HPE液壓在地鐵深基坑施工中應(yīng)用

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摘要：結(jié)合深汕公路、坪山大道與建設(shè)路十字交叉口下方交匯處地鐵鋼管柱的施工實(shí)踐，探討了hpe垂直水壓插入法在地鐵橋面法鋼管柱施工中的施工工藝及要點(diǎn)。文章總結(jié)了重型混凝土鉆孔鋼管柱的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可供類似工程參考。本工程施工過(guò)程中采用高液壓管垂直插入鋼柱的技術(shù)。HPE法主要用于支撐豎井的主體結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型適用于基坑樁的豎向支護(hù)。

關(guān)鍵詞：HPE；液壓；鋼管；深基坑；施工；現(xiàn)狀分析

1研究背景及意義

1.1工程概況

坪山圍站為16號(hào)線與14號(hào)線的T型換乘站，兩站設(shè)置聯(lián)絡(luò)線，站址位于深汕公路、坪山大道與建設(shè)路十字交叉口下方。建設(shè)路規(guī)劃道路紅線寬31m，現(xiàn)狀道路寬14.6m，為雙向四車道。深汕公路、坪山大道均為深圳市坪山區(qū)主干道。14號(hào)線坪山圍站沿坪山大道南北方向敷設(shè)。16號(hào)線坪山圍站位于十字路口西南側(cè)坪山圍村及六合城二期地塊內(nèi)，現(xiàn)狀為密布的3~6層民房。14號(hào)線與16號(hào)線之間的聯(lián)絡(luò)線與3號(hào)出入口。換乘大廳位于16號(hào)線坪山圍站北側(cè)、14號(hào)線坪山圍站西側(cè)，采用蓋挖逆作法施工；3號(hào)出入口位于聯(lián)線的西北側(cè)，與聯(lián)絡(luò)線基坑同期開(kāi)挖。換乘大廳結(jié)構(gòu)柱采用Ф800，t=20mm永久鋼管混凝土立柱，數(shù)量為104根。樁基礎(chǔ)用?1800(1500mm)的鉆孔灌注樁成孔，開(kāi)挖至基礎(chǔ)樁底標(biāo)高后安裝鋼筋籠，然后澆筑樁身混凝土，樁基混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35，P10。鋼管柱在招標(biāo)后統(tǒng)一在廠家加工合格后運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)，鋼管柱鋼材采用Q345B，采用機(jī)械插管定位施工即HPE液壓垂直插入機(jī)，正式在樁位進(jìn)行插管前，應(yīng)進(jìn)行充分的試插試驗(yàn)，確保插管質(zhì)量。

1.2HPE液壓垂直插入機(jī)工作原理

根據(jù)兩點(diǎn)定位原理，將HPE垂直插入混凝土樁基后，將一系列耐用的鋼管垂直插入混凝土樁基，鋼管垂直固定在混凝土樁基上。在混凝土第一次凝固之前，高度根據(jù)兩個(gè)垂直給料機(jī)的液壓HPE進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先將鋼管柱垂直吊在液壓墊上，然后用液壓墊將鋼管柱牢牢固定，然后測(cè)量鋼管柱的垂直度。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)上下液壓垂直插入裝置，將鋼管柱向下插入。立柱鋼管固定牢固后，液壓定位器向上旋轉(zhuǎn)，通過(guò)兩個(gè)垂直液壓插入裝置向下引入一系列鋼管。重復(fù)上一步，直到插入設(shè)計(jì)深度。

1.3施工工藝

工藝順序：樁基吊裝（鋼管柱頂部鋼管套長(zhǎng)度）→基礎(chǔ)混凝土延遲澆筑→垂直HPE液壓插入定位檢測(cè)→HPE立管設(shè)置找平→鋼管柱卷起（含工具線）→鋼管柱安裝→插入HPE液壓插入柱立管柱→重力平衡→固定管柱孔鋼筋→鋼管柱周圍填砂→拆除工具線→更換垂直液壓插入柱HPE→將鋼管柱和鋼筋籠降低到混凝土中→填充樁基，嵌入并移除HPE鋼護(hù)筒。標(biāo)記卷收器、HPE和樁基的中心。再次確定樁位后，將HPE液壓打樁機(jī)和HPE垂直打樁機(jī)的中心位置設(shè)置為與樁位中心相同的垂直線，HPE液壓插件位于定位器的中間。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膲嚎s后，可以手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)整HPE進(jìn)液壓機(jī)的調(diào)平液壓，以確保虛擬性和均勻性，檢查中心位置，并在滿足要求的條件后維修HPE液壓機(jī)。永久性鋼管鏈可封閉在孔內(nèi)，將HPE機(jī)插入永久性鋼管排。攀爬柱的頂部高度大約低于地面覆蓋物，垂直可插拔液壓HPE機(jī)器在原始板上工作。因此，要連接永久性鋼管柱，必須使用相同直徑的軸工具。在達(dá)到施工標(biāo)高之前，將鋼管插入樁基的混凝土中。機(jī)械定位后，用HPE垂直插入機(jī)卷起鋼管。在第二個(gè)法蘭上鉆孔后，HPE垂直插入機(jī)將鋼柱牢固固定，然后測(cè)量鋼柱的垂直度。滿足要求后，將垂直傳感器安裝在第二個(gè)法蘭上方。當(dāng)調(diào)整吊環(huán)以重復(fù)使用鋼管柱的自重時(shí)，鋼管柱可以自由地從孔中移除。如果浮力大于鋼管柱的重量，用HPE插桿機(jī)將鋼管固定牢固，將鋼管入口閘門壓入孔內(nèi)，插入液壓裝置。當(dāng)插入混凝土中時(shí)，可以重新測(cè)量鋼管的角度。此時(shí)，可通過(guò)鋼管底部的傳感器，根據(jù)垂直風(fēng)速計(jì)反射的信號(hào)計(jì)算鋼管的直角。在滿足垂直要求后，如果不滿足混凝土插入沖頭的要求，可以調(diào)整HPE垂直插入機(jī)的平面度，直到滿足鋼管柱的垂直要求。垂直高壓油管機(jī)插入鋼管柱后，在鋼管柱周圍埋設(shè)砂石。為確保襯里緊密，礫石的粒度不得大于25mm。在觸發(fā)過(guò)程中，支架的設(shè)計(jì)是為了防止鋼管柱的故障。如果靠近鋼管柱頂部，必須確保手動(dòng)從工具柱上移除所需的工作空間。鋼管填充柱頂層小于60cm，取下立柱工具后填充尖端。

1.4HPE液壓垂直插入鋼管柱施工，如圖1

澆筑基礎(chǔ)樁混凝土，考慮插入鋼管柱的需要，基礎(chǔ)樁的混凝土需要一定的緩凝時(shí)間，緩凝時(shí)間不應(yīng)小于混凝土運(yùn)輸時(shí)間、澆筑時(shí)間、HPE插入機(jī)就位時(shí)間、插入時(shí)間的總和。按常規(guī)情況考慮。

1.5施工要點(diǎn)

將HPE引入鋼管時(shí)，在混凝土延遲樁基礎(chǔ)中需要一定的工作時(shí)間。為了將鋼管準(zhǔn)確靈活地固定到基樁的設(shè)計(jì)高度，基樁的混凝土必須有一定的延遲時(shí)間。如果延遲時(shí)間太短，則后鋼管正常插入的延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響插入后鋼柱的穩(wěn)定性?；炷涟韬颓?，對(duì)滿足施工要求的滯回混凝土進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)。本方案混凝土運(yùn)輸時(shí)間設(shè)定為1小時(shí)，具體注水時(shí)間設(shè)定為2小時(shí)，HPE機(jī)凝結(jié)時(shí)間設(shè)定為4小時(shí)。鋼柱的安裝和調(diào)整時(shí)間為6小時(shí)，總時(shí)間約為13小時(shí)。由于其他原因，8小時(shí)的預(yù)訂時(shí)間已被更改。鋼管柱安裝完成后，將沙子放置在鋼管柱外7個(gè)小時(shí)，HPE每隔12小時(shí)移動(dòng)一次（最多40小時(shí)）。延期混凝土的延期時(shí)間為21~40小時(shí)。鋼管柱的制造和安裝采用Q345B鋼，材料必須符合國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和工藝要求，支管生產(chǎn)過(guò)程中必須保證焊接、切割、銑削和其他添加劑的收縮。焊接質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)焊接質(zhì)量等級(jí)，焊接強(qiáng)度不得低于管道厚度鋼管構(gòu)件尺寸標(biāo)注的允許偏差：在立柱裝置前進(jìn)行超聲波檢測(cè)。鋼管用于內(nèi)部焊縫檢驗(yàn)，符合設(shè)計(jì)要求的焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鋼管柱安裝時(shí)必須滿足允許的偏差。鋼管的原始設(shè)計(jì)中需要增加一個(gè)封頭，封頭位于鋼柱底部。其主要功能是：錐形封頭克服混凝土減速機(jī)的浮力，錨固在管道基礎(chǔ)的高度設(shè)計(jì)上，可有效防止鋼管進(jìn)入立柱。本工程屋面距原地面5.6m，鋼管上部標(biāo)高距原地面5.6m。由于HPE立式液壓插入機(jī)無(wú)法將受拉鋼管直接運(yùn)輸?shù)皆O(shè)計(jì)高度，因此必須延長(zhǎng)受拉鋼管原始設(shè)計(jì)中相應(yīng)長(zhǎng)度的受拉工具。工具柱的長(zhǎng)度不小于垂直于HPE的液壓機(jī)的高度，但從鋼管柱頂端到接地2m。為保證鋼柱的形狀精度，鋼柱加工工具的材質(zhì)、質(zhì)量和直徑與鋼柱相同。為了正確調(diào)整鋼管柱上的柱工具，必須將柱帽連接到每個(gè)鋼管柱上。柱帽的高度為500mm。只需將工具柱內(nèi)徑插入柱帽外徑，工具柱與鋼管柱同軸。鋼管柱的防腐必須符合《工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)涂裝前防腐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50046-2008）和《防腐類型》（GBtoT8923.1-2011）的規(guī)定。本工程鋼管柱為穿孔鋼管柱，安裝鋼管柱前必須進(jìn)行防腐工作。為了防止由于基坑和基坑出口前的浸水對(duì)鋼管外壁造成腐蝕，鋼管柱及其附件尤為重要，結(jié)構(gòu)維修難度較大。高強(qiáng)度螺栓連接件連接面防腐等級(jí)不低于SA2。在無(wú)機(jī)鍍鋅密封件之間的間隙中插入耐腐蝕密封劑。螺釘和螺母必須進(jìn)行熱浸鍍鋅保護(hù)，安裝后，必須采取與主體結(jié)構(gòu)相同的防腐措施。防腐涂層為厚度為200μm的環(huán)氧樹(shù)脂涂層，其厚度不必與200μm匹配。鋼管及其附件必須符合消防要求，防火等級(jí)為一級(jí)，漆膜厚度根據(jù)所選材料確定。

2在深基坑施工中的應(yīng)用

2.1試驗(yàn)及鋼柱垂直度檢測(cè)

鋼管混凝土柱試驗(yàn)，綜合考慮混凝土運(yùn)輸路線、混凝土樁的混凝土量、混凝土澆筑時(shí)間、插入機(jī)的垂直水壓和鋼管柱的引入時(shí)間，混凝土的停留時(shí)間必須小于36小時(shí)，16小時(shí)后不得添加混合料，混合物的二次漂白不得小于10cm。鋼管柱施工前，專業(yè)檢驗(yàn)人員根據(jù)上述技術(shù)條件確定合適的配合比，以保證鋼管柱間混凝土的質(zhì)量。重點(diǎn)監(jiān)測(cè)鋼管混凝土柱插入部分的含石量和設(shè)計(jì)，采用抽樣方法確保孔內(nèi)混凝土質(zhì)量。

2.2深基坑支護(hù)的技術(shù)要求

基坑的開(kāi)挖深度在增加。根據(jù)建筑物的功能和城市發(fā)展的需要，利用建筑物的地下空間已成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)?；娱_(kāi)挖深度從20m左右持續(xù)擴(kuò)大15m左右。特別是在一些沿海城鎮(zhèn)，工程地質(zhì)條件越來(lái)越難以滿足深基坑開(kāi)挖的要求。此外，周邊建筑與當(dāng)?shù)毓艿缹?duì)齊。這些因素阻礙了基坑的開(kāi)挖和支護(hù)。隨著樁基深度的不斷變化和功能要求的不斷提高，基坑支護(hù)技術(shù)越來(lái)越多，如預(yù)制樁、鋼板、錨墻、地下連續(xù)墻等。同時(shí)，根據(jù)基坑支護(hù)的不同要求，提出了樁、墻、錨桿等多種聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。支撐系統(tǒng)的故障將導(dǎo)致一些重大問(wèn)題，這些問(wèn)題將導(dǎo)致周圍建筑基礎(chǔ)混亂，干擾附近道路的正常運(yùn)行，并造成嚴(yán)重的基礎(chǔ)損壞和損失。基坑周圍環(huán)境復(fù)雜多樣。在人口密集的城市交通區(qū)域，高層建筑和高層建筑集中在廣場(chǎng)、醫(yī)院、學(xué)校和其他重要公共場(chǎng)所附近。地基周圍的建筑都很古老，地下管線連接緊密，地鐵線路也穿過(guò)。因此，深基坑提升既保證了基坑的穩(wěn)定性，又不影響基坑附近的建筑物和構(gòu)筑物。深基坑支護(hù)技術(shù)要求，深基坑支護(hù)、基坑邊坡穩(wěn)定性和基坑高度的重要控制指標(biāo)，即地下的處理是基礎(chǔ)施工中必須考慮的重要因素。地下水特別是有限水對(duì)基坑施工的影響是影響基坑施工質(zhì)量的重要因素。為了保證防滲的連續(xù)形成，有必要選擇適合該層的施工工藝。為了避免基坑開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)這些問(wèn)題，必須對(duì)基坑支護(hù)提出嚴(yán)格的技術(shù)要求。采用先進(jìn)的施工工藝，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，力學(xué)性能穩(wěn)定是保證基坑穩(wěn)定的關(guān)鍵。支護(hù)體系能達(dá)到良好的護(hù)土防水效果，保證基坑四壁的穩(wěn)定。本工程地下及周邊管線必須進(jìn)行安全調(diào)整。確保相鄰建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定，保證基礎(chǔ)施工的順利進(jìn)行。基坑開(kāi)挖和支護(hù)應(yīng)避免干擾相鄰建筑物的基礎(chǔ)。采取降水和排水措施，確保地下水位在適當(dāng)范圍內(nèi)。

2.3質(zhì)量保證措施、人員組織與安排

（1）項(xiàng)目經(jīng)理部成立質(zhì)量管理小組，項(xiàng)目經(jīng)理及總工程師任正、副組長(zhǎng)，成員由質(zhì)量、施工、技術(shù)、物資、試驗(yàn)等部門負(fù)責(zé)人及各作業(yè)班長(zhǎng)組成，組織質(zhì)量管理工作?；鶎邮┕と藛T配備熟練的技術(shù)工人，并按工序組織工班，選擇有豐富施工經(jīng)驗(yàn)及一定管理組織才能的人員擔(dān)任施工員及班組長(zhǎng)。（2）專業(yè)工種人員作到持證上崗。新工人、變換工種工人上崗前對(duì)其進(jìn)行崗前培訓(xùn)，考核合格后上崗。（3）建立健全崗位質(zhì)量責(zé)任制，明確各級(jí)人員的質(zhì)量責(zé)任，作到每道工序的質(zhì)量都專人負(fù)責(zé)，建立嚴(yán)格的考核制度，將質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益掛鉤。

2.4存在問(wèn)題和改進(jìn)措施

HPE液壓垂直插入技術(shù)處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，有幾個(gè)方面需要改進(jìn)，有必要進(jìn)一步提高HPE插入器的液壓性能。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)廣泛使用的HPE插樁機(jī)在小直徑鋼柱、樁長(zhǎng)、平埋深度等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。然而，在水電站項(xiàng)目中，使用大直徑、長(zhǎng)長(zhǎng)度鋼柱造成了能源短缺的問(wèn)題。施工過(guò)程中鋼管柱的截面尺寸和體積較大，插入過(guò)程中鋼管柱的截面尺寸和體積較大。樁孔保護(hù)板產(chǎn)生更大的升力，以防止樁順利插入。此外，鋼管柱插入混凝土較深，鋼管柱與混凝土之間的摩擦產(chǎn)生很大阻力，阻礙鋼管柱的順利施工。HPE插件的垂直調(diào)整范圍較小，因此無(wú)法調(diào)整大撓度鋼管柱。在鋼管正確插入之前，施工人員必須用經(jīng)緯儀檢查和調(diào)整兩個(gè)方向的頂點(diǎn)。HPE插入器沒(méi)有用于坐標(biāo)定位的自動(dòng)糾錯(cuò)裝置，只能依靠插入器定位前的位置。坐標(biāo)定位的精度取決于地震的探測(cè)和定位。在機(jī)械工程中，HPE插入器容易移動(dòng)大直徑鋼管，在最終坐標(biāo)調(diào)整過(guò)程中中心偏差大。

3總結(jié)

HPE液壓垂直插入技術(shù)不需要手動(dòng)鉆孔，安全風(fēng)險(xiǎn)是為了確保垂直堵塞高壓油管機(jī)上施工人員的安全，減少人為因素。鋼柱插入混凝土柱上部后，通過(guò)安裝在鋼柱下部的位移傳感器，通過(guò)計(jì)算機(jī)反射的信號(hào)檢測(cè)鋼柱的垂直度。為保證插入式鋼柱的直角符合要求，其直角可達(dá)到1.500至1.7200。為保證施工質(zhì)量，采用現(xiàn)代施工機(jī)械在鋼管柱上垂直插入高液壓管的施工方法。與現(xiàn)有施工工藝相比，施工方案簡(jiǎn)單，施工速度快。鋼管柱平均安裝時(shí)間10~20h，鋼管柱施工時(shí)間70%以上。高壓油管的垂直插入技術(shù)大大減少了建筑材料和勞動(dòng)力的投資。例如，無(wú)需手動(dòng)將定位器插入防護(hù)墻并定位長(zhǎng)鋼殼。因此，投資成本增加了30%以上。它具有廣泛的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用可能性。與人工二次定位方法相比，定位精度高，可以縮短施工周期，保證人員安全，降低風(fēng)險(xiǎn)。另外，由于無(wú)需埋設(shè)鋼管外筒，大大降低了施工成本。由此產(chǎn)生的粉塵和噪音也低于傳統(tǒng)的施工方法，具有很大的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。作者簡(jiǎn)介：劉懷珠（1973-），男，籍貫：河南林縣，學(xué)歷：本科，職稱：工程師，研究方向：軌道交通工程管理。

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作者:劉懷珠 單位:中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司