HPE 工法在惠城南站交通樞紐工程中的應(yīng)用

李 霖 黃曉東 奉 勇 關(guān)基燦 奉富強(qiáng)

（1 惠州市正大混凝土有限公司)

(2 科之杰新材料集團(tuán)（廣東）有限公司)

(3 惠州市創(chuàng)興達(dá)建材有限公司）

1 項目簡介

廣汕鐵路惠城南站交通樞紐工程，位于惠州市三棟鎮(zhèn)，路線總長約12.6km，其中橋梁長度約為2.3km、含金山大道南段與沿線道路相交的三座立交，即體育南路立交、明德路立交、宏達(dá)路立交，一座站前落客匝道，以及金山大道南段沿線的三座人行過街天橋、兩座過河箱涵，一座跨河橋。

該交通樞紐及宏達(dá)路地下過街通道位于北廣場及宏達(dá)路下方，地面四層，地下兩層，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。總建筑面積約9.47 萬m2，其中北廣場綜合交通樞紐地下建筑面積約5.48 萬m2，地上建筑面積約3.46 萬m2；宏達(dá)路地下過街通道建筑面積約0.53 萬m2。

2 HPE 工法原理

HPE 工法是通過HPE 液壓垂直插入機(jī)機(jī)身上液壓垂直插入裝置，在工程樁混凝土初凝前，將底端封閉的鋼管柱垂直插入支承樁混凝土中，直到插入至設(shè)計深度。鋼管柱被垂直吊起到液壓插入機(jī)上，固定在液壓插入機(jī)中，然后由上下液壓垂直插入裝置同時驅(qū)動，將鋼管柱垂直向下插入。鋼管柱固定后，按照從下到上的順序依次松開液壓定位器，再由液壓垂直插入裝置同時將鋼管柱向下插入混凝土中。重復(fù)上述步驟，直至插入到設(shè)計深度要求[1]。

3 超緩凝混凝土試驗

3.1 原材料

⑴水泥：水泥采用同一水泥廠商生產(chǎn)的水泥。本工程采用光大P.O42.5R 水泥，28 天抗壓強(qiáng)度49.9MPa，其物理性能見表1。

表1 水泥物理性能

⑵粉煤灰：粉煤灰采用采用F 類Ⅱ級電廠灰，密度為2.46g/㎝3，需水量比95%，28 天活性達(dá)78%。

⑶砂：選用級配良好水洗機(jī)制砂，表觀密度為2720㎏/m3，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量為0.6%，泥塊含量0.2%。

⑷碎石：選用三亞石場碎石，級配良好，粒徑在5～25mm，含泥量不大于1%，表觀密度為2700㎏/m3，含泥量為0.2%，泥塊含量0.1%，壓碎指標(biāo)9.7%。

⑸外加劑：科之杰牌高效減水劑，含固量≥15%，混凝土減水率≥25%。

⑹混凝土緩凝劑：科之杰牌混凝土緩凝劑，含固量9%。

⑺阻銹劑：采用符合標(biāo)準(zhǔn)的阻銹劑。

⑻水：本項目采用自來水。

3.2 配合比設(shè)計及性能

根據(jù)現(xiàn)有的C40 水下混凝土配合比，調(diào)整凝結(jié)時間達(dá)到初凝不小于36 小時，采取的方式是外摻混凝土外加劑中的緩凝劑，采取這種方式的優(yōu)點是能根據(jù)實際天氣和氣溫進(jìn)行調(diào)整用量，也能根據(jù)工程樁的施工時間來進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到合適的凝結(jié)時間，以滿足實際施工需要。經(jīng)過大量試配驗證，最終確定配合比，達(dá)到了設(shè)計要求?；炷僚浜媳燃靶阅芤姳?、表3。

表2 混凝土配合比

表3 混凝土性能

3.3 試驗難點分析及對應(yīng)措施

3.3.1 凝結(jié)時間長導(dǎo)致的混凝土表面滯后泌水問題

初凝時間不小于36 小時的超緩凝混凝土，需要控制混凝土的滯后泌水及坍落度反增情況。該試驗也曾出現(xiàn)滯后泌水問題，而且泌水時間點在混凝土出機(jī)兩個小時后，且是以散點分布的泌水，此時混凝土表面已經(jīng)結(jié)皮，但是仍有泌水情況出現(xiàn)。

解決此問題的關(guān)鍵在于混凝土的密實度、保坍性與保水性的平衡?；炷帘砻娼Y(jié)皮后仍泌水，主要時結(jié)皮層以下的自由水基團(tuán)偏多，自由水基團(tuán)沖擊表面結(jié)皮層后通過毛細(xì)通道泌到表面，從而表現(xiàn)為個別散點的泌水。通過大量試驗調(diào)整，以提高混凝土緩凝劑含固量降低摻量，提高外加劑保水劑用量的方式找到這個保坍和保水的平衡點，并且把混凝土用水量降低，增加混凝土的密實度和粘度，從而達(dá)到不泌水的理想狀態(tài)。

3.3.2 緩凝劑內(nèi)摻法與外摻法分別對混凝土控制的差異問題

在試驗初期，先是使用內(nèi)摻法進(jìn)行超緩凝混凝土試驗，效果也比較理想，初凝結(jié)時間能達(dá)到36 小時。但是隨著試驗的進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)內(nèi)摻法進(jìn)行該試驗會出現(xiàn)一個問題，就是摻量的敏感性比較高，當(dāng)混凝土緩凝劑摻量高0.1%～0.2%時，凝結(jié)時間明顯偏長比較多，且泌水的情況頻繁出現(xiàn)。這樣的情況會導(dǎo)致生產(chǎn)上出現(xiàn)一個現(xiàn)象，當(dāng)天氣或者溫度變化導(dǎo)致?lián)搅孔兓瘯r，混凝土的泌水幾率會大幅上升，出現(xiàn)不可控現(xiàn)象。

經(jīng)過試驗分析后，決定采用混凝土緩凝劑外摻法進(jìn)行該試驗。采用這種方式的優(yōu)點在于可調(diào)性強(qiáng)，敏感性低，能根據(jù)天氣、溫度、材料進(jìn)行混凝土緩凝劑的用量調(diào)整，達(dá)到實際施工要求。

3.3.3 試驗?zāi)M施工的環(huán)境條件進(jìn)行凝結(jié)時間的有效測定

由于樁下的水溫不確定，因此在進(jìn)行試驗期間，有效的凝結(jié)時間評價方式是很重要的環(huán)節(jié)。經(jīng)過查閱我國的地溫梯度的分布特征，了解到東南沿海地區(qū)的浙、閩、粵等省區(qū)，地溫梯度多在2.5～3.5℃/100m 間，尤其在沿海地區(qū)的溫州、大浦、廣州一線以東地區(qū)，多為3℃/100m 以上的地溫梯度分布區(qū)。因此了解到底下溫度實際是與空氣中溫度接近，但是水溫會比空氣低。因此采取的模擬方案為在恒溫養(yǎng)護(hù)室內(nèi)，將已成型的試塊覆膜后放進(jìn)水池內(nèi)，因此采取這種評價方式來測定超緩凝混凝土試驗?zāi)Y(jié)時間。

3.3.4 水泥溫度對凝結(jié)時間的影響

試驗熱水泥跟常溫水泥分別對凝結(jié)時間的影響，熱水泥溫度約為60℃。在試驗中，發(fā)現(xiàn)水泥溫度對混凝土外加劑摻量有一定影響，跟常溫水泥相比，普遍存在外加劑摻量偏高情況。因此試驗采用固定混凝土緩凝劑用量情況下，等擴(kuò)展度對比常溫水泥與熱水泥的凝結(jié)時間有沒有差異。數(shù)據(jù)表明，在混凝土緩凝劑等用量情況下，熱水泥的外加劑摻量比常溫水泥高0.2%，二者坍落度性能一致，凝結(jié)時間幾乎無影響。其凝結(jié)時間見表4。

表4 水泥溫度對混凝土凝結(jié)時間影響

4 超緩凝混凝土澆筑

4.1 生產(chǎn)前準(zhǔn)備

固定囤積一定數(shù)量同一供應(yīng)商的生產(chǎn)原材料，并且在生產(chǎn)前準(zhǔn)確測定砂石原材料的含水率，定時監(jiān)測其含水率波動。

使用專用攪拌車運(yùn)輸該項目的混凝土，裝料前清空車內(nèi)多余積水，避免材料波動導(dǎo)致的混凝土狀態(tài)變化。工地現(xiàn)場協(xié)調(diào)好車輛調(diào)度，最大限度縮短澆筑時間，增加后續(xù)插入鋼管柱環(huán)節(jié)的富余時間。

為了保證鋼管柱定位的精確度和垂直度，工作場地須鋪設(shè)鋼筋板進(jìn)行硬化地面，并且在澆筑完成后，必須馬上進(jìn)行清理，以確保HPE 液壓垂直插入機(jī)就位及定位的準(zhǔn)確性。

對于方量比較大的工程樁，跟現(xiàn)場施工人員溝通，須盡量創(chuàng)造足夠的場地進(jìn)行兩車同時卸料，節(jié)約澆筑時間。

4.2 混凝土開盤及澆筑

保持混凝土專線生產(chǎn)，盡量降低原材料波動及各項因素的影響，保障混凝土穩(wěn)定性。生產(chǎn)時，應(yīng)在混凝土開盤進(jìn)行狀態(tài)鑒定，出廠取樣觀察坍落度等各方面指標(biāo)，滿足性能后才能進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)。

混凝土到現(xiàn)場后，每車必取樣觀察混凝土性能狀態(tài)，檢測坍落度，性能合格后方能澆灌，同時取樣成型試塊，成型的試塊用密封袋密封置于陰涼處觀察凝結(jié)時間。

4.3 HPE 工法施工

用吊機(jī)把鋼管柱吊放至HPE 液壓垂直插入機(jī)內(nèi)，由HPE 液壓垂直插入機(jī)固定鋼管柱，測定鋼管柱垂直度。開始下放鋼管柱時，可依靠鋼管的自重下降，鋼管柱會自由下沉到孔內(nèi)一定深度，當(dāng)孔內(nèi)浮力大于鋼管柱重力時，經(jīng)液壓進(jìn)行加壓后，鋼管柱受力下沉，直至鋼管柱插入混凝土設(shè)計深度。等待混凝土終凝后就可以撤除液壓機(jī)施加的壓力[2]。

5 結(jié)語

通過混凝土緩凝劑與高效減水劑的搭配，讓HPE 工法中的超緩凝混凝土凝結(jié)時間可控，并且可根據(jù)工程樁的樁徑大小、施工時間、天氣、溫度等情況進(jìn)行調(diào)整，初凝時間控制在36～40 小時，易于生產(chǎn)控制，靈活度高。而且HPE 工法不需要埋設(shè)外鋼管套，降低施工成本，縮短施工工期，值得推廣。