HPE液压工法在某地铁盖挖车站垂直插入型钢柱的技术应用

高 越

（中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300222）

1 引言

HPE液压工法是近年来出现的一种新施工技术，该施工方法的工艺流程简单、安全、快捷、高效，能有效满足工程建设需要，在施工中逐渐得到广泛应用。同时，为确保该施工方法有效发挥作用，应该完善施工方案设计，把握技术要点，推动工程建设顺利进行，为提高工程质量奠定基础。本文将结合工程实例，就HPE液压工法的应用进行探讨分析，希望能为类似工程施工提供启示。

2 HPE液压工法概述

2.1 施工原理

HPE液压工法首先将HPE液压插入机械准确就位、定位，根据HPE液压插入机机身上的垂直调校装置，调整垂直度。HPE液压插入机定位垂直后，将钢柱吊起，用HPE液压插入机的液压定位器将钢柱抱紧，根据二点定位原理，抱紧钢柱后再复测垂直度。垂直度合格后将钢柱在砼初凝前，用HPE液压垂直插入机将型钢柱插入到灌注桩混凝土中，直至达到设计标高及标准要求为止。[1]施工中需要使用的设备装置包括：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。

2.2 HPE液压工法的优势

例如，垂直精度高，垂直度≦L/1000（L为型钢柱长度）。定位准确，单柱安装施工周期短，大大节约施工工期。避免常规永久性型钢柱安装人工入桩孔内施工作业，降低安全风险。[2]无需埋设外钢套管，节约能源，降低施工成本。

2.3 HPE液压工法的适用范围

就适用范围来看，HPE液压工法的适用范围如表1所示，施工中要综合考虑垂直度、适用直径、深度、重量等内确保该方法得到更为有效的利用。

表1 HPE液压工法的适用范围

3 工程概况

石家庄地铁 2号线车站位于石家庄站与站东广场之间，呈南北走向，为地下三层岛式车站，两柱三跨框架结构。地铁2号线车站长度为238.7 m，车站主体标准段宽度24.4 m，开挖深度28 m。因2号线开挖深度深、施工难度大及施工周期长，为满足东广场整体工期要求。2号线主体结构分为两部分，中间部位及负一层结构明挖顺做，南北两端负二层及负三层采用盖挖逆做。场区70 m深度范围内均为第四系堆积物，无不良地质现象。据勘探钻孔内水位观测，拟建工程区地下水水位埋深为44.1～44.7 m，并据2010年12月，在新客站西广场北部水井观测地下水静水位为41 m，新客站东广场东南水井观测地下水静水位为42 m，2011年7月30日观测此井地下水静水位为41 m。依据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）本工程场地环境类型为Ⅱ类。建设场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g。拟建工程场区位于河北冲洪积平原之上，地势平坦，拟建建筑物场地周围未发现不良地质作用。

工程有600*700 mm永久性型钢柱，采用HPE液压垂直插入型钢柱施工法进行施工。由于工程有基坑深度深，柱间跨度大等特点，造成本工程钻孔灌注桩单桩承载力大，桩直径大，深度深。永久性型钢柱垂直度高，要求偏差≦L/1000（L为型钢柱的长度），永久性型钢柱锚入钻孔灌注桩的混凝土有效长度为3m。工程开挖至地下一层后施工桩基及型钢柱，型钢柱顶在地面以下1 m左右，因而在型钢柱插入灌注桩混凝土时，必须采用工具柱将其送入使型钢柱到设计标高，柱顶标高误差不大于5 mm。

4 HPE液压工法在某地铁盖挖车站垂直插入型钢柱的技术应用

4.1 施工准备

准备施工材料、设备和施工人员，完善施工方案设计，进行技术交底，有效指导后续施工。施工设备包括：1台旋挖钻机，2台HPE液压垂直插入机，1台150t履带吊，1台80t履带吊。工程共有36根桩，每天完成1根桩，需36 d，考虑不可预计5 d，合计施工工期41 d，设备进场组装调试5 d，退场3 d，总工期49 d。

4.2 设备选型

根据本工程永久性型钢的特点，从施工成本、安全性及施工进度上考虑，采用HPE液压垂直插入机安装永久性型钢柱。

4.3 施工工艺流程

（1）HPE垂直插入机就位对中。混凝土灌注完成后，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液压插入机械的定位器中心与基础桩桩位中心在同一垂直线上，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。

（2）调整HPE垂直插入机水平度。就位对中后，HPE液压插入机械可手动、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永久性型钢柱入孔。

（3）吊装永久性型钢柱。根据本工程永久性型钢柱的长度，为保证吊装时不产生变形、弯曲，采用二台吊车多点抬吊，将永久性型钢柱垂直缓慢放入HPE垂直插入机上，抬吊吊点的设计是保证型钢柱不产生变形、弯曲的前提。

（4）HPE垂直插入机液压插入永久性型钢柱。永久性型钢柱吊放至HPE垂直插入机内，下入孔内一定深度后，由HPE垂直插入机抱紧型钢柱，并复测永久性型钢柱垂直度，满足要求后垂直插入孔内。当永久性型钢柱插至混凝土顶面后，重新复测永久性型钢柱的垂直度，此时由垂直仪检测永久性型钢柱的垂直度，测定数据可根据电脑分析确定永久性型钢柱的垂直度，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，直至永久性型钢柱垂直度满足要求。

（5）型钢柱四周回填碎石。HPE液压垂直机垂直插入永久性型钢柱后，即可对永久性型钢柱四周进行碎石回填，碎石的粒径不得大于25 mm，回填时碎石在型钢柱四周均匀填入，碎石回填高度与永久性型钢柱顶标高以下1 000 mm，上部等工具柱拆除后回填。回填时，排出的护壁泥浆，用泥浆泵抽至废浆池后外运清除。

（6）拆除送柱标准节 HPE垂直插入机移位。当型钢柱四周回填及桩基混凝土终凝后，四周回填碎石已固定永久性型钢柱中心位置，即可拆除上部送柱工具柱，割除永久性型钢柱与送柱工具柱连接部位的内忖管，拆除送柱工具柱后由吊车将HPE垂直插入机移位即可。

（7）回填孔口拔除钢护筒。拆除工具柱移机后，对型钢柱上部未回填部位回填碎石或易密实的砂土至孔口，拔除钢护筒。

图1 桩顶保护详图

（8）永久性型钢柱顶的保护。待型钢柱上部进行回填处理并拔除钢护筒，为防止大型施工机械行走作业挤压地面造成型钢柱顶位置偏移，可采用以下方法保护，具体方法如下：用石屑或砂回填至原始地面-20cm处。浇注一层20cm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型钢柱的挤压造成变形。如图1所示。

5 HPE液压工法在某地铁盖挖车站垂直插入型钢柱施工需要注意的问题

5.1 把握垂直插入型钢柱施工要求

型钢柱对接的焊缝，外表面必须光洁、平整，不得出现凹凸不平的现象，几何尺寸要求如下：直径0-+2mm，总长度范围内弯曲矢高不超过3 mm，2 m范围内弯曲矢高不超过1 mm，相邻两节接头及对接接头搓边不超过1 mm，端口平面与柱身垂直度2 mm，纵向焊缝在同一条直线上，焊缝不凸出平面1 mm。起吊挠度1/1000L，每根型钢柱加工时的垂直度控制在5 mm内。在型钢柱外壁和上口均安装吊点，必须满足现场起吊要求，包括倾斜、垂直起吊等。型钢柱顶面不平度允许偏差不大于±2 mm。型钢柱加工长度允许偏差±10 mm，型钢柱及孔口加长管加工时在柱口及底部标定出其中心，在加长管顶施作4个直径1 mm大小的圆点，这4个圆点拉十字线后的交点即为型钢柱的中心，柱口与底部的圆点拉通线即为型钢柱中心线。

5.2 垂直插入型钢柱施工场地要求

为保证型钢柱定位的精确度和垂直度，施工场地要求硬地坪施工，由于施工场地的限制无法做到场地硬化的，可以采用20 mm厚的钢板及HPE专用路基板配合使用。在钻孔灌注桩浇灌完成后，必须马上进行清理并铺设好钢板和路基板，以确保HPE液压插入机械就位、定位的准确。

5.3 垂直插入型钢柱施工成桩垂直度满足要求

安装型钢柱的垂直度要求为L/1000（L为型钢柱长度），因此对钻孔灌注桩成孔的垂直度要求也相应更高，并且上部最深18 m左右空钻，常规的钻孔灌注桩垂直度要求为1%，18m空钻的垂直偏差就达180 mm，加上钢筋笼安装偏差最大可达70 mm，累加偏差就达250 mm。对于Φ1500 mm直径的钻孔灌注桩钢筋笼内径扣除保护层每边70×2 mm、主筋28×2 mm、加强箍20×2 mm，其内径最大为1264 mm，如插入600*700 mm型钢柱对角线长及锚栓钉881mm，在钢筋笼中心与桩位中心重合时型钢柱离钢筋笼内侧的净距仅为191 mm。如有超声波管及注浆管净距更小，如上述钻孔灌注桩偏差250 mm后型钢柱插入会造成碰撞钢筋笼，就是插入型钢柱后其垂直度也无法保证设计要求。因此，成孔中需加大上部空钻孔径并采用高精度的成孔设备，以满足型钢柱安装的要求。对钻孔灌注桩的成孔垂直度必须控制在1/300以内，才能满足型钢柱插入的要求，国内钻孔灌注桩垂直度最高小于1/300，无法100%满足1/600的要求，地下型钢柱安装小于1/500，无法100%满足1/1000的精度，该问题需与设计沟通。

5.4 垂直插入型钢柱施工灌注桩混凝土要求

考虑插入永久性型钢柱的需要，灌注桩混凝土要有一定缓凝时间，缓凝时间不小于36h。同时要求混凝土运输至插入永久性型钢柱时间段内混凝土的坍落度不少于12 cm，混凝土运输时间按1 h计算，混凝土灌注时间按3-4 h计算，HPE垂直插入机就位按3 h计算，插入型钢柱时间按5-7 h计算，合计时间约14 h。考虑其他原因混凝土16 h后在不添加任何外加剂的情况下，二次搅拌坍落度不小于12 cm，16h后不分层离析有较好的和易性，粗骨料易采用5～25 mm连续级配的碎石。

5.5 垂直插入型钢柱工具柱与型钢柱加工要求

对于本工程型钢柱为600*700 mm矩形，为方便HPE插入机插入型钢柱及定位，工具柱易加工成圆形，圆形的外直径为860mm壁厚为20 mm，工具柱为重复利用。为确保工具柱与型钢柱连接，需在型钢柱顶设置一个比工具柱内径小10 mm的内衬管，内衬管长度为300 mm，与型钢柱连接牢固确保型钢柱起吊不变形。

5.6 垂直插入型钢柱工具柱加工要求

工程型钢柱在地面以下有一定的深度，为确保HPE垂直液压插入机能将型钢柱送至设计标高，在安装型钢柱时需加接一根工具柱，工具柱长度不小于HPE垂直液压机的高度+4.5 m型钢柱顶在地面以下的深度+0.5 m。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。工具柱直径及壁厚与型钢柱相同，工具柱加工几何尺寸检验标准如下：直径0-+2 mm，总长度范围内弯曲矢高不超过3 mm，2 m范围内弯曲矢高不超过1 mm，相邻两节接头及对接接头搓边不超过1 mm，椭圆度不超过2 mm，端口平面与柱身垂直度2 mm，纵向焊缝在同一条直线上，焊缝不凸出平面1 mm。

6 结语

总之，整个HPE液压工法施工中，为顺利完成施工任务，确保工程质量，应该严格遵循工艺流程，把握质量控制要点。同时还要提高施工人员素质，重视施工现场巡视和检查，对出现的质量缺陷及时处理，从而有效保证施工效果和工程建设质量。