浅谈天津深基坑HPE液压垂直插入永久钢管柱施工

浅谈天津深基坑HPE液压垂直插入永久钢管柱施工

作者：李志军

来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2011年第02期

摘要：随着地下工程不断发展，钢管柱以其独特的优越性被广泛应用于地下工程。本论文结合实际，从设备选型、HPE工艺流程、施工要求等方面对深基坑施工中液压垂直插入永久钢管柱施工技术进行了描述，希望能够更好的指导我们的工作，提高工作效率。 关键词：HPE液压垂直插入 永久钢管柱 钢护筒 吊装 1 永久性钢管柱概况

本示例工程永久性钢管混凝土柱为Φ1400，采用HPE垂直插入钢管柱施工法进行施工。由于本工程有基坑深度深，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。永久性钢管混凝土柱垂直度高，要求偏差≤L/500（L为钢管柱的高度），永久性钢管混凝土柱锚入钻孔灌注桩的混凝土有效长度为4m。 2 插管设备选型

根据本工程永久性钢管柱的特点，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钢管柱；

2.1 HPE液压垂直插入机施工工法原理 ①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。②HPE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。③在保证垂直度后将钢柱在砼初凝前用HPE液压垂直插入机将钢管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。④设备装置：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插入法的优点 ①垂直精度高，垂直度≦L/500（L为钢管柱长度）；②定位准确，单柱安装施工周期短，大大节约施工工期。③避免常规永久性钢管柱安装人工入桩孔内施工作业，降低安全风险；④无需埋设外钢套管，节约能源降低施工成本 2.3 HPE工法适用范围（如表所示） 3 永久性钢管柱安装前的基本要求

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3.1 钢管柱加工要求 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，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3mm；2m范围内弯曲矢高不超过1mm；相邻两节接头及对接接头搓边不超过1mm；椭圆度不超过2mm；端口平面与柱身垂直度2mm；纵向焊缝在同一条直线上；焊缝不凸出平面1mm。每根钢管柱加工时的垂直度控制在5mm内。在钢管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）。钢管柱顶面不平度允许偏差不大于±2mm。钢管柱加工长度允许偏差±10mm。钢管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1mm大小的圆点，这4个圆点拉十字线后的交点即为钢管柱的中心），柱口与底部的圆点拉通线即为钢管柱中心线。

3.2 场地要求 为了保证钢柱定位的精确度和垂直度，场地采用250mm厚配二级16双层双向钢筋硬化地面，在钻孔灌注桩浇灌完成后，必须马上进行清理，以确保HPE液压插入机械就位、定位的准确。

3.3 成桩垂直度要求 安装钢管柱的垂直度要求1/500，并且桩的上部为空钻，因此对钻孔灌注桩成孔的垂直度要求也相应更高。

3.4 灌注桩钢护筒的要求 护筒采用16～20mm厚的钢板制作，保证护筒在施工时不易变形，且护筒上口做1～2个溢浆孔。

3.5 灌注桩混凝土要求 考虑插入永久性钢管的需要，灌注桩的混凝土要有一定缓凝时间，缓凝时间不小于36小时，同时要求混凝土运输至插入永久性钢管柱时间段内混凝土的坍落度不少于10cm。

3.6 钢管柱法兰及底部加工要求

钢管柱底部需加工成锥台形，并在底部焊接4根Ф32mm钢筋成锥形，锥形中心与钢管柱中心吻合，如图1

4 HPE液压垂直插入机施工工艺流程

4.1 HPE液压垂直插钢管柱施工工艺流程如图2 4.2 HPE液压垂直插钢管柱施工工序

4.2.1 施工准备 在钢管柱施工期间，有旋挖机、250t吊车、HPE插入机等在施工场地内作业，钢管柱起吊后最重达到330t，为保证施工安全，防止吊车倾覆，出现安全事故，防止桩孔受到挤压后变形坍塌，根据钢管柱的设计情况，对盖挖区施工场地进行混凝土硬化处理。混凝土硬化设计如下：绑扎双层双向Φ16@200钢筋网片，浇注300mm厚C30混凝土。设置一个

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钢筋笼加工平台及钢筋堆放区、一个泥浆池、一个钢管柱堆放及连接区。钢筋笼加工平台及钢筋堆放区宽20m，长60m，钢筋笼加工平台下部垫10m长间距2m的12#槽钢，使用前用水准仪抄平，确保误差在±5mm内。泥浆池深3m，长10m，宽10m，地下埋深1.5m，分为4个方格。泥浆池用红砖砌筑，墙厚240mm，转角及墙中设置480*480mm的砖柱。钢管柱堆放区及连接区宽20m，长50m。钢管柱连接区下设置5个定型的钢管柱连接墩台，浇注在混凝土内。混凝土浇注前，要对连接墩台进行验收，确保5个墩台在一条直线上，高差在2mm内。 根据要求，首先施工钢筋笼加工平台及钢筋堆放区、泥浆池、钢管柱堆放及连接区周边的钢管柱，然后废除南侧的钢筋笼加工平台及钢筋堆放区、泥浆池、钢管柱堆放及连接区，利用北侧的钢筋笼加工平台及钢筋堆放区、泥浆池、钢管柱堆放及连接区施工南侧剩余部分的钢管柱。同时，在已经施工完成钢管柱的部位重新各设置一个钢筋笼加工平台及钢筋堆放区、泥浆池、钢管柱堆放及连接区，然后废除北侧的钢筋笼加工平台及钢筋堆放区、泥浆池、钢管柱堆放及连接区，利用重新布置的钢筋笼加工平台及钢筋堆放区、泥浆池、钢管柱堆放及连接区施工北侧剩余的钢管柱。

4.2.2 柱下桩施工 柱下桩的施工参照工程桩施工方案。考虑到HPE插入钢管柱的工艺要求，混凝土的初凝时间控制在36小时。灌入过程中，应认真做好灌注原始记录，并及时分析整理。施工过程中要做到施工质量四检测：自检、专检、抽检和互检。

4.2.3 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。

4.2.4 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钢管柱入孔。

4.2.5 吊装永久性钢管柱 根据本工程永久性钢管柱的长度，为保证吊装时不产生变形、弯曲，采用二台吊车多点抬吊，将永久性钢管柱垂直缓慢放入HPE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，根据周边工地的施工经验，吊点设计如图3： 4.2.6 HPE垂直插入机液压插入永久性钢管柱 永久性钢管柱吊放至HPE垂直插入机内，下入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，用液压插入装置的液压下压力将永久性钢管柱下压插入孔内，当永久性钢管柱顶标高都在地面以下一定的深度时，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，此时由垂直仪检测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。

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4.2.7 钢管柱四周回填碎石 HPE液压垂直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，回填时碎石在钢管柱四周均匀填入，碎石回填高度与永久性钢管顶标高以下500mm，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外运清除。

4.2.8 下放永久性钢管柱内钢筋笼并灌注混凝土 永久性钢管柱插入四周回填后，此时仍由HPE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注。

4.2.9 拆除送柱标准节HPE垂直插入机移位 当钢管柱四周回填并浇筑钢管柱内混凝土后，四周回填碎石已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，根据实际情况，拆除送柱标准节可在第6点前面完成。

4.2.10 回填孔口拔除钢护筒 永久性钢管柱内的混凝土达到初凝后，对钢管柱内上口350～500mm未浇筑混凝土的回填细砂，便于今后开挖清理；其余部位回填碎石或易密实的砂土至孔口，拔除钢护筒。

4.2.11 永久性钢管柱顶的保护 ①钢管柱混凝土浇注完成后进行先期养护；②待混凝土初凝后对永久性钢管柱上部进行回填处理并拔除钢护筒，具体方法如下：a用石屑或砂回填至原始地面-25cm处；b浇注一层25cm厚的C30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。 5 主要施工技术、质量保证措施

5.1 钢管柱技术、质量保证措施 ①钢管柱的加工采取外委加工方式，选择具备相应资质能力、信誉良好、保证供货的加工厂家，并应经监理工程师考察认可。②钢管柱加工过程中，定期到厂检查加工质量，必要时派管理人员驻厂监造。钢管柱加工完毕出场前，指派相关人员到厂检查验收钢管柱质量。验收内容包括钢管柱的材料、物理力学性能指标、构件长度、垂直度、弯曲矢高等项目。加工质量应符合设计、规范及工艺要求。③钢管柱的装卸及运输过程中，采取支顶、加固、捆绑等有效措施，防止钢管柱滚动、变形。④对钢管柱预埋件等部位，采取特殊保护措施。⑤施工现场内设置钢管柱专用堆放场地，上设遮盖防雨，防止钢管柱淋雨锈蚀。⑥永久性钢管柱的长度在20m以上，为保证吊装时不产生变形、弯曲，采用两台吊车多点抬吊。⑦必须结合现场实际情况考虑混凝土的缓凝时间和坍落度。

5.2 钢管柱安装主要技术措施 ①垂直度控制技术措施 对于施工中使用的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。②柱底混凝土质

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量控制措施 灌注桩混凝土灌注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。 参考文献：

[1]《HPE液压垂直插入钢管柱工法》.

[2]《钢骨钢管混凝土结构技术》.徐亚丰，贾连光.科学技术出版社.2009.9.1.