浅谈盖挖逆作地铁车站钢管柱插桩施工关键技术

浅谈盖挖逆作地铁车站钢管柱插桩施工关键技术

发表时间：2018-07-05T11:10:45.310Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第2期作者：边璐玮[导读] 中铁二十局集团第四工程有限公司承建呼和浩特市轨道交通2号线一期工程06标。

中铁二十局集团第四工程有限公司山东青岛 266000 项目概况：

中铁二十局集团第四工程有限公司承建呼和浩特市轨道交通2号线一期工程06标，包含两站三区间，标段线路全长5.445km，两车站位于呼和浩特市中心繁华地段均采用盖挖逆作法施工，车站中线位置支撑结构采用直径800mm，t=20mm厚的钢管实心混凝土柱。柱下桩基采用大直径扩底桩，通常段直径2000mm，扩大段直径3200mm；车站围护结构为地下连续墙墙厚800mm。

一、设备选型

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/1000（L为钢管柱的高度），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约5.4m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。为满足以上施工要求，采用HPE液压垂直插入机安装永久性钢管柱。

二、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。

2、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。

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。

三、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，最大精度可达1/1200）；

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

四、永久性钢管柱安装前的基本要求（一）钢管柱加工要求1、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：1）直径0~+2mm；2）总长度范围内弯曲矢高不超过3mm；3）2米范围内弯曲矢高不超过1mm；4）相邻两节接头及对接接头搓边不超过1mm；5）椭圆度不超过2mm；6）端口平面与柱身垂直度2mm；7）纵向焊缝在同一条直线上；8）焊缝不凸出平面1 mm。

2、起吊挠度1/1000L。

3、每根钢管柱加工时的垂直度控制在5mm内。

4、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）。

5、钢管柱顶面不平度允许偏差不大于±2mm。

6、钢管柱加工长度允许偏差±10mm。

7、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。（二）场地要求

为了保证钢柱定位的精确度和垂直度，如灌注桩未在马路面上施工时场地采用250mm厚配Φ14双层钢筋硬化地面，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。（三）成桩垂直度要求安装钢管柱的垂直度要求小于1/1000，并且上部最深20m左右空钻，因此对钻孔灌注桩成孔的垂直度要求也相应更高，常规的钻孔灌注桩垂直度要求为1%，20m空钻的垂直偏差就达200mm，加上钢筋笼安装偏差最大可达70mm，累加偏差就达270mm；对于Φ2000mm直径的钻孔灌注桩钢筋笼内径扣除保护层每边70×2mm、主筋28×2、加强箍筋22×2mm、超声波管2×50mm，其内径最大1660mm，如插入Φ800mm钢管柱法兰最大直径1300mm，根据现场分析在钢筋笼中心与桩位中心重合时钢管柱法兰离超声波管的净距尽为180mm，如上述钻孔灌注桩偏差270mm后钢管柱插入会造成碰撞超声波管，就是插入钢管柱后其垂直度也无法保证设计要求，因此在成孔中需加大上部空钻孔径并采用高精度的成孔设备，以满足钢管柱安装的要求，对钻孔灌注桩的成孔垂直度必须控制在1/200以内才能满足钢管柱插入的要求，确保钢管柱插入的垂直度。（四）工具柱加工要求

本工程钢管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钢管柱送至设计标高，在安装钢管柱时需加接一根工具柱，工具长度不小于HPE垂直液压机的高度4.5m+钢管柱顶在地面以下的深度+1 m，并且工具柱加工时表面平整，焊接缝不能高出钢管1mm，竖向焊缝为同一侧直缝，工具柱直径及壁厚与钢管柱相同，工具柱的数量为每台插入机不少于3根，工具柱加工几何尺寸检验标准如下：

1、直径0~+2mm；

2、总长度范围内弯曲矢高不超过2mm；

3、2米范围内弯曲矢高不超过1mm；

4、相邻两节接头及对接接头搓边不超过1mm；

5、椭圆度不超过2mm；

6、端口平面与柱身垂直度2mm；

7、纵向焊缝在同一条直线上；

8、焊缝不凸出平面1MM。

五、施工工艺流程及施工方法

（一）施工工艺流程

（二）施工方法

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钢管柱入孔。

3、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。

4、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，永久性钢管柱顶标高都在地面以下一定的深度，因此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。

5、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碎石回填，碎石的粒径不得大于25mm，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。

7、永久性钢管柱内灌注混凝土

永久性钢管柱插入四周回填拆除工具柱后，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，永久性钢管柱内混凝土为干作业灌注，混