地鐵車站型鋼混凝土組合柱施工關(guān)鍵技術(shù)

祝勇

（中交一公局廈門工程有限公司，福建廈門 361000）

1 引言

型鋼混凝土組合柱通常應(yīng)用于高層建筑，并隨著城軌道交通的發(fā)展而逐步被廣泛運用在地鐵車站中。相比普通鋼結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)，其具備更好的承載能力和抗震性能，以及混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。而通過在混凝土柱內(nèi)增設(shè)型鋼，不僅能優(yōu)化立柱截面尺寸，還能優(yōu)化空間設(shè)計，從而進一步提高整個結(jié)構(gòu)的安全性和承載能力，為后續(xù)上蓋物業(yè)、商業(yè)裙房提供更好的接駁條件。通常來說，鋼混凝土組合柱包括H 型鋼混凝土組合柱、十字形型鋼混凝土組合柱、鋼管混凝土組合柱3 類，在具體工程中，要根據(jù)實際情況來合理選擇。

2 工程背景

深圳地鐵8 號線二期小梅沙站為地下2 層地鐵車站，主體結(jié)構(gòu)全長377.5 m，標準段寬20.1 m，車站位于商業(yè)地塊開發(fā)區(qū)域，根據(jù)一體化建設(shè)規(guī)劃，車站頂板上方后續(xù)將會設(shè)置多棟商業(yè)裙房。

考慮到車站頂板上方后續(xù)商業(yè)裙房荷載和人群荷載的影響，車站中立柱采用型鋼混凝土組合柱，型鋼均采用H 形型鋼設(shè)計，型鋼柱按抗震構(gòu)造設(shè)計，柱腳均采用埋入式柱腳。

3 施工前設(shè)計深化

型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中型鋼部分的施工可以參照鋼結(jié)構(gòu)工程成熟的技術(shù)及工藝，但混凝土部分由于型鋼的設(shè)置及自身構(gòu)造特點而存在節(jié)點復(fù)雜鋼筋排布困難的情況，在施工之前需要結(jié)合實際進行設(shè)計方案優(yōu)化。

型鋼混凝土組合柱設(shè)計優(yōu)化思路主要包括兩方面的內(nèi)容：鋼筋和型鋼的連接方式和鋼筋的排布形式。對此，可在施工前采用BIM 軟件進行建模，因為模型可以直觀地反映型鋼柱和結(jié)構(gòu)鋼筋的位置關(guān)系，并對主體結(jié)構(gòu)鋼筋的排布、與型鋼的連接方式等提供有力支撐，從而確?，F(xiàn)場施工安全、高效、便捷。其中，結(jié)構(gòu)鋼筋和型鋼柱的連接方式主要分為焊接與機械連接兩種，節(jié)點處理方式主要有鋼筋穿孔式、加腋環(huán)繞式、鋼筋連接套筒式、鋼筋焊接連接板式等。

通常情況下，梁主筋優(yōu)先選擇在型鋼柱兩側(cè)繞開型鋼柱通過，但如鋼筋與型鋼腹板碰撞，則可在鋼腹板上開孔穿過，同時，要保證鋼腹板因開孔所造成的截面損失率＜25%（超過時應(yīng)采取補強措施）。當(dāng)梁主筋必須與型鋼柱碰撞時，應(yīng)在型鋼柱上設(shè)置連接件；此外，梁主筋與連接件應(yīng)可靠連接。

值得注意的是，鋼筋直徑的大小、鋼筋的數(shù)量、結(jié)構(gòu)鋼筋的布置方式、結(jié)構(gòu)縱梁的方向以及梁標高位置、梁截面形式等，均會影響鋼筋穿孔率，在施工時要予以重視。

在本工程中，縱梁主筋為φ32 mm，設(shè)置上下4 排，數(shù)量較多、施工難度極大；底板和頂板分布鋼筋均采用φ25 mm 主筋，設(shè)置上下兩層，梁柱節(jié)點、板柱節(jié)點部位穿孔難度極大，對此，如果其型鋼混凝土梁的鋼筋排布按普通鋼筋混凝土梁排布，則勢必增加穿鋼結(jié)構(gòu)鋼筋的數(shù)量，從而導(dǎo)致施工難度大大提高，十分影響施工效率。由此可見，必須結(jié)合工程本身需要進行設(shè)計深化研究，具體來說，即盡量增加繞過鋼結(jié)構(gòu)鋼筋的數(shù)量，減少穿鋼結(jié)構(gòu)鋼筋的數(shù)量，并同步采取加固措施滿足設(shè)計及04SG523《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造》要求。

另外，考慮到型鋼混凝土組合柱型鋼翼板為實腹式，在混凝土澆筑時易產(chǎn)生不密實的情況，因此，應(yīng)在型鋼柱加勁板上設(shè)透氣孔、澆筑孔，必要時設(shè)觀察孔；同時，針對腹板、翼板結(jié)構(gòu)栓釘?shù)牟贾?，?yīng)結(jié)合圖集要求、工程自身情況、立柱配筋、拉筋布置形式來綜合確定。

4 主要施工技術(shù)

4.1 施工工藝流程

深圳地鐵8 號線二期小梅沙站型鋼混凝土組合柱施工流程為：確定型鋼分節(jié)長度、構(gòu)件加工尺寸、栓釘要求、翼板及連接板要求、腹板穿孔位置和孔徑、翼板連接板或套筒位置和要求（過程駐場驗收）→型鋼柱進場檢測、驗收→現(xiàn)場測量定位→型鋼柱柱腳安裝定位→縱梁、底板、立柱鋼筋綁扎→測量復(fù)核→底板混凝土、梁柱混凝土澆筑→站臺層型鋼柱吊裝、拼接→型鋼柱臨時固結(jié)→測量復(fù)核→型鋼柱校核→腹板螺栓安裝緊固、翼板全熔透焊接→現(xiàn)場檢測焊縫→站臺層立柱鋼筋綁扎→模板安裝→測量校核→站臺層立柱混凝土澆筑→中板鋼筋、梁柱節(jié)點鋼筋綁扎→中板、梁柱節(jié)點混凝土澆筑→站廳層型鋼柱吊裝、拼接→型鋼柱臨時固結(jié)→測量復(fù)核→型鋼柱校核→腹板螺栓安裝緊固、翼板全熔透焊接→現(xiàn)場檢測焊縫→站廳層立柱鋼筋綁扎→模板安裝→測量校核→站廳層立柱混凝土澆筑。

4.2 型鋼加工

型鋼的加工必須在具備專業(yè)加工資質(zhì)的工廠進行，具體流程：提交型鋼材料計劃和分節(jié)單元→復(fù)檢→鋼板拼接→開坡口→型鋼組立→型鋼焊接→零部件裝配→焊接→校正→栓釘焊接→清理打磨→成品→驗收。

此外，還需注意：（1）型鋼開孔、坡口焊接、拼接耳板均在加工廠完成；（2）型鋼的切割、焊接、運輸、吊裝、探傷檢驗應(yīng)符合相關(guān)標準要求；（3）鋼材、焊接材料、螺栓等應(yīng)有質(zhì)量證明書；（4）型鋼焊接質(zhì)量應(yīng)符合GB 50661—2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》的規(guī)定。

4.3 型鋼安裝

型鋼安裝的類型主要包括柱腳預(yù)埋安裝，柱腳與站臺層型鋼拼接安裝，站臺層型鋼與中板梁連接安裝，站廳層型鋼與站臺層型鋼拼接，站廳層型鋼柱與頂板梁連接安裝。

4.3.1 柱腳安裝需注意的要點

1）型鋼混凝土柱可根據(jù)不同的受力特點采用型鋼埋入基礎(chǔ)底板（承臺）的埋入式柱腳或非埋入式柱腳。

2）考慮到地震作用組合的偏心受壓柱時，宜采用埋入式柱腳；不考慮地震作用組合的偏心受壓柱時，可采用埋入式柱腳，也可采用非埋入式柱腳；偏心受拉柱應(yīng)采用埋入式柱腳。

3）埋入式相比非埋入式柱腳具有更多的優(yōu)點，相對承載力比較高、剛度較大、穩(wěn)定性好，而且抗震能力比較大等，但施工難度較非埋入式大。對此，要根據(jù)設(shè)計圖紙來做出選擇。本工程均采用埋入式柱腳。

4）柱腳安裝應(yīng)先行施工錨栓和墊板，用于控制型鋼柱腳標高和垂直度，錨固深度必須滿足設(shè)計要求，基礎(chǔ)施工完或后吊裝第1 節(jié)型鋼柱腳，柱腳與柱腳鋼板進行焊接，然后與預(yù)埋的墊板采用錨栓螺母進行連接，安裝過程中需要采用纜風(fēng)繩臨時固定措施[1]。

5）要尤其注意和板筋過腹板部位的連接以及梁筋過翼板部位的連接。

4.3.2 中間節(jié)安裝

本工程型鋼共有4 種型號，分3 節(jié)吊裝拼接施工，吊裝采用車站主體結(jié)構(gòu)施工既有的90 t 履帶吊進行施工。吊裝時，要采用4 點吊，在柱底板下方墊方木，以避免柱底板與地面硬性接觸而導(dǎo)致在起吊時磨損構(gòu)件。

型鋼拼接接頭腹板采用高強螺栓連接，上下共計18 個孔，連接前要進行臨時固結(jié)。臨時固結(jié)采用耳板預(yù)留的螺栓孔進行，在固結(jié)完成后采用腹板螺栓連接，并對翼板進行焊接處理。

由于鋼結(jié)構(gòu)的焊縫設(shè)計形式是單面坡口全融透焊縫，因此，需采用手工電弧橫焊工藝。施焊時，先焊接翼緣板焊縫，后焊腹板的焊縫，且焊接質(zhì)量需要滿足GB 50661—2011《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》的要求，并在焊接完成后，應(yīng)進行探傷檢測。

4.3.3 關(guān)鍵構(gòu)造處理

梁柱節(jié)點、板柱節(jié)點是型鋼施工的核心部位。在進行抗震設(shè)計時，要對節(jié)點核心區(qū)的抗剪承載力進行特殊規(guī)定與限制，以保證節(jié)點的可靠性。在一般的梁柱框架結(jié)構(gòu)中，框架柱核心區(qū)一直是現(xiàn)場鋼筋施工的難點和鋼筋隱蔽驗收的質(zhì)量檢查重點。

因型鋼混凝土組合柱內(nèi)有H 形型鋼，且外有梁、板的鋼筋與其交錯布置，故較普通混凝土柱施工難度大，特別是梁、柱節(jié)點處的鋼筋施工。這是因為，配筋密集且部分鋼筋需穿鋼柱進行錨固，所以，施工時應(yīng)嚴格控制節(jié)點施工質(zhì)量。

根據(jù)JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和04SG523《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造》，常見的梁柱節(jié)點部位型鋼與縱梁鋼筋、板筋的連接方式有4 種：穿孔連接、套筒連接、連接板連接和鋼牛腿連接。

1）腹板開孔貫通式。（1）優(yōu)點是適用于一般工民建，通過腹板開穿筋孔，結(jié)構(gòu)主筋保持貫通；（2）缺點是腹板穿孔數(shù)量大，現(xiàn)場鋼筋綁扎難度大，施工工效較低，對地下工程施工不利，腹板開孔時腹板截面損失率應(yīng)小于腹板面積25%，截面損失率＞25%時，應(yīng)采取補強措施。

2）鋼筋連接套筒式。優(yōu)點是適用范圍廣泛，該連接方式快捷簡便，能夠很好地解決混凝土梁采用多排鋼筋時與型鋼柱的連接問題；缺點是套筒需要提前在工廠加工焊接，套筒的位置、數(shù)量需和現(xiàn)場結(jié)構(gòu)鋼筋一致，不允許出現(xiàn)偏差，施工難度較大。當(dāng)存在異形梁或異形變截面結(jié)構(gòu)時，容易出現(xiàn)套筒和鋼筋不匹配或連接不到位的情況。

3）鋼筋焊接連接板式。優(yōu)點是適用范圍廣，這種連接方式能較好地應(yīng)對鋼筋施工偏差的影響，現(xiàn)場鋼筋施工方便靈活，有效連接率高；缺點是連接板需要在加工廠提前焊接，對連接板的位置有一定要求。

4）牛腿焊接式。優(yōu)點是一般適用于高層建筑，受力性能較好；缺點是現(xiàn)場鋼筋焊接量大，對設(shè)備和焊工水平要求較高，鋼筋連接速度較慢，施工難易程度一般，焊接費用較高。

上述處理方式都有各自的優(yōu)點和缺點，在現(xiàn)場實際施工過程中，應(yīng)綜合考慮安全、技術(shù)、經(jīng)濟、可靠、工期等因素，選取符合工程本身的處理方式。此外，在人字梁部位，縱梁鋼筋需滿足JGJ 138—2016《組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求，一般結(jié)構(gòu)主筋深入支座長度≥45 倍鋼筋直徑。

4.3.4 型鋼柱驗收

型鋼混凝土柱屬于隱蔽工程，因此，混凝土澆筑之前必須確保型鋼柱的施工質(zhì)量，尤其是節(jié)點施工質(zhì)量。型鋼結(jié)構(gòu)的驗收包括：型鋼柱工廠加工驗收、型鋼柱出廠驗收、型鋼柱進場驗收、型鋼柱測量放樣驗收、型鋼柱柱腳預(yù)埋驗收、型鋼柱節(jié)點拼接驗收、型鋼柱探傷驗收、型鋼柱垂直度、標高驗收、型鋼柱鋼筋安裝驗收、型鋼柱模板安裝驗收等。本工程各項指標均符合一次通過，驗收結(jié)果符合設(shè)計圖紙和相關(guān)技術(shù)標準要求。

5 結(jié)語

本文以深圳地鐵8 號線二期小梅沙站為依托，介紹了型鋼混凝土組合柱的施工工藝，從設(shè)計深化節(jié)點分析、型鋼加工步驟和質(zhì)量要求、埋入式柱腳安裝技術(shù)、中間節(jié)拼裝技術(shù)和要求、關(guān)鍵構(gòu)造處理方式、型鋼柱的驗收要求等方面進行分析和實踐，確保了地鐵車站型鋼混凝土組合柱的施工質(zhì)量。