时间：2013-11-29 分类：工业设计
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之中.由于受到限界要求，对钢管柱定位及垂直度控制精度要求都非常严格，如何在盖挖工序中从地面将钢管柱定位并精确实施，是钢管柱插入施工的关键.HPE液压垂直插入机以其独特的技术经济优势在越来越多的工程实践中得到应用.
关键词 ：HPE液压插入机,超大钢管柱,核心期刊投稿网,垂直度
1、引言
本工程桩型直径2200mm的普通钻孔灌注桩有效桩长38m 8根，桩型直径2200mm扩3200mm支盘扩孔灌注桩有效桩长40m共20根. 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3.47m(含锥尖)，同时混凝土钢管柱顶在地面以下3m左右，因此在钢管柱插入灌注桩混凝土时必须采用工具柱将其送入使钢管柱到设计标高.钢管柱直径1100mm，壁厚25mm，钢管柱长度最长约24.43m(含锥尖)，加上直径1.7m法兰盘，重量约19t.比以往的钢管柱都要更长更重.
2、关键技术的确定
2.1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.
2.2 HPE插入法的优点
第一，垂直精度高，垂直度≦L/500 (L为钢管柱长度);第二，定位准确，单柱安装施工周期短，大大节约施工工期;第三，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.
3、HPE液压垂直插入钢管柱施工中质量控制
3.1 钢管柱制作过程中的质量控制
在HPE液压垂直插入钢管柱施工过程质量控制中,首先要对钢管柱的制作进行质量控制. 材料的采购要求质量合格、信誉好的钢材厂家，并按照ISO9001程序进行采购，采购要及时，每批材料要附有材料分析单、检验书等合格证明文件.必要的时候还应该对焊缝应该抽样检查，除了进行外观检查，还要进行必要的超声波探伤检查.
3.1.1 加放配重的施工方案 因本工程的钢管混凝土柱底部是封闭的，当钢管柱下至一定深度后泥浆的浮力大于钢管柱自重时无法继续下沉，必须在钢管柱内加放配重.根据分析钢管柱内需加放配重最大在6t，考虑本工程钢管柱一次性加工成型进场，为确保将配置预先放至钢管柱内，如采用吊车高空作业将配重放入钢管柱内难度及安全风险较大，因此需现在场地内合适的部位钻一个2200mm的孔，孔的深度在25m左右，成孔完成后在孔内下放2000mm直径壁厚12mm的钢套管，为确保长时间空孔放置的安全，钢套管的埋设需高出地面1m，钢套管下至孔底后四周回填碎石密实，并在钢套管内浇筑2m厚混凝土封底，等混凝土达到70%强度后将孔内的泥浆抽除，形成一个深度在23m左右的空孔，形成空孔后钢管柱垂直吊放下至空孔内， 再将配重吊放至钢管柱内，下放至柱底后吊放配重钢丝绳锁扣在钢管柱顶，重新吊出钢管柱拼接工具柱即可.
3.2 桩基混凝土浇注施工的质量控制
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36h，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小于12cm.考虑其他原因混凝土16h后在不添加任何外加剂的情况下，二次搅拌坍落度不小于12cm，16h后不分层离析有较好的和易性. 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.
3.2.1钢筋笼放置与设计要求不符 在施工过程中出现钢筋笼变形，保护层不够，深度位置不符合要求的问题.首先，钢筋笼的制作必须符合设计和施工规范要求.对钢筋笼的规格和外形尺寸进行检查，控制偏差在允许范围之内.本工程加强箍采用100mm×20mm的钢板箍制作，钢板箍需由加工厂定作加工，满足钢筋笼椭圆度要求.同时，钢筋笼在加工的过程中，每隔2m在钢板箍上装一个永久的Δ支撑架，以保证钢筋笼在运输和吊放入孔过程的刚度.在钢筋笼周围主筋上每隔3m间距设置钢板垫块根据保护层的厚度和孔径设计.清孔时应把沉渣清理干净，保证实际的有效孔深满足设计要求.钢筋笼应垂直缓慢放入孔内，防止碰撞孔壁，无法下放时不得强行下放，应提出钢筋笼后重新扫孔，检测孔径满足要求后再次下放，对钢筋笼变形较大时应及时修复满足要求后才能使用.钢筋笼放入孔内后，要采取措施固定好位置.对在运输、堆放及吊装过程已经发生变形的钢筋笼，应进行修理验收合格后再使用.
3.3 垂直插入机就位对中及水平度质量控制
当混凝土桩灌注完成后，应该对桩身进行二次放样，重新放出桩中心.待符合桩位后，使HPE液压垂直插入机液压定位器中心与基础桩位中心处于同一垂直线上，然后吊装HPE液压垂直插入机就位,HPE机根据定位器就位对中.为了保证HPE液压插入机有一个相对稳定的工作环境，应该对桩孔周边进行清理和铺设路基箱(路基箱尺寸为4.5m×1 m×0.35m).把HPE液压插入机四脚放置到路基箱上对中，可以手动也可以自动调整水平，然后复核中心位置，待满足要求后，即可吊放钢管柱入孔.
3.4 钢管柱吊装过程中的质量控制
钢管柱刚度较好，钢管柱吊放采用两台吊车多点抬吊，空中回直.钢管柱最重达到19t，吊车主吊选用150t履带吊车，副吊80t吨履带吊车.起吊时必须使吊钩中心与钢管柱重心相重合，保证起吊平衡.钢管柱的整体刚度较好，布置吊点位置只需确保水平起吊空中回直的要求即可，主吊设置在工具柱顶，配吊设置在钢管柱底部第一道法兰处即可.#p#分页标题#e#
3.5 钢管柱插入过程中质量控制
将钢管柱吊放入HPE液压垂直插入机内，初始时由于永久性钢管柱的自重大，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自重后，由HPE垂直插入机将永久性钢管柱抱紧，并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.
3.5.1 钢管柱插入过程出现无法插入的问题 针对混凝土出现假凝使钢管柱无法插入，混凝土缓凝时间不稳定在插入钢管柱之前已凝固的问题;混凝土出现假凝现象导致钢管柱无法顺利插入时，使用HPE液压插入机具备的360度旋转功能旋转钢管柱，利用钢管柱底部安装的三角钢筋搅拌混凝土，使混凝土恢复流动性后边旋转边插入;混凝土缓凝时间不稳定在插入钢管柱之前已凝固，该桩只能放弃安装钢管柱，等混凝土凝固后采用大直径360度全回转套管机旋转沉入直径2200mm钢套管，钢套管底部镶嵌钛合金切割灌注桩保护层混凝土至钢管柱安装标高1m以下，然后人工下入钢套管内清除混凝土至柱底标高以下200mm，二次浇筑后安装钢管柱.
3.5.2 传统钢管柱施工方案的弊端 传统控制方案[3]存在着以下的问题：(1)传统控制方案中，由人工进入桩孔就位，故需要埋设钢护筒，造成工程成本的增加(2)人工进入桩孔有一定的危险性，增加安全事故的几率(3)清除护筒内的泥浆、淤泥、混泥土浮浆、超灌混凝土等造成工期的延长(4)由于桩顶标高在地面以下，控制超灌混凝土的高度很难控制，超灌量直接影响剔除时间的长短，间接影响着工期(5)定位器的制作和安装，定位器底部灌浆料的灌注对钢管柱的标高控制都有直接的影响(6)钢管柱校准过程中仍需要吊具的吊装，对设备的周转不利(7)钢护筒的存在对以后结构层梁与永久钢管柱的连接带来不便，需要对钢护筒进行切割，需要控制切割口的朝向问题.
3.5.3 HPE钢管柱垂直度的控制 由布置在相互垂直两个方向上的两台经纬仪控制钢管柱初始垂直度.在调整的过程中，测量人员应该严格按照要求满足精度的要求.在法兰盘上方位置安装两个垂直传感器，布置在相互垂直的方向上，并设吊环便于回收使用. 在安装垂直传感器的工程中，应严格按照技术要求，做好垂直传感器的保护工作，防止在下送过程中的破坏，从而造成垂直传感器的失效而带来的延长工期的后果.在HPE液压垂直插入机在下送钢管柱的工程中，布置在两个方向的两台垂直传感器来控制钢管柱的垂直度，感应器上的读数即时的显示在显示器上，如果满足垂直度要求后继续下压插入至混凝土中;如果不满足垂直度的要求，应该通过调整HPE液压垂直插入机的水平度使两台垂直传感器的读数归零，此时永久钢管柱的垂直度满足要求.在施工过程中使用的传感器，要经常检查，以确保精度在允许的范围内.
3.6 钢管柱四周回填砂土质量控制
HPE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，回填时钢管柱四周要均匀填入，回填高度在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.
3.7下放钢管柱内钢筋笼灌注混凝土质量控制
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，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，控制好柱顶标高即可进行永久性钢管柱内浇筑混凝土.永久性钢管柱内混凝土为干作业灌注，在灌注时需特别注意永久性钢管柱法兰部位的混凝土密实度.当灌注到法兰部位时，需上下抽动导管，使混凝土充分填筑法兰底部的空隙. 混凝土浇筑至钢管柱顶以下200mm，便于后续接柱.
3.8拆除送柱标准节，垂直插入机移位
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垂直插入机移除.
3.9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，钢管柱内上口300mm～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.
3.10永久性钢管柱顶的保护
第一，钢管柱混凝土浇注完成后进行先期养护;第二，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：第一，用石屑或砂回填至原始地面-20cm处;第二，浇注一层20cm厚的C20钢筋混凝土，钢筋可配置二级直径16双层双向，防止大型机械行走对钢管柱的挤压造成变形.
4、结语
综上所述，HPE液压垂直插入钢管柱施工主要是施工机械作业，因其人工作业少，从而减少了人为因素产生的误差，并减少了人工下孔作业带来的安全风险.该施工方法流程简单施工速度快施工工期短，比传统钢管柱施工节省工期 70%左右，大量减少了施工材料和人工的投入，不需要长钢护筒，也不需要人工埋设定位器，从而降低成本.虽然HPE工法施工已经取得了初步的成功，但是HPE工法施工工艺仍处于初期阶段，施工方法及监理质量控制方面还有待提高.随着HPE工法技术的不断完善提高，它必将取代传统的人工安装方法，成为施工盖挖逆作[1]首选.#p#分页标题#e#
参考文献：
[1]王玉林.地下建筑工程逆做法研究[D].哈尔滨工程大学，2007
[2] HPE液压垂直插入钢管柱工法
[3]徐亚丰,贾连光.钢骨钢管混凝土结构技术[J].科学技术出版社 2009
