HPE 工法在惠城南站交通枢纽工程中的应用

李 霖 黄晓东 奉 勇 关基灿 奉富强

（1 惠州市正大混凝土有限公司)

(2 科之杰新材料集团（广东）有限公司)

(3 惠州市创兴达建材有限公司）

1 项目简介

广汕铁路惠城南站交通枢纽工程，位于惠州市三栋镇，路线总长约12.6km，其中桥梁长度约为2.3km、含金山大道南段与沿线道路相交的三座立交，即体育南路立交、明德路立交、宏达路立交，一座站前落客匝道，以及金山大道南段沿线的三座人行过街天桥、两座过河箱涵，一座跨河桥。

该交通枢纽及宏达路地下过街通道位于北广场及宏达路下方，地面四层，地下两层，采用钢筋混凝土框架结构。总建筑面积约9.47 万m2，其中北广场综合交通枢纽地下建筑面积约5.48 万m2，地上建筑面积约3.46 万m2；宏达路地下过街通道建筑面积约0.53 万m2。

2 HPE 工法原理

HPE 工法是通过HPE 液压垂直插入机机身上液压垂直插入装置，在工程桩混凝土初凝前，将底端封闭的钢管柱垂直插入支承桩混凝土中，直到插入至设计深度。钢管柱被垂直吊起到液压插入机上，固定在液压插入机中，然后由上下液压垂直插入装置同时驱动，将钢管柱垂直向下插入。钢管柱固定后，按照从下到上的顺序依次松开液压定位器，再由液压垂直插入装置同时将钢管柱向下插入混凝土中。重复上述步骤，直至插入到设计深度要求[1]。

3 超缓凝混凝土试验

3.1 原材料

⑴水泥：水泥采用同一水泥厂商生产的水泥。本工程采用光大P.O42.5R 水泥，28 天抗压强度49.9MPa，其物理性能见表1。

表1 水泥物理性能

⑵粉煤灰：粉煤灰采用采用F 类Ⅱ级电厂灰，密度为2.46g/㎝3，需水量比95%，28 天活性达78%。

⑶砂：选用级配良好水洗机制砂，表观密度为2720㎏/m3，细度模数2.7，含泥量为0.6%，泥块含量0.2%。

⑷碎石：选用三亚石场碎石，级配良好，粒径在5～25mm，含泥量不大于1%，表观密度为2700㎏/m3，含泥量为0.2%，泥块含量0.1%，压碎指标9.7%。

⑸外加剂：科之杰牌高效减水剂，含固量≥15%，混凝土减水率≥25%。

⑹混凝土缓凝剂：科之杰牌混凝土缓凝剂，含固量9%。

⑺阻锈剂：采用符合标准的阻锈剂。

⑻水：本项目采用自来水。

3.2 配合比设计及性能

根据现有的C40 水下混凝土配合比，调整凝结时间达到初凝不小于36 小时，采取的方式是外掺混凝土外加剂中的缓凝剂，采取这种方式的优点是能根据实际天气和气温进行调整用量，也能根据工程桩的施工时间来进行调整，达到合适的凝结时间，以满足实际施工需要。经过大量试配验证，最终确定配合比，达到了设计要求。混凝土配合比及性能见表2、表3。

表2 混凝土配合比

表3 混凝土性能

3.3 试验难点分析及对应措施

3.3.1 凝结时间长导致的混凝土表面滞后泌水问题

初凝时间不小于36 小时的超缓凝混凝土，需要控制混凝土的滞后泌水及坍落度反增情况。该试验也曾出现滞后泌水问题，而且泌水时间点在混凝土出机两个小时后，且是以散点分布的泌水，此时混凝土表面已经结皮，但是仍有泌水情况出现。

解决此问题的关键在于混凝土的密实度、保坍性与保水性的平衡。混凝土表面结皮后仍泌水，主要时结皮层以下的自由水基团偏多，自由水基团冲击表面结皮层后通过毛细通道泌到表面，从而表现为个别散点的泌水。通过大量试验调整，以提高混凝土缓凝剂含固量降低掺量，提高外加剂保水剂用量的方式找到这个保坍和保水的平衡点，并且把混凝土用水量降低，增加混凝土的密实度和粘度，从而达到不泌水的理想状态。

3.3.2 缓凝剂内掺法与外掺法分别对混凝土控制的差异问题

在试验初期，先是使用内掺法进行超缓凝混凝土试验，效果也比较理想，初凝结时间能达到36 小时。但是随着试验的进行，发现内掺法进行该试验会出现一个问题，就是掺量的敏感性比较高，当混凝土缓凝剂掺量高0.1%～0.2%时，凝结时间明显偏长比较多，且泌水的情况频繁出现。这样的情况会导致生产上出现一个现象，当天气或者温度变化导致掺量变化时，混凝土的泌水几率会大幅上升，出现不可控现象。

经过试验分析后，决定采用混凝土缓凝剂外掺法进行该试验。采用这种方式的优点在于可调性强，敏感性低，能根据天气、温度、材料进行混凝土缓凝剂的用量调整，达到实际施工要求。

3.3.3 试验模拟施工的环境条件进行凝结时间的有效测定

由于桩下的水温不确定，因此在进行试验期间，有效的凝结时间评价方式是很重要的环节。经过查阅我国的地温梯度的分布特征，了解到东南沿海地区的浙、闽、粤等省区，地温梯度多在2.5～3.5℃/100m 间，尤其在沿海地区的温州、大浦、广州一线以东地区，多为3℃/100m 以上的地温梯度分布区。因此了解到底下温度实际是与空气中温度接近，但是水温会比空气低。因此采取的模拟方案为在恒温养护室内，将已成型的试块覆膜后放进水池内，因此采取这种评价方式来测定超缓凝混凝土试验凝结时间。

3.3.4 水泥温度对凝结时间的影响

试验热水泥跟常温水泥分别对凝结时间的影响，热水泥温度约为60℃。在试验中，发现水泥温度对混凝土外加剂掺量有一定影响，跟常温水泥相比，普遍存在外加剂掺量偏高情况。因此试验采用固定混凝土缓凝剂用量情况下，等扩展度对比常温水泥与热水泥的凝结时间有没有差异。数据表明，在混凝土缓凝剂等用量情况下，热水泥的外加剂掺量比常温水泥高0.2%，二者坍落度性能一致，凝结时间几乎无影响。其凝结时间见表4。

表4 水泥温度对混凝土凝结时间影响

4 超缓凝混凝土浇筑

4.1 生产前准备

固定囤积一定数量同一供应商的生产原材料，并且在生产前准确测定砂石原材料的含水率，定时监测其含水率波动。

使用专用搅拌车运输该项目的混凝土，装料前清空车内多余积水，避免材料波动导致的混凝土状态变化。工地现场协调好车辆调度，最大限度缩短浇筑时间，增加后续插入钢管柱环节的富余时间。

为了保证钢管柱定位的精确度和垂直度，工作场地须铺设钢筋板进行硬化地面，并且在浇筑完成后，必须马上进行清理，以确保HPE 液压垂直插入机就位及定位的准确性。

对于方量比较大的工程桩，跟现场施工人员沟通，须尽量创造足够的场地进行两车同时卸料，节约浇筑时间。

4.2 混凝土开盘及浇筑

保持混凝土专线生产，尽量降低原材料波动及各项因素的影响，保障混凝土稳定性。生产时，应在混凝土开盘进行状态鉴定，出厂取样观察坍落度等各方面指标，满足性能后才能进行后续生产。

混凝土到现场后，每车必取样观察混凝土性能状态，检测坍落度，性能合格后方能浇灌，同时取样成型试块，成型的试块用密封袋密封置于阴凉处观察凝结时间。

4.3 HPE 工法施工

用吊机把钢管柱吊放至HPE 液压垂直插入机内，由HPE 液压垂直插入机固定钢管柱，测定钢管柱垂直度。开始下放钢管柱时，可依靠钢管的自重下降，钢管柱会自由下沉到孔内一定深度，当孔内浮力大于钢管柱重力时，经液压进行加压后，钢管柱受力下沉，直至钢管柱插入混凝土设计深度。等待混凝土终凝后就可以撤除液压机施加的压力[2]。

5 结语

通过混凝土缓凝剂与高效减水剂的搭配，让HPE 工法中的超缓凝混凝土凝结时间可控，并且可根据工程桩的桩径大小、施工时间、天气、温度等情况进行调整，初凝时间控制在36～40 小时，易于生产控制，灵活度高。而且HPE 工法不需要埋设外钢管套，降低施工成本，缩短施工工期，值得推广。