内的水或泥浆，回填砂或碎石至孔口地面以下300 mm，用机械拔除钢护筒，清理干净便于使用。

      ( 1) 钢管柱混凝土浇筑完成后进行先期养护;

      ( 2) 待混凝土强度达到 30% 后对永久性钢管柱上部进行回填处理。具体方法: 用石屑或砂回填至原始地面 － 20 cm 处; 浇筑一层 20 cm 厚的C20 钢筋混凝土，钢筋可配置二级Φ16 双层双向，防止大型机械行走对钢管柱的挤压造成变形。见图 4。

      控制好钢管柱及相关构配件加工制作质量，其直接影响到 HPE 液压垂直插入机施作钢管柱施工质量。

      ( 1) 钢管柱对接的焊缝，外表面必须光洁、平整，不得出现凹凸不平的现象;

      ( 2) 对接钢管柱表面平整度要控制在 1/600D;

      ( 3) 纵面弯曲值: F≤1/600D 且 f≤5 mm;

      ( 4) 钢管柱椭圆度 f/D≤3/600;

      ( 5) 起吊挠度 1/600 L。

      ( 1) 立柱中心线和基础中心线允许偏差 ±5 mm;

      ( 2) 立柱顶面不平度允许偏差 ±5 mm;

      ( 3) 立柱顶面标高和设计标高允许偏差0 ～ －20 mm;

      ( 4) 立柱不垂直度允许偏差 L/500 mm;

      ( 5) 各柱间距离允许偏差 7 mm;

      ( 6) 各柱上下两平面相应对角线差允许偏差20 mm。

      钢管柱底部法兰最大直径为 1．6 m，这样无法放入 HPE 液压垂直插入机内，因此该道法兰在加工时先做成直径 1．4 m，在后期开挖后焊接至钢管柱上; 为保证 HPE 平台抱箍送钢管柱的要求，顶部钢管柱不焊法兰，待开挖后浇筑顶板混凝土前焊接。

      钢管柱底部需加工成锥台形，并在底部焊接 4根Φ32 mm 钢筋成锥形，锥形中心与钢管柱中心吻合( 见图 5) 。

     本工程钢管柱在地面下近4m，为确保HPE液压垂直插入机能将钢管柱送至设计标高，在安装钢管柱时需加接一根工具柱，工具柱长度为 9 m。钢管柱与工具柱采用电焊连接，钢管柱上口加接一个内衬管( 见图 6) 便于对接。并且工具柱加工时表面平整，焊接缝不能高出钢管 1 mm，竖向焊缝为同一侧直缝，弯曲度 1/1 000 以内，工具柱的直径为Φ800 钢管。

      为节约施工成本，工具柱回收重复施工。为确保工具柱的回收，在钻孔灌注桩成孔前埋设一个比桩径大 200 mm 的钢护筒，埋设的钢护筒底标高必须超过永久性钢管柱的顶标高 1 m 以上，便于在永久性钢管柱安装完成、四周回填后抽出桩孔内的泥浆至钢管柱顶标高，将钢管工具柱切割回收使用。工具柱加工数量根据灌注桩的施工进度及 HPE 液压垂直插入机投入的设备数量确定，如投入两台HPE 液压垂直插入机，工具柱不少于 4 根。

 

      施工结束后，我们对桩身做超声波检测，检测结果是桩身完整性良好，符合 A 类桩检测标准。车站基坑开挖后，我们对 147 根钢管柱施工垂直度、弯曲值、高差等性能进行检测，检测结果是合格率100% ，这充分证明本技术的先进性。

      HPE 液压垂直插入机施作钢管柱施工技术，较传统技术具有高安全、高施工效率、高施工精度、低能耗等特点，武汉地铁中南路站采用 HPE 液压垂直插入机施作钢管柱施工技术，对武汉地铁建设产生了深远影响，使中南路车站施工工期提前 5 个月，得到业主、设计、监理单位高度称赞，为我国同类钢管柱施工提供了成功的经验。

 

1 周学军，顾发全． 钢结构工程施工质量验收规范应用指南［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2004

2 GB 50299 － 1999 地下铁道工程施工及验收规范［S］

3 赵志绪，应惠清． 简明深基坑工程设计施工手册［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2000

4 卢波，龚维明，蒋永生，等． 自平衡法在预应力管桩承载力测试中的应用和对比分析［J］． 建筑技术，2007( 3)