李慧瑩，賀 婷，張偉庭

（1、廣州市恒盛建設(shè)工程有限公司 廣州 510030；2、廣州鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣州 510420；3、廣州建筑股份有限公司 廣州 510030）

1 工程概況

京廣鐵路某綜合交通樞紐規(guī)模為11 臺(tái)24 線，為城市交通的樞紐核心之一，承擔(dān)了其北向的主要交通。其下方有多條地鐵交匯：西側(cè)廣場(chǎng)設(shè)南北向22號(hào)線地鐵車站，東側(cè)廣場(chǎng)設(shè)12、24號(hào)線地鐵車站，而東西向佛山地鐵8 號(hào)線地鐵車站則橫向下穿規(guī)劃京廣鐵路。地鐵22號(hào)線基坑長(zhǎng)276.7 m，寬35.5 m，深35.9 m；佛山地鐵8號(hào)線、新線西端頭基坑長(zhǎng)69.25 m，寬108.6 m，深26.6 m。廣州地鐵22 號(hào)線是南北向，佛山地鐵8 號(hào)線是東西向，本技術(shù)研究的勁性鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)位于廣州地鐵22 號(hào)線與佛山地鐵8號(hào)線交匯處，其中基坑▽-11.80 m處設(shè)置了一道混凝土支撐。

根據(jù)建筑空間和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，此交匯處共設(shè)置了6根勁性鋼柱，成3排布置，其跨度24 m，最大間距13 m。勁性鋼柱下部嵌入底板（底板面▽-35.27 m），向上延伸至地下4 層設(shè)備層（▽-26.55 m）、地下3 層站廳層（▽-19.25 m）、地下2 層預(yù)留層（▽-12.15 m），頂部（▽-5.90 m）設(shè)置勁性混凝土梁連接。由底板向上，分別有上述4 層混凝土結(jié)構(gòu)框架與勁性鋼柱組合連接。交通樞紐站效果如圖1所示。

圖1 交通樞紐站效果Fig.1 Effect of Traffic Hub Station

2 重點(diǎn)難點(diǎn)分析

2.1 勁性混凝土柱-混凝土梁節(jié)點(diǎn)復(fù)雜

各向鋼筋穿插密集，鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)柱的可靠連接是本工程的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

廣州地鐵22 號(hào)線與佛山地鐵8 號(hào)線交匯處設(shè)勁性混凝土柱［1］，與車站預(yù)留層、站廳層和設(shè)備層的混凝土梁交匯布置，勁性鋼柱（含鋼牛腳）外包有鋼筋，與之交匯的混凝土梁鋼筋相當(dāng)密集。由于鋼筋密集，出于連接施工操作和質(zhì)量的考慮，混凝土梁內(nèi)縱筋不采用與柱內(nèi)型鋼直接焊接的方式?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)之間存在如下兩種碰撞情況及處理思路：

⑴鋼筋與工字鋼（鋼柱、鋼梁）的腹板碰撞時(shí)［2］，勁性鋼柱腹板開(kāi)孔（并做加固處理），以便讓鋼筋穿過(guò)。

⑵鋼筋與工字鋼（鋼柱、鋼梁）的翼緣碰撞時(shí)，由于鋼筋密集的緣故，勁性鋼柱翼緣不能開(kāi)孔，否則會(huì)嚴(yán)重削弱鋼結(jié)構(gòu)的受力性能，于是我們提出采用在工字鋼翼緣上焊接“轉(zhuǎn)換套筒”的方法，以便轉(zhuǎn)換鋼筋的連接。

“轉(zhuǎn)換套筒”的可焊性、精準(zhǔn)定位、牢固焊接、可靠驗(yàn)證，是本技術(shù)重點(diǎn)內(nèi)容之一。

勁性混凝土內(nèi)鋼柱的截面類型及尺寸如圖2所示。

2.2 深基坑邊重型鋼結(jié)構(gòu)吊裝，情況復(fù)雜

本組合結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼柱構(gòu)件超長(zhǎng)、超重，鋼柱總高31.28 m，總重達(dá)77.2 t?？紤]運(yùn)輸及吊裝重量，需要在深基坑邊布置大型吊裝設(shè)備，將鋼柱構(gòu)件分節(jié)吊裝［3］，情況比較復(fù)雜。

2.3 勁性鋼柱-勁性鋼梁節(jié)點(diǎn)區(qū)域，勁性鋼結(jié)構(gòu)與外包混凝土內(nèi)的鋼筋穿插更顯密集，鋼結(jié)構(gòu)的存在使得鋼筋可調(diào)空間?。?］，施工順序尤為重要。

2.4 遇混凝土支撐的超深基坑內(nèi)施工大柱網(wǎng)勁性鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)

首節(jié)柱與混凝土支撐存在空間上的沖突，合理安排大柱網(wǎng)勁性鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)與基坑混凝土支撐拆除的順序，保證施工安全。

2.5 型鋼柱的對(duì)焊連接難度大［5］

鋼梁-鋼柱節(jié)點(diǎn)對(duì)接，采用翼緣開(kāi)坡口全熔透焊接、腹板雙夾板螺栓連接的方式，焊縫符合一級(jí)焊縫的要求。施焊時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選擇合理的焊接順序、方法和措施，以減少焊接應(yīng)力和焊接變形，保證焊接質(zhì)量。

2.6 混凝土的澆筑質(zhì)量難度大

梁-柱節(jié)點(diǎn)鋼筋密集，此部位模板支設(shè)、混凝土澆筑難控制。勁性混凝土柱的強(qiáng)度為C60，粗骨料最大直徑采用小于型鋼外側(cè)混凝土保護(hù)層厚度的1/3，且不宜大于25 mm，對(duì)澆筑難度大或復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位，采用骨料更小，流動(dòng)性更強(qiáng)的高性能混凝土，并加大振搗的全面管控。

3 施工工藝流程

綜合交通樞紐大柱網(wǎng)巨型勁性鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程Fig.3 Construction Process Flow

4 綜合交通樞紐大柱網(wǎng)巨型勁性鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

4.1 三維建模

通過(guò)BIM 軟件，對(duì)這個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，直觀發(fā)現(xiàn)并規(guī)避碰撞，除了保證每節(jié)勁性鋼柱、鋼梁的制作精度，并精確定位每個(gè)“轉(zhuǎn)換套筒”的焊接位置，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

因鋼筋可焊性能差及操作空間不足等原因，混凝土梁內(nèi)縱向鋼筋不得與柱內(nèi)型鋼直接焊接，僅允許鋼筋穿過(guò)工字鋼腹板上開(kāi)孔，但不得穿過(guò)鋼柱內(nèi)翼緣板；當(dāng)梁內(nèi)縱筋與柱內(nèi)型鋼翼緣碰撞時(shí)，設(shè)計(jì)了“轉(zhuǎn)換套筒”連接方法，該轉(zhuǎn)換套筒經(jīng)過(guò)工廠試驗(yàn)和工藝評(píng)定，可焊性強(qiáng)，達(dá)到等強(qiáng)連接，套筒的螺紋設(shè)計(jì)和承載力經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核符合要求，與混凝土梁內(nèi)縱筋匹配。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，鋼柱鋼梁無(wú)出現(xiàn)裂紋，達(dá)到了工程的焊接性能，滿足了鋼筋的承載力。梁鋼筋穿鋼柱腹板如圖4?所示，梁鋼筋遇翼緣用套筒連接如圖4?所示。

圖4 梁鋼筋穿鋼柱腹板及遇翼緣用套筒連接Fig.4 Beam Reinforcement Passing through Steel Column Web and Sleeve Connection of Beam Reinforcement Meeting Flange

節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼梁、柱縱筋采用隔一穿一的方式，避免相互碰撞，逐個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)出翻樣圖，確定鋼筋連接套筒標(biāo)高、穿筋孔洞數(shù)量、直徑與位置。

每層穿鋼筋順序：每節(jié)鋼柱吊裝?每層梁板支模?受力鋼筋與鋼柱翼緣之間用轉(zhuǎn)換套筒連接?鋼筋直接穿鋼柱腹板，預(yù)留孔洞加固?封梁柱側(cè)模板?澆筑混凝土。

4.2 鋼柱腳錨栓施工［6］

柱腳底板與鋼柱基礎(chǔ)節(jié)連為一體，鋼柱“嵌入”于鋼筋混凝土底板內(nèi)。鋼柱柱腳螺栓、固定架在基礎(chǔ)綁扎鋼筋時(shí)就事先埋入，然后同基礎(chǔ)鋼筋連成一體，固定、澆筑成一體。

大底板鋼筋與鋼柱的連接，遵循上文的“轉(zhuǎn)換套筒”連接方法。

柱腳錨栓埋設(shè)位移偏差不大于2 mm，標(biāo)高控制滿足螺栓在混凝土內(nèi)握裹長(zhǎng)度及螺桿絲扣露出的長(zhǎng)度。鋼柱腳及錨栓設(shè)置如圖5所示。

圖5 鋼柱腳及錨栓設(shè)置Fig.5 Arrangement of Steel Column Legs and Anchor Bolts （mm）

4.3 鋼柱、鋼梁的吊裝

4.3.1 鋼柱分四節(jié)吊裝［7］

鋼柱吊裝高度分別為9.76 m、11.96 m、11.96 m、13.48 m，重量分別達(dá)17.9 t、20.4 t、27.0 t、31.1 t。根據(jù)鋼柱構(gòu)件重量和現(xiàn)場(chǎng)具體情況，經(jīng)設(shè)計(jì)復(fù)核施工工況并確保基坑安全的前提，選用500 t大型汽車吊在深基坑邊站位進(jìn)行吊裝，如圖6所示。

圖6 第一節(jié)鋼柱吊裝Fig.6 Lifting of Steel Column in Section 1

4.3.2 鋼柱校正

鋼柱調(diào)整采用千斤頂調(diào)節(jié)［8］，相互垂直的兩個(gè)方向設(shè)2 臺(tái)經(jīng)緯儀觀測(cè)鋼柱垂直控制線校正結(jié)果，使鋼柱的垂直度、標(biāo)高、錯(cuò)邊誤差符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：GB 50205—2020》要求。

4.3.3 鋼柱上下節(jié)對(duì)焊

上下節(jié)鋼柱進(jìn)行對(duì)接時(shí)，先通過(guò)4 塊連接耳板安裝螺栓固定，控制好焊縫間隙，然后對(duì)接熔透焊永久連接固定。

4.3.4 第四節(jié)鋼柱與鋼梁吊裝

第四節(jié)鋼柱與鋼梁的中段一起在工廠加工完成，吊裝至現(xiàn)場(chǎng)，鋼梁的中段與鋼梁的兩段用高強(qiáng)螺栓連接。第四節(jié)鋼柱與鋼梁的交接如圖7所示。鋼梁分段構(gòu)件如表1所示。

圖7 第四節(jié)鋼柱與鋼梁的交接Fig.7 The Fourth Section of the Transfer of Steel Column and Steel Beam （mm）

表1 鋼梁分段構(gòu)件Tab.1 Steel Beam Segmented Component

4.4 高強(qiáng)螺栓施工

鋼梁與牛腿連接采用扭剪型10.9 級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓，高強(qiáng)螺栓結(jié)合面不得涂漆，連接接觸面的處理采用噴砂清除浮銹。

4.5 型鋼柱鋼筋施工

⑴連接套筒水平及豎向的凈間距不得小于30 mm和套筒外徑。鋼柱的轉(zhuǎn)換套筒如圖8所示。

圖8 鋼柱的轉(zhuǎn)換套筒（用于穿混凝土梁板的鋼筋）Fig.8 Weldable Sleeve for Steel Column（Steel bars Used to Penetrate Concrete Beams and Slabs）

⑵鋼筋混凝土梁端至型鋼端部以外2 倍鋼筋混凝土梁高范圍內(nèi)，按鋼筋混凝土梁端箍筋加密區(qū)的要求配置箍筋。

⑶柱內(nèi)縱向受力鋼筋不應(yīng)在結(jié)構(gòu)中間各層節(jié)點(diǎn)切斷。

⑷鋼筋躲讓型鋼時(shí)，施工圖中鋼筋彎折僅為示意，鋼筋在梁內(nèi)按不大于1∶12 斜率彎折，在節(jié)點(diǎn)區(qū)按不大于1∶6斜率彎折。

⑸當(dāng)混凝土梁或型鋼混凝土梁中同一排鋼筋縱筋有兩種以上直徑的鋼筋時(shí)，應(yīng)將直徑較大的鋼筋放置于梁兩側(cè)貫通節(jié)點(diǎn)。

⑹型鋼穿孔要求：型鋼混凝土柱與型鋼混凝土梁內(nèi)的型鋼穿筋孔在工廠加工預(yù)留，嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)制孔?？锥催吘嚯x型鋼不宜小于30 mm。型鋼腹板截面損失率小于腹板面積的25%，當(dāng)超過(guò)面積的25%時(shí)應(yīng)采用補(bǔ)強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

4.6 型鋼柱、梁模板施工

選取柱截面大且澆筑高度最大的節(jié)段，對(duì)模板進(jìn)行設(shè)計(jì)及驗(yàn)算。

4.7 型鋼柱、梁混凝土施工

由于型鋼柱間鋼筋及鋼骨十分密集，里面空間很狹小，混凝土流動(dòng)性被嚴(yán)重限制，型鋼加勁肋中心預(yù)留r=200 mm 灌灰孔（氣孔），加勁肋中心預(yù)留灌灰孔如圖9 所示。選擇合適的混凝土施工配合比，嚴(yán)格控制混凝土坍落度，在澆筑混凝土?xí)r加強(qiáng)鋼柱兩側(cè)對(duì)稱振搗，通過(guò)振動(dòng)棒在有效半徑內(nèi)充分振搗，使型鋼空隙部分的混凝土擠密，確保鋼骨柱混凝土澆筑質(zhì)量。

圖9 加勁肋中心預(yù)留灌灰孔Fig.9 Production of the Reserved Ash-filling Hole in the Center of the Stiffener

4.8 支撐系統(tǒng)拆除施工［9］

拆撐時(shí)采用定制槽鋼馬鐙+木方或墊枕木作為臨時(shí)支撐托換，先分離連梁或肋撐，再拆支撐梁，最后拆除板撐、腰梁，切割后采用8 t 叉車于板面上轉(zhuǎn)運(yùn)至基坑西側(cè)指定點(diǎn)吊離［10］。

5 結(jié)論

本文重點(diǎn)闡述了綜合交通樞紐大柱網(wǎng)巨型勁性鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)施工控制過(guò)程及要點(diǎn)，地鐵車站地下室頂板是勁性混凝土梁（并含第四節(jié)鋼柱），混凝土梁的鋼筋密度超大，構(gòu)件之間連接節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，鋼筋與勁性鋼結(jié)構(gòu)之間的連接要求高，為保證節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單、直接、有效傳遞內(nèi)力，采用在柱型鋼翼緣上焊接轉(zhuǎn)換套筒的方法，梁筋與套筒直接；全程應(yīng)用BIM 技術(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模，節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，保證了安裝精度。對(duì)同類工程的施工具有借鑒意義。