逆作法钢管柱定位安装新工艺——HPE液压垂直插入钢管柱工法
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钢管柱垂直吊起到液压插入 机上，由液压插入机将钢管柱 抱紧，同时复测钢管柱的垂直 度。然后由上下两个液压垂直 插入装置同时驱动，通过其向 下压力将钢管柱垂直向下插入， 液压定位器将钢管柱抱紧后， 按照从下到上的顺序依次松开 液压定位器，再由两个液压垂 直插入装置同时将钢管柱向下 插入，重复上述步骤，直至插 入到设计深度要求。该工法适 用于任何基坑钢管柱的安装施 工。
延边大学 工学院 结构工程学科
二、HPE液压垂直插入钢管柱工法的介绍
Embed在某一基础上插入 2.1 HPE液压垂直插入钢管柱工法的原理 Perpendicular垂直
该施工方法根据二点定位的原 理，通过HPE液压垂直插入机机身 上的两个液压垂直插入装置，在 支承桩混凝土浇筑后、混凝土初 凝前将底端封闭的永久性钢管柱 垂直插入支承桩混凝土中，直到 插入至设计标高。
三、工程案例
3.3.6 重力平衡
钢管柱插入混凝土后，因钢管柱底部封闭，会产生较大的浮力。为确保 HPE液压垂直插入机在混凝土终凝前液压定位器放松后不使钢管柱上浮，必须 进行重力平衡，通过计算浮力大小可在钢管柱内下钢筋笼、加水等方法进行 重力平衡。
3.3.7 钢管柱孔口固定
重力平衡后对钢管柱上口进行定位， 根据已放出的桩位中心与钢管柱中心 吻合，用槽钢将钢管柱固定在工作平 台上，并要牢固防止钢管柱偏位。
三、工程案例
3.4.3 提高钢管柱安装施工效率，缩短施工工期 HPE液压垂直插入钢管柱工法由先进的施工设备施工，较之常规 的施工工艺，施工流程简单，施工速度快，平均完成单根钢管柱安装 时间10～20小时，单根钢管柱安装的施工工期缩短了70%以上。 3.4.4 节约能源，降低投资成本 HPE液压垂直插入钢管柱工法大量减少了施工材料和人工的投入， 如施工中不需长钢护筒护壁，也不用人工埋设定位器等，因而降低了 投资成本30%以上，具有广阔的实用价值和应用前景。
3.3.10 钢管柱四周回填砂石并排浆
当混凝土达到一天强度后，用黄砂或碎石填充钢管柱四周至柱顶，并将孔内 泥浆排除。
3.3.11 拆除工具柱并回填孔口、拔除钢护筒
当回填至柱顶标高后即可拆除工具柱，并回填砂石至孔口、拔除钢护筒。
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.4 HPE液压垂直插入钢管柱工法的优点
图-2
HPE液压垂直插入机结构图
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.1 工程概况
杭州地铁一号线武林广场站总建筑面：24235.63m2 为地下三层和四层多跨框架结构 采用盖挖逆作法施工
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.2 施工流程图
8m 8m孔口钢护筒埋设 孔口钢护筒埋设 AM AM桩施工 桩施工 套管机定位 钢管柱吊装至套管机内 钢管柱对中 抽干泥浆
回填砂 套管机移位
吊放钢管柱钢筋笼 钢护筒拔出 浇筑混凝土 钢护筒拔出
垂直插入
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.3 施工方法及步骤
3.3.1 浇筑基础桩混凝土
考虑插入钢管柱的需要，基础桩的混凝土需要一定的缓凝时间，缓凝时 间不应小于混凝土运输时间、浇筑时间、HPE插入机就位时间、插入时间的 总和。按常规情况考虑：混凝土运输时间按1小时计算，混凝土灌注时间按 3-4小时计算，HPE液压垂直插入机就位时间按2小时计算，插入钢管柱时间 按5-6小时计算，合计混凝土缓凝时间不应少于13小时。
延边大学 工学院 结构工程学科
一、研究背景
逆作法施工是在基坑内施作中间支承桩，支承桩一般采用钻孔灌 注桩。灌注桩浇筑至基坑底标高后，在支承桩顶安装一根逆作施工的 支承上部施工荷载的永久性钢管柱。常规的钢管柱安装是在支承桩混 凝土灌注前安装一个与支承桩直径相同的钢套管，等浇筑的支承桩混 凝土达到70%强度后，抽除钢套管内泥浆，采用人工下孔破除桩顶混 凝土至永久性钢管柱底标高，定位器安装完毕再安装钢管柱。该施工 方法施工周期长、工序复杂，且施工过程中工人要下到孔底进行混凝 土的凿除及定位器安装，存在诸多不安全因素，单根钢管柱施工周期 长达10～20天，施工成本也较高，存在一定的局限性。
谢谢~
3.3.2 HPE液压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液压垂直插入机的液压定位器中心与基础桩位中心在同一 垂直线上，然后吊装HPE液压垂直插入机就位，HPE液压垂直插入机根据定 位器就位对中。
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
逆作法钢管柱定位安装新工艺— —HPE液压垂直插入钢管柱工法
研究生：周鑫 指导教师：方光秀 时间：2014.4.15
一、研究背景
逆作法基础桩与钢管柱连接施工技术现状
由于我国土地资源日益紧张，城市高层建筑及轨道交通建设的高速发 展，地下空间开发工程也在不断增长，规模逐渐扩大。据2008年初步 统计，我国已建成高层建筑面积累计超过1.3亿平方米，高度100m以 上的超高层建筑超过200幢，高层建筑最深的地下室基坑为6层、深度 -26.2m。目前，国内已开挖的工业建筑基坑最深达37.4m。在国外， 地下室基坑已达13层，深度超过50m。深基坑支护施工方法很多，其 中，近几年在我国新型基坑支护技术普遍采用逆作法，尤其是广泛用 于高层建筑多层地下室和轨道交通地下车站等多层地下结构的施工， 特别是近年来我国客运专线与城市轨道交通共用的交通枢纽工程，地 下空间多为负3至4层，深度一般为-25m至-32m，基本都采用逆作法施 工。
图3-3-7 钢管柱孔口固 定示意图 延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.3.8 HPE液压垂直插入机移位
钢管柱固定完成后，HPE液压垂直插入机上液压定位器放松，用吊车将HPE液 压垂直插入机吊出、移位。
3.3.9 钢管柱内浇筑钢筋混凝土
因钢管柱采用槽钢固定在工作平台上，钢管柱安装完成即可进行钢管柱内的 混凝土浇筑，固定钢管柱的槽钢需满足钢管柱内混凝土的重量，钢管柱内的 混凝土采用水下灌注。
四、参考文献
[1]杨学林，周平槐.“逆作法”基坑竖向支承系统设计研究[J].建 筑结构，2012（8） [2]邱闽文，姚刚.高层建筑地下室结构施工的逆作法研究与应用[D]. 重庆大学，2003 [3]仇航.HPE工法垂直插入钢管柱施工工艺及监理控制要百度文库[J].建设 监理，2010(4) [4]刘新管.HPE工法在杭州地铁武林广场站施工中的应用[J].山西建 筑，2012（5）
图4-钢管柱吊装 延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.3.5 HPE液压垂直插入机插入钢管柱
钢管柱吊放至HPE液压垂直插入机内，下入 孔内至第二道法兰后，由HPE液压垂直插入 机抱紧钢管柱，并复测钢管柱垂直度，满 足要求后在钢管柱的下部安装一个位移传 感器。开始下放钢管柱时，由于钢管柱的 自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度。 当浮力大于钢管柱重量后，由HPE液压垂直 插入机将钢管柱抱紧，由液压插入装置的 液压下压力将钢管柱下压插入孔内。当插 至混凝土顶面后，重新复测钢管柱垂直度， 此时可根据钢管柱下部安装的位移传感器 反映到地面电脑上的信号来检测钢管柱的 图3-2-2 杭州地铁1号线武林广 垂直度，满足垂直度要求后继续下压将钢 场站钢管柱安装施工过程中 管柱插入至混凝土中。如不符合要求可调 整HPE液压垂直插入机的水平度直至钢管柱 垂直度满足要求。 延边大学 工学院 结构工程学科
3.3.3 调整HPE液压垂直插入机水平度
就位对中后，HPE液压垂直插入机械可手动、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钢管柱入孔。
3.3.4 吊装钢管柱
对于长度较长的钢管柱，为保证吊装时 不产生变形、弯曲，一般采用二台吊车多点 抬吊，将钢管柱垂直缓慢放入HPE液压垂直插 入机上。
3.4.1 安全性高 HPE液压垂直插入钢管柱工法无需人工下孔作业，首先在很大程度上降 低了安全风险。 3.4.2 保证钢管柱的垂直度，质量可靠 HPE液压垂直插入机施工过程中完全机械化作业，减少了人为因素，将 钢管柱插至混凝土顶面后，可以根据钢管柱下部安装的位移传感器反 映到电脑上的信号来检测钢管柱的垂直度，保证插入钢管柱的垂直度 符合要求，垂直度可达1/500～1/1200，保证了施工质量。在杭州地铁 1号线武林广场站钢管柱安装工程中，本公司对部分钢管柱开挖检测， 检测结果显示钢管柱偏位值都控制在1/500以内。
图-1 HPE液压垂直插入机（专利设备）
Hydraulic Pressure液压
延边大学 工学院 结构工程学科
改装后
垂直液压装置
传统液压全回转套管机
液压定位器 液压垂直插入装置
液压定位器 垂直调校装置
液压垂直插入装置
水平调节器 水平调节器
改 装 后 的 液 压 全 回 转 套 管 机
孔口定位器
二、HPE液压垂直插入钢管柱工法的介绍
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二、HPE液压垂直插入钢管柱工法的介绍
Embed在某一基础上插入 2.1 HPE液压垂直插入钢管柱工法的原理 Perpendicular垂直
该施工方法根据二点定位的原 理，通过HPE液压垂直插入机机身 上的两个液压垂直插入装置，在 支承桩混凝土浇筑后、混凝土初 凝前将底端封闭的永久性钢管柱 垂直插入支承桩混凝土中，直到 插入至设计标高。
三、工程案例
3.3.6 重力平衡
钢管柱插入混凝土后，因钢管柱底部封闭，会产生较大的浮力。为确保 HPE液压垂直插入机在混凝土终凝前液压定位器放松后不使钢管柱上浮，必须 进行重力平衡，通过计算浮力大小可在钢管柱内下钢筋笼、加水等方法进行 重力平衡。
3.3.7 钢管柱孔口固定
重力平衡后对钢管柱上口进行定位， 根据已放出的桩位中心与钢管柱中心 吻合，用槽钢将钢管柱固定在工作平 台上，并要牢固防止钢管柱偏位。
三、工程案例
3.4.3 提高钢管柱安装施工效率，缩短施工工期 HPE液压垂直插入钢管柱工法由先进的施工设备施工，较之常规 的施工工艺，施工流程简单，施工速度快，平均完成单根钢管柱安装 时间10～20小时，单根钢管柱安装的施工工期缩短了70%以上。 3.4.4 节约能源，降低投资成本 HPE液压垂直插入钢管柱工法大量减少了施工材料和人工的投入， 如施工中不需长钢护筒护壁，也不用人工埋设定位器等，因而降低了 投资成本30%以上，具有广阔的实用价值和应用前景。
3.3.10 钢管柱四周回填砂石并排浆
当混凝土达到一天强度后，用黄砂或碎石填充钢管柱四周至柱顶，并将孔内 泥浆排除。
3.3.11 拆除工具柱并回填孔口、拔除钢护筒
当回填至柱顶标高后即可拆除工具柱，并回填砂石至孔口、拔除钢护筒。
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三、工程案例
3.4 HPE液压垂直插入钢管柱工法的优点
图-2
HPE液压垂直插入机结构图
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.1 工程概况
杭州地铁一号线武林广场站总建筑面：24235.63m2 为地下三层和四层多跨框架结构 采用盖挖逆作法施工
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.2 施工流程图
8m 8m孔口钢护筒埋设 孔口钢护筒埋设 AM AM桩施工 桩施工 套管机定位 钢管柱吊装至套管机内 钢管柱对中 抽干泥浆
回填砂 套管机移位
吊放钢管柱钢筋笼 钢护筒拔出 浇筑混凝土 钢护筒拔出
垂直插入
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三、工程案例
3.3 施工方法及步骤
3.3.1 浇筑基础桩混凝土
考虑插入钢管柱的需要，基础桩的混凝土需要一定的缓凝时间，缓凝时 间不应小于混凝土运输时间、浇筑时间、HPE插入机就位时间、插入时间的 总和。按常规情况考虑：混凝土运输时间按1小时计算，混凝土灌注时间按 3-4小时计算，HPE液压垂直插入机就位时间按2小时计算，插入钢管柱时间 按5-6小时计算，合计混凝土缓凝时间不应少于13小时。
延边大学 工学院 结构工程学科
一、研究背景
逆作法施工是在基坑内施作中间支承桩，支承桩一般采用钻孔灌 注桩。灌注桩浇筑至基坑底标高后，在支承桩顶安装一根逆作施工的 支承上部施工荷载的永久性钢管柱。常规的钢管柱安装是在支承桩混 凝土灌注前安装一个与支承桩直径相同的钢套管，等浇筑的支承桩混 凝土达到70%强度后，抽除钢套管内泥浆，采用人工下孔破除桩顶混 凝土至永久性钢管柱底标高，定位器安装完毕再安装钢管柱。该施工 方法施工周期长、工序复杂，且施工过程中工人要下到孔底进行混凝 土的凿除及定位器安装，存在诸多不安全因素，单根钢管柱施工周期 长达10～20天，施工成本也较高，存在一定的局限性。
谢谢~
3.3.2 HPE液压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液压垂直插入机的液压定位器中心与基础桩位中心在同一 垂直线上，然后吊装HPE液压垂直插入机就位，HPE液压垂直插入机根据定 位器就位对中。
延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
逆作法钢管柱定位安装新工艺— —HPE液压垂直插入钢管柱工法
研究生：周鑫 指导教师：方光秀 时间：2014.4.15
一、研究背景
逆作法基础桩与钢管柱连接施工技术现状
由于我国土地资源日益紧张，城市高层建筑及轨道交通建设的高速发 展，地下空间开发工程也在不断增长，规模逐渐扩大。据2008年初步 统计，我国已建成高层建筑面积累计超过1.3亿平方米，高度100m以 上的超高层建筑超过200幢，高层建筑最深的地下室基坑为6层、深度 -26.2m。目前，国内已开挖的工业建筑基坑最深达37.4m。在国外， 地下室基坑已达13层，深度超过50m。深基坑支护施工方法很多，其 中，近几年在我国新型基坑支护技术普遍采用逆作法，尤其是广泛用 于高层建筑多层地下室和轨道交通地下车站等多层地下结构的施工， 特别是近年来我国客运专线与城市轨道交通共用的交通枢纽工程，地 下空间多为负3至4层，深度一般为-25m至-32m，基本都采用逆作法施 工。
图3-3-7 钢管柱孔口固 定示意图 延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.3.8 HPE液压垂直插入机移位
钢管柱固定完成后，HPE液压垂直插入机上液压定位器放松，用吊车将HPE液 压垂直插入机吊出、移位。
3.3.9 钢管柱内浇筑钢筋混凝土
因钢管柱采用槽钢固定在工作平台上，钢管柱安装完成即可进行钢管柱内的 混凝土浇筑，固定钢管柱的槽钢需满足钢管柱内混凝土的重量，钢管柱内的 混凝土采用水下灌注。
四、参考文献
[1]杨学林，周平槐.“逆作法”基坑竖向支承系统设计研究[J].建 筑结构，2012（8） [2]邱闽文，姚刚.高层建筑地下室结构施工的逆作法研究与应用[D]. 重庆大学，2003 [3]仇航.HPE工法垂直插入钢管柱施工工艺及监理控制要百度文库[J].建设 监理，2010(4) [4]刘新管.HPE工法在杭州地铁武林广场站施工中的应用[J].山西建 筑，2012（5）
图4-钢管柱吊装 延边大学 工学院 结构工程学科
三、工程案例
3.3.5 HPE液压垂直插入机插入钢管柱
钢管柱吊放至HPE液压垂直插入机内，下入 孔内至第二道法兰后，由HPE液压垂直插入 机抱紧钢管柱，并复测钢管柱垂直度，满 足要求后在钢管柱的下部安装一个位移传 感器。开始下放钢管柱时，由于钢管柱的 自重，钢管柱能自由下入孔内一定深度。 当浮力大于钢管柱重量后，由HPE液压垂直 插入机将钢管柱抱紧，由液压插入装置的 液压下压力将钢管柱下压插入孔内。当插 至混凝土顶面后，重新复测钢管柱垂直度， 此时可根据钢管柱下部安装的位移传感器 反映到地面电脑上的信号来检测钢管柱的 图3-2-2 杭州地铁1号线武林广 垂直度，满足垂直度要求后继续下压将钢 场站钢管柱安装施工过程中 管柱插入至混凝土中。如不符合要求可调 整HPE液压垂直插入机的水平度直至钢管柱 垂直度满足要求。 延边大学 工学院 结构工程学科
3.3.3 调整HPE液压垂直插入机水平度
就位对中后，HPE液压垂直插入机械可手动、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钢管柱入孔。
3.3.4 吊装钢管柱
对于长度较长的钢管柱，为保证吊装时 不产生变形、弯曲，一般采用二台吊车多点 抬吊，将钢管柱垂直缓慢放入HPE液压垂直插 入机上。
3.4.1 安全性高 HPE液压垂直插入钢管柱工法无需人工下孔作业，首先在很大程度上降 低了安全风险。 3.4.2 保证钢管柱的垂直度，质量可靠 HPE液压垂直插入机施工过程中完全机械化作业，减少了人为因素，将 钢管柱插至混凝土顶面后，可以根据钢管柱下部安装的位移传感器反 映到电脑上的信号来检测钢管柱的垂直度，保证插入钢管柱的垂直度 符合要求，垂直度可达1/500～1/1200，保证了施工质量。在杭州地铁 1号线武林广场站钢管柱安装工程中，本公司对部分钢管柱开挖检测， 检测结果显示钢管柱偏位值都控制在1/500以内。
图-1 HPE液压垂直插入机（专利设备）
Hydraulic Pressure液压
延边大学 工学院 结构工程学科
改装后
垂直液压装置
传统液压全回转套管机
液压定位器 液压垂直插入装置
液压定位器 垂直调校装置
液压垂直插入装置
水平调节器 水平调节器
改 装 后 的 液 压 全 回 转 套 管 机
孔口定位器
二、HPE液压垂直插入钢管柱工法的介绍