逆作法鋼管柱定位安裝新工藝——HPE液壓垂直插入鋼管柱工法

1、逆作法鋼管柱定位安裝新工藝 HPE液壓垂直插入鋼管柱工法 研究生：周鑫 指導(dǎo)教師：方光秀 時(shí)間：2014.4.15 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 一、研究背景 逆作法基礎(chǔ)樁與鋼管柱連接施工技術(shù)現(xiàn)狀 由于我國(guó)土地資源日益緊張，城市高層建筑及軌道交通建設(shè)的高速發(fā)由于我國(guó)土地資源日益緊張，城市高層建筑及軌道交通建設(shè)的高速發(fā) 展，地下空間開發(fā)工程也在不斷增長(zhǎng)，規(guī)模逐漸擴(kuò)大。據(jù)展，地下空間開發(fā)工程也在不斷增長(zhǎng)，規(guī)模逐漸擴(kuò)大。據(jù)20082008年初步年初步 統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成高層建筑面積累計(jì)超過(guò)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成高層建筑面積累計(jì)超過(guò)1.31.3億平方米，高度億平方米，高度100m1

2、00m以以 上的超高層建筑超過(guò)上的超高層建筑超過(guò)200200幢，高層建筑最深的地下室基坑為幢，高層建筑最深的地下室基坑為6 6層、深度層、深度 -26.2m-26.2m。目前，國(guó)內(nèi)已開挖的工業(yè)建筑基坑最深達(dá)。目前，國(guó)內(nèi)已開挖的工業(yè)建筑基坑最深達(dá)37.4m37.4m。在國(guó)外，。在國(guó)外， 地下室基坑已達(dá)地下室基坑已達(dá)1313層，深度超過(guò)層，深度超過(guò)50m50m。深基坑支護(hù)施工方法很多，其。深基坑支護(hù)施工方法很多，其 中，近幾年在我國(guó)新型基坑支護(hù)技術(shù)普遍采用逆作法，尤其是廣泛用中，近幾年在我國(guó)新型基坑支護(hù)技術(shù)普遍采用逆作法，尤其是廣泛用 于高層建筑多層地下室和軌道交通地下車站等多層地下結(jié)構(gòu)的施工，于

3、高層建筑多層地下室和軌道交通地下車站等多層地下結(jié)構(gòu)的施工， 特別是近年來(lái)我國(guó)客運(yùn)專線與城市軌道交通共用的交通樞紐工程，地特別是近年來(lái)我國(guó)客運(yùn)專線與城市軌道交通共用的交通樞紐工程，地 下空間多為負(fù)下空間多為負(fù)3 3至至4 4層，深度一般為層，深度一般為-25m-25m至至-32m-32m，基本都采用逆作法施，基本都采用逆作法施 工。工。 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 逆作法施工是在基坑內(nèi)施作中間支承樁，支承樁一般采用鉆孔灌逆作法施工是在基坑內(nèi)施作中間支承樁，支承樁一般采用鉆孔灌 注樁。灌注樁澆筑至基坑底標(biāo)高后，在支承樁頂安裝一根逆作施工的注樁。灌注樁澆筑至基坑底標(biāo)高后

4、，在支承樁頂安裝一根逆作施工的 支承上部施工荷載的永久性鋼管柱。常規(guī)的鋼管柱安裝是在支承樁混支承上部施工荷載的永久性鋼管柱。常規(guī)的鋼管柱安裝是在支承樁混 凝土灌注前安裝一個(gè)與支承樁直徑相同的鋼套管，等澆筑的支承樁混凝土灌注前安裝一個(gè)與支承樁直徑相同的鋼套管，等澆筑的支承樁混 凝土達(dá)到凝土達(dá)到70%70%強(qiáng)度后，抽除鋼套管內(nèi)泥漿，采用人工下孔破除樁頂混強(qiáng)度后，抽除鋼套管內(nèi)泥漿，采用人工下孔破除樁頂混 凝土至永久性鋼管柱底標(biāo)高，定位器安裝完畢再安裝鋼管柱。該施工凝土至永久性鋼管柱底標(biāo)高，定位器安裝完畢再安裝鋼管柱。該施工 方法施工周期長(zhǎng)、工序復(fù)雜，且施工過(guò)程中工人要下到孔底進(jìn)行混凝方法施工周期長(zhǎng)、

5、工序復(fù)雜，且施工過(guò)程中工人要下到孔底進(jìn)行混凝 土的鑿除及定位器安裝，存在諸多不安全因素，單根鋼管柱施工周期土的鑿除及定位器安裝，存在諸多不安全因素，單根鋼管柱施工周期 長(zhǎng)達(dá)長(zhǎng)達(dá)10102020天，施工成本也較高，存在一定的局限性。天，施工成本也較高，存在一定的局限性。 一、研究背景 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 二、HPE液壓垂直插入鋼管柱工法的介紹 圖圖- -1 1 HPE HPE液壓垂直插入機(jī)液壓垂直插入機(jī)（專利設(shè)備）（專利設(shè)備） Hydraulic PressureHydraulic Pressure液壓液壓 PerpendicularPerpendicula

6、r垂直垂直 EmbedEmbed在某一基礎(chǔ)上插入在某一基礎(chǔ)上插入 2.1 HPE液壓垂直插入鋼管柱工法的原理 該施工方法根據(jù)該施工方法根據(jù)二點(diǎn)定位二點(diǎn)定位的原的原 理，通過(guò)理，通過(guò)HPEHPE液壓垂直插入機(jī)機(jī)身液壓垂直插入機(jī)機(jī)身 上的兩個(gè)液壓垂直插入裝置，在上的兩個(gè)液壓垂直插入裝置，在 支承樁混凝土澆筑后、混凝土初支承樁混凝土澆筑后、混凝土初 凝前將底端封閉的永久性鋼管柱凝前將底端封閉的永久性鋼管柱 垂直插入支承樁混凝土中，直到垂直插入支承樁混凝土中，直到 插入至設(shè)計(jì)標(biāo)高。插入至設(shè)計(jì)標(biāo)高。 液 壓 定 位 器 垂 直 調(diào) 校 裝 置 孔 口 定 位 器 液 壓 垂 直 插 入 裝 置 水 平

7、調(diào) 節(jié) 器 液 壓 垂 直 插 入 裝 置 水 平 調(diào) 節(jié) 器 液 壓 定 位 器 傳統(tǒng)液壓全回轉(zhuǎn)套管機(jī)傳統(tǒng)液壓全回轉(zhuǎn)套管機(jī) 改裝后改裝后垂直液壓裝置垂直液壓裝置 改裝后的液壓全回轉(zhuǎn)套管機(jī) 改裝后的液壓全回轉(zhuǎn)套管機(jī) 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 二、HPE液壓垂直插入鋼管柱工法的介紹 圖圖-2-2 HPE HPE液壓垂直插入機(jī)結(jié)構(gòu)圖液壓垂直插入機(jī)結(jié)構(gòu)圖 鋼管柱垂直吊起到液壓插入鋼管柱垂直吊起到液壓插入 機(jī)上，由液壓插入機(jī)將鋼管柱機(jī)上，由液壓插入機(jī)將鋼管柱 抱緊，同時(shí)復(fù)測(cè)鋼管柱的垂直抱緊，同時(shí)復(fù)測(cè)鋼管柱的垂直 度。然后由上下兩個(gè)液壓垂直度。然后由上下兩個(gè)液壓垂直 插入

8、裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)其向插入裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)其向 下壓力將鋼管柱垂直向下插入，下壓力將鋼管柱垂直向下插入， 液壓定位器將鋼管柱抱緊后，液壓定位器將鋼管柱抱緊后， 按照從下到上的順序依次松開按照從下到上的順序依次松開 液壓定位器，再由兩個(gè)液壓垂液壓定位器，再由兩個(gè)液壓垂 直插入裝置同時(shí)將鋼管柱向下直插入裝置同時(shí)將鋼管柱向下 插入，重復(fù)上述步驟，直至插插入，重復(fù)上述步驟，直至插 入到設(shè)計(jì)深度要求。該工法適入到設(shè)計(jì)深度要求。該工法適 用于任何基坑鋼管柱的安裝施用于任何基坑鋼管柱的安裝施 工。工。 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 三、工程案例 l杭州地鐵一號(hào)線武林廣場(chǎng)站總建筑

9、面：24235.63m2 l為地下三層和四層多跨框架結(jié)構(gòu) l采用蓋挖逆作法施工 3.1 工程概況 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 三、工程案例 3.2 施工流程圖 8m8m孔口鋼護(hù)筒埋設(shè)孔口鋼護(hù)筒埋設(shè) AMAM樁施工樁施工 套管機(jī)定位套管機(jī)定位 鋼管柱吊裝至套管機(jī)內(nèi)鋼管柱吊裝至套管機(jī)內(nèi) 鋼管柱對(duì)中鋼管柱對(duì)中 垂直插入垂直插入 抽干泥漿抽干泥漿 回填砂回填砂 套管機(jī)移位套管機(jī)移位 吊放鋼管柱鋼筋籠吊放鋼管柱鋼筋籠 鋼護(hù)筒拔出鋼護(hù)筒拔出澆筑混凝土澆筑混凝土 鋼護(hù)筒拔出鋼護(hù)筒拔出 8m8m孔口鋼護(hù)筒埋設(shè)孔口鋼護(hù)筒埋設(shè) AMAM樁施工樁施工 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)

10、構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 3.3 施工方法及步驟 三、工程案例 3.3.1 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)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、間不應(yīng)小于混凝土運(yùn)輸時(shí)間、澆筑時(shí)間、HPEHPE插入機(jī)就位時(shí)間、插入時(shí)間的插入機(jī)就位時(shí)間、插入時(shí)間的 總和。按常規(guī)情況考慮：混凝土運(yùn)輸時(shí)間按總和。按常規(guī)情況考慮：混凝土運(yùn)輸時(shí)間按1 1小時(shí)計(jì)算，混凝土灌注時(shí)間按小時(shí)計(jì)算，混凝土灌注時(shí)間按 3-43-4小時(shí)計(jì)算，小時(shí)計(jì)算，HPEHPE液壓垂直插入機(jī)就位時(shí)間按液壓垂直插入機(jī)就位時(shí)間按2 2小時(shí)計(jì)算，

11、插入鋼管柱時(shí)間小時(shí)計(jì)算，插入鋼管柱時(shí)間 按按5-65-6小時(shí)計(jì)算，合計(jì)混凝土緩凝時(shí)間不應(yīng)少于小時(shí)計(jì)算，合計(jì)混凝土緩凝時(shí)間不應(yīng)少于1313小時(shí)。小時(shí)。 3.3.2 HPE液壓垂直插入機(jī)就位對(duì)中 混凝土灌注完成后，重新放出樁位中心，并將十字線標(biāo)記在護(hù)筒上。復(fù)混凝土灌注完成后，重新放出樁位中心，并將十字線標(biāo)記在護(hù)筒上。復(fù) 核樁位后，將核樁位后，將HPEHPE液壓垂直插入機(jī)的液壓定位器中心與基礎(chǔ)樁位中心在同一液壓垂直插入機(jī)的液壓定位器中心與基礎(chǔ)樁位中心在同一 垂直線上，然后吊裝垂直線上，然后吊裝HPEHPE液壓垂直插入機(jī)就位，液壓垂直插入機(jī)就位，HPEHPE液壓垂直插入機(jī)根據(jù)定液壓垂直插入機(jī)根據(jù)定 位

12、器就位對(duì)中。位器就位對(duì)中。 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 3.3.3 調(diào)整HPE液壓垂直插入機(jī)水平度 就位對(duì)中后，就位對(duì)中后，HPEHPE液壓垂直插入機(jī)械可手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)整水平度，并重新液壓垂直插入機(jī)械可手動(dòng)、自動(dòng)調(diào)整水平度，并重新 復(fù)核中心位置，滿足要求后即可吊裝鋼管柱入孔。復(fù)核中心位置，滿足要求后即可吊裝鋼管柱入孔。 3.3.4 吊裝鋼管柱 對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的鋼管柱，為保證吊裝時(shí)對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)的鋼管柱，為保證吊裝時(shí) 不產(chǎn)生變形、彎曲，一般采用二臺(tái)吊車多點(diǎn)不產(chǎn)生變形、彎曲，一般采用二臺(tái)吊車多點(diǎn) 抬吊，將鋼管柱垂直緩慢放入抬吊，將鋼管柱垂直緩慢放入HPEHPE液壓垂直插液壓

13、垂直插 入機(jī)上。入機(jī)上。 圖圖4-4-鋼管柱吊裝鋼管柱吊裝 三、工程案例 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 3.3.5 HPE液壓垂直插入機(jī)插入鋼管柱 鋼管柱吊放至鋼管柱吊放至HPEHPE液壓垂直插入機(jī)內(nèi)，下入液壓垂直插入機(jī)內(nèi)，下入 孔內(nèi)至第二道法蘭后，由孔內(nèi)至第二道法蘭后，由HPEHPE液壓垂直插入液壓垂直插入 機(jī)抱緊鋼管柱，并復(fù)測(cè)鋼管柱垂直度，滿機(jī)抱緊鋼管柱，并復(fù)測(cè)鋼管柱垂直度，滿 足要求后在鋼管柱的下部安裝一個(gè)位移傳足要求后在鋼管柱的下部安裝一個(gè)位移傳 感器。開始下放鋼管柱時(shí)，由于鋼管柱的感器。開始下放鋼管柱時(shí)，由于鋼管柱的 自重，鋼管柱能自由下入孔內(nèi)一定深度。自

14、重，鋼管柱能自由下入孔內(nèi)一定深度。 當(dāng)浮力大于鋼管柱重量后，由當(dāng)浮力大于鋼管柱重量后，由HPEHPE液壓垂直液壓垂直 插入機(jī)將鋼管柱抱緊，由液壓插入裝置的插入機(jī)將鋼管柱抱緊，由液壓插入裝置的 液壓下壓力將鋼管柱下壓插入孔內(nèi)。當(dāng)插液壓下壓力將鋼管柱下壓插入孔內(nèi)。當(dāng)插 至混凝土頂面后，重新復(fù)測(cè)鋼管柱垂直度，至混凝土頂面后，重新復(fù)測(cè)鋼管柱垂直度， 此時(shí)可根據(jù)鋼管柱下部安裝的位移傳感器此時(shí)可根據(jù)鋼管柱下部安裝的位移傳感器 反映到地面電腦上的信號(hào)來(lái)檢測(cè)鋼管柱的反映到地面電腦上的信號(hào)來(lái)檢測(cè)鋼管柱的 垂直度，滿足垂直度要求后繼續(xù)下壓將鋼垂直度，滿足垂直度要求后繼續(xù)下壓將鋼 管柱插入至混凝土中。如不符合要求可

15、調(diào)管柱插入至混凝土中。如不符合要求可調(diào) 整整HPEHPE液壓垂直插入機(jī)的水平度直至鋼管柱液壓垂直插入機(jī)的水平度直至鋼管柱 垂直度滿足要求。垂直度滿足要求。 三、工程案例 圖圖3-2-2 3-2-2 杭州地鐵杭州地鐵1 1號(hào)線武林廣號(hào)線武林廣 場(chǎng)站鋼管柱安裝施工過(guò)程中場(chǎng)站鋼管柱安裝施工過(guò)程中 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 三、工程案例 3.3.6 重力平衡 鋼管柱插入混凝土后，因鋼管柱底部封閉，會(huì)產(chǎn)生較大的浮力。為確保鋼管柱插入混凝土后，因鋼管柱底部封閉，會(huì)產(chǎn)生較大的浮力。為確保 HPEHPE液壓垂直插入機(jī)在混凝土終凝前液壓定位器放松后不使鋼管柱上浮，必須液壓垂直插入

16、機(jī)在混凝土終凝前液壓定位器放松后不使鋼管柱上浮，必須 進(jìn)行重力平衡，通過(guò)計(jì)算浮力大小可在鋼管柱內(nèi)下鋼筋籠、加水等方法進(jìn)行進(jìn)行重力平衡，通過(guò)計(jì)算浮力大小可在鋼管柱內(nèi)下鋼筋籠、加水等方法進(jìn)行 重力平衡。重力平衡。 3.3.7 鋼管柱孔口固定 重力平衡后對(duì)鋼管柱上口進(jìn)行定位，重力平衡后對(duì)鋼管柱上口進(jìn)行定位， 根據(jù)已放出的樁位中心與鋼管柱中心吻根據(jù)已放出的樁位中心與鋼管柱中心吻 合，用槽鋼將鋼管柱固定在工作平臺(tái)上，合，用槽鋼將鋼管柱固定在工作平臺(tái)上， 并要牢固防止鋼管柱偏位。并要牢固防止鋼管柱偏位。 圖圖3-3-3 3- -7 7 鋼管柱孔口固鋼管柱孔口固 定示意圖定示意圖 延邊大學(xué)延邊大學(xué) 工學(xué)院工

17、學(xué)院 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科結(jié)構(gòu)工程學(xué)科 三、工程案例 3.3.8 HPE液壓垂直插入機(jī)移位 鋼管柱固定完成后，鋼管柱固定完成后，HPEHPE液壓垂直插入機(jī)上液壓定位器放松，用吊車將液壓垂直插入機(jī)上液壓定位器放松，用吊車將HPEHPE液液 壓垂直插入機(jī)吊出、移位。壓垂直插入機(jī)吊出、移位。 3.3.9 鋼管柱內(nèi)澆筑鋼筋混凝土 因鋼管柱采用槽鋼固定在工作平臺(tái)上，鋼管柱安裝完成即可進(jìn)行鋼管柱內(nèi)的因鋼管柱采用槽鋼固定在工作平臺(tái)上，鋼管柱安裝完成即可進(jìn)行鋼管柱內(nèi)的 混凝土澆筑，固定鋼管柱的槽鋼需滿足鋼管柱內(nèi)混凝土的重量，鋼管柱內(nèi)的混凝土澆筑，固定鋼管柱的槽鋼需滿足鋼管柱內(nèi)混凝土的重量，鋼管柱內(nèi)的 混凝土采用水下灌

18、注?；炷敛捎盟鹿嘧?。 3.3.10 鋼管柱四周回填砂石并排漿 當(dāng)混凝土達(dá)到一天強(qiáng)度后，用黃砂或碎石填充鋼管柱四周至柱頂，并將孔內(nèi)當(dāng)混凝土達(dá)到一天強(qiáng)度后，用黃砂或碎石填充鋼管柱四周至柱頂，并將孔內(nèi) 泥漿排除。泥漿排除。 3.3.11 拆除工具柱并回填孔口、拔除鋼護(hù)筒 當(dāng)回填至柱頂標(biāo)高后即可拆除工具柱，并回填砂石至孔口、拔除鋼護(hù)筒。當(dāng)回填至柱頂標(biāo)高后即可拆除工具柱，并回填砂石至孔口、拔除鋼護(hù)筒。 3.4 HPE液壓垂直插入鋼管柱工法的優(yōu)點(diǎn) 3.4.1 安全性高 HPEHPE液壓垂直插入鋼管柱工法無(wú)需人工下孔作業(yè)，首先在很大程度上降液壓垂直插入鋼管柱工法無(wú)需人工下孔作業(yè)，首先在很大程度上降 低了

19、安全風(fēng)險(xiǎn)。低了安全風(fēng)險(xiǎn)。 3.4.2 保證鋼管柱的垂直度，質(zhì)量可靠 HPEHPE液壓垂直插入機(jī)施工過(guò)程中完全機(jī)械化作業(yè)，減少了人為因素，將液壓垂直插入機(jī)施工過(guò)程中完全機(jī)械化作業(yè)，減少了人為因素，將 鋼管柱插至混凝土頂面后，可以根據(jù)鋼管柱下部安裝的位移傳感器反鋼管柱插至混凝土頂面后，可以根據(jù)鋼管柱下部安裝的位移傳感器反 映到電腦上的信號(hào)來(lái)檢測(cè)鋼管柱的垂直度，保證插入鋼管柱的垂直度映到電腦上的信號(hào)來(lái)檢測(cè)鋼管柱的垂直度，保證插入鋼管柱的垂直度 符合要求，垂直度可達(dá)符合要求，垂直度可達(dá)1/5001/5001/12001/1200，保證了施工質(zhì)量。在杭州地鐵，保證了施工質(zhì)量。在杭州地鐵 1 1號(hào)線武林廣場(chǎng)站鋼管柱安裝工程中，本公司對(duì)部分鋼管柱開挖檢測(cè)，號(hào)線武林廣場(chǎng)站鋼管柱安裝工程中，本公司對(duì)部分鋼管柱開挖檢測(cè)， 檢測(cè)結(jié)果顯示鋼管柱偏位值都控制在檢測(cè)結(jié)果顯示鋼管柱偏位值都控制在1/5001/500以內(nèi)。以內(nèi)。 三、工程案例 3.4.3 提高鋼管柱安裝施工效率，縮短施工工期 HPE HPE液壓垂直插入鋼管柱工法由先進(jìn)的施工設(shè)備施工，較之常規(guī)的液壓垂直插入鋼管柱工法由先進(jìn)的施工設(shè)備施工，較之常規(guī)的 施工工