“钢管柱液压垂直插入技术”在大型盖挖逆作地铁车站中的应用

“钢管柱液压垂直插入技术”在大型盖挖逆作地铁车站中的应用 摘要：大型地铁盖挖逆作车站施工中，安全、快速、高精度施工车站结构支撑桩柱（钢管柱）成为工程成败的关键。液压垂直插入法施工钢管柱具有操作简单，安全便捷、定位准确，经济高效等诸多优点，通过在石家庄轨道交通1号线人民广场站的实际应用，取得了较好施工效果。本文就应用过程中的技术控制要点进行了研究和总结，拟为类似工程提供参考。 关键词：盖挖逆作车站；钢管柱；液压垂直插入技术 1.前言 盖挖逆作法是一项近几年发展起来的地铁车站施工工法，该工法在解决城市交通繁华地段的占道、工程周边建（构）筑物拆迁不易实施、深基坑作业的安全问题以及降低施工临时支护成本与最大化单位土地的经济利用等方面取得了较好效果，其竖向支撑桩柱不仅是结构土方开挖过程中盖板的支撑立柱，也是车站成型后结构内部的永久支撑立柱，采用桩柱一体化施工。因此安全、快速、高精度施工车站结构支撑桩柱（钢管柱）成为工程成败的关键。 2.工程背景 石家庄轨道交通1号线05标段人民广场站位于石家庄市中山东路和建设大街十字路口处，为1、2号线同期实施的换乘车站，呈L型布置，采用盖挖逆作法施工。该站由1号线车站、2号线车站、商业开发区三部分组成，是整条线中规模和难度最大的车站。1、2号线车站标准断面均为两柱三跨矩形框架结构，其中1号线底板埋深18.5m，为双层结构、2号线底板埋深25.7m，为三层结构；商业开发区为两层矩形框架结构，底板埋深18.9m。车站结构采用一桩一柱作为结构的竖向支承体系，其中底板下采用L=26m和23m、1800mm钻孔灌注桩作为支承桩，其上安装800mm钢管柱作为车站结构的永久柱；钻孔灌注桩和钢管柱竖向同轴。整个车站共计桩柱208根。车站站体主要穿越粉质粘土层、粉细砂、细中砂层，地质条件较好。地下水位位于车站底板以下，施工期间无需降水。 3.施工中存在的问题 人民广场站为石家庄地铁1号线控制性工程，其规模最大、难度最高。整个车站分六期导边施工，且关门工期已经卡死，但总开工及分期开工节点受管线迁改及交通疏解制约，施工进度极不可控，工期压力巨大。车站盖挖施工中，桩柱一体化施工成为工程的关键线路，因此采用先进、高效的桩柱一体施工技术以缩短施工工期尤为重要和必要。 4.主要施工方法和技术措施 4.1主要施工方法 钢管柱在加工厂拼装成整节后运至现场。旋挖钻机成孔，采用HPE插管机进行钢管柱插管安装。通过高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。 4.2技术措施 插入过程中，通过电子传感器对钢管柱垂直度进行检测，并随时对其垂直度进行调整，直至钢管桩垂直度满足设计要求。 5.施工工艺流程及施工要点 5.1施工工艺流程 总体施工工艺流程：桩位放线定位旋挖钻机成孔吊放钢筋笼灌注混凝土旋挖钻机移位HPE插管机定位起吊钢管柱将钢管柱垂直放入HPE插管机内HPE插管机下压钢管柱钢管柱垂直压入到位固定钢管柱初凝后钢管柱外回填砂桩混凝土初凝后24小时拆除HPE插管机割除工具柱安装柱内钢筋笼灌注C50混凝土。 5.2中间桩柱施工操作流程和要点 中间桩柱施工重点在于旋挖钻机成孔垂直度、沉渣控制、钢管柱安装垂直度、标高几个方面。 5.2.1钢管柱加工 钢管柱的加工采用采取委外加工，选择具备相应资质能力，保证供货质量和速度的加工厂家。批量加工前，提前进行工艺性试验，包括焊缝质量、焊接误差、卷管误差等。 钢管柱所有焊缝的质量等级为一级。所有对接焊缝均要求焊透，并须进行无损探伤。钢管柱加工完成后，通知焊缝检测单位到工厂进行焊缝探伤，合格后方可投入使用。施工单位委托具有相应资料的检测单位对钢管柱进行100%自检。 5.2.2钻孔灌注桩成孔 中间柱基础采用旋挖钻机成孔，膨润土泥浆护壁，施工中应随时测定泥浆比重，其指标控制：1.15-1.2。成孔垂直度对钢管柱安装精度至关重要，旋挖钻机成孔后采用超声波验孔仪进行垂直度检测，检测合格后方可下钢筋笼。垂直度要求：小于0.3%，钻孔中心位置要求：桩位偏差不应大于50mm，以柱中心为基准。 成孔过程中，为保证成孔垂直度及为防止地层变化引起坍孔，除通过钻机自带垂直调节系统调整外，施工中采取的保证护筒埋设质量、成孔过程中慢速均匀钻进、控制泥浆比重和粘度等也不失为控制垂直度的有效措施。 5.2.3钢筋笼制作安装 钢筋笼采用现场加工制作，整体吊装。钢筋笼主筋采用直螺纹套筒机械连接，主筋与螺旋箍筋采用点焊连接，机械接头质量要求符合钢筋机械连接通用技术规程的要求。钢筋笼采用扁担起吊法，起吊点设在距钢筋笼顶部和底部1/3处的加强箍筋与主筋连接部位，吊环与主筋焊接牢固，以保证钢筋笼在起吊时不变形。钢筋笼入孔时，对准孔位徐徐轻放，避免碰撞孔壁。下笼过程中如遇阻，不得强行下入，查明原因处理后继续下笼。 5.2.4钻孔灌注桩混凝土灌注 清孔达标后，用导管进行水下砼灌注成桩。由250mm导管将混凝土导入孔底，提起导管盖后，加速罐车旋转速度，加快放料速度，保证灌注连续进行，导管始终保持在砼内埋深2-3m，随着孔内砼面上升高度，拆卸导管，直至砼面达桩顶设计标高。为配合后续全回转钻机插桩施工，中间基础桩选用C30缓凝混凝土，缓凝时间40个小时。导管应勤提勤拆，防止埋管，一次提管拆管不得超过3m。在灌注过程中，应经常测探测砼的上升高度，保持导管的合理埋深。桩顶浇注高度必须大于设计标高50cm。砼灌注结束时，技术员应实测砼面，确认是否到位，控制好最后一次灌注量。 5.2.5中间柱安装 中间柱安装允许偏差：垂直度小于0.3%H且不大于20mm；平面位置：横向20mm、纵向25mm。 制作直径为0.8米（与钢管柱直径相同）壁厚20mm，长11米的工具柱（主要依据柱顶标高和地面标高最大差值），工具柱与钢管柱现场焊接。 钢管柱在工厂内加工成整节运至现场，在现场钢管柱与工具柱均放在对接平台上进行对接焊接，对接时首先使用千斤顶调整标高，然后采用拉线绳的方法检查钢管柱垂直度，标高和垂直度满足要求后，选用焊接水平较高的焊工进行焊接。焊接完成后确保整体垂直度及焊缝合格。 混凝土灌注完成后，重新放出桩位中心，做出十字线标记。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。 就位对中后，HPE液压垂直插入机械可调整水平度，并重新复核中心位置，满足要求后即可吊装钢管柱入孔。 采用150t和25t吊车二台吊车两点抬吊，将钢管柱垂直缓慢放入HPE液压垂直插入机上。 钢管柱吊放至HPE液压垂直插入机内，下入孔内至楼板节点法兰后，由HPE插管机抱紧钢管柱，使用两台经纬仪从两个方向复测钢管柱垂直度，满足要求后在钢管柱的下部安装一个位移传感器并采集初始值。 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插管机将钢管柱抱紧，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垂直度，满足垂直度要求后继续下压将钢管柱插入至混凝土中。如不符合要求可调整HPE插管机的水平度直至钢管柱垂直度满足要求。调整到位后由测量组复核钢管柱标高，插管完成。 当混凝土达到初凝后，用碎石填充钢管柱四周至柱顶，并将孔内泥浆排除。 当初凝24小时后，可移除HPE插管机，拆除工具柱，进行钢管柱内混凝土灌注施工。 因插管机抱紧装置张开内径所限，无法满足中板及顶板部位抗剪板（块）的提前焊接，所以需在土方开挖至相应部位后焊接，焊接难度较大，对焊工水平要求较高。 5.2.6后注浆 中间桩后压浆采用桩底压浆的形式。桩底压浆在每根桩中预埋3根压浆管，压浆管固定在钢筋笼内侧，随钢筋笼一起安放，混凝土浇筑完成后24h进行冲孔，当桩混凝土浇筑2-7天后可以进行压浆。压浆合格标准：注浆压力超过设计要求且注浆量达到设计值的75%方可结束注浆；注浆压力和注浆总量达到设计值可视为合格。 5.2.7钢管柱柱芯混凝土施工 根据设计图纸，在钢管柱顶端需安装一段钢筋笼，在以后施工盖板结构时，该钢筋笼锚入顶纵梁中，钢管柱柱内混凝土在钢管柱周围回填完成后即开始施工。钢管柱内混凝土采用C50微膨胀混凝土。 5.3钢管柱施工工筹 整个工程施工过程中共采用3台旋挖钻机配合3台插管机进行孔桩及钢管柱施工，经现场实际统计，每套设备平均每天完成1根桩柱的施工（钻孔桩每小时成孔3-4米、下放钢筋笼及浇注砼3小时、钢管柱安装5-7小时），比业主要求的每根桩柱用时节约12小时。 6效果检测 后期车站土方开挖完成后，经现场实测实量，钢管柱平面轴线偏差10-18mm，垂直度偏差2-17mm，满足设计图纸和施工规范要求，效果较好。 7结束语 通过本工程实践表明，钢管柱液压垂直插入技术特别适用于盖挖逆作法车站桩柱一体化中间支撑桩的施工。高液压垂直插入机施工过程中完全机械化作业，减少了人工操作工序，降低了安全风险，安全效益显著。该技术可节约大量的钢护筒和其他辅助材料和设施，利于降低成本，经济效益显著。该技术由先进的施工设备施工，较之常规的施工工艺流程简单，施工速度快，效率高，有利于工期控制，且对繁忙道路交通的不利影响降至最低，社会效益较好。 参考文献： 1张凤龙.HPE地面液压垂直插入钢管柱施工技术J.建筑施工，2011，07：546-549. 2唐剑，付洵.大型地铁车站基坑盖挖逆作中间立柱施工关键技术J.铁道建筑，2011，11：56-58. 3李建旺.HPE工法在天津地下交通枢纽工程施工中的应用J.市政技术，2010，04：92-94.第 8 页 共 8 页