楊振龍，張宏巖，馮昊楠，姜 蘇，郭 祺，高春源

(中鐵建工集團(tuán)有限公司，北京 100070)

1 工程概況

北京某站房改建工程采用雙層車場設(shè)計(jì)，普速車場位于首層，采用上進(jìn)下出的流線方式；高架車場位于地上3層，采用下進(jìn)下出的流線方式；候車層位于地上2層。該工程建筑面積40萬m2，屋蓋最大投影長度516m，寬度346m。其中，中央站房區(qū)順軌向長度為308m，西站房長132m，東站房長70m,高架車場雨棚寬168.5m。

東站房基礎(chǔ)鋼結(jié)構(gòu)為東站房上部結(jié)構(gòu)的承載傳力結(jié)構(gòu)，防止上部荷載對地鐵軌行區(qū)造成影響，其基礎(chǔ)形式為鋼骨混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁。地上結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)+樓承板混凝土組合結(jié)構(gòu)形式，主要功能為旅客接送平臺及火車站站內(nèi)人員辦公。

中央站房地下室局部為人防結(jié)構(gòu)。由于人防結(jié)構(gòu)承受荷載能力要求高，因此在多腔體箱形柱內(nèi)需套鋼筋籠，以增強(qiáng)箱形柱在根部與筏板的連接強(qiáng)度。多腔體柱內(nèi)套鋼筋高6m，鋼筋籠主筋直徑為32mm，鋼柱分為4個(gè)腔體，每個(gè)腔體需套入相應(yīng)的鋼筋籠，要保證每個(gè)鋼筋籠均定位準(zhǔn)確，且其垂直度偏差要控制在允許范圍內(nèi)非常困難，需根據(jù)多腔體箱形柱及鋼筋籠特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)分析。

2 施工重難點(diǎn)

2.1 鋼骨混凝土轉(zhuǎn)換梁施工特點(diǎn)

1)超挖基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁部位的土方高度為1m，以便利用該空間進(jìn)行箍筋安裝。鋼骨梁與墊層間支撐胎架為鋼骨梁的箍筋安裝提供良好的操作空間，使鋼骨梁施工與箍筋安裝工作井然有序。

2)鋼骨梁吊裝前，通過加固處理支撐胎架對應(yīng)的局部地基，可有效地承受上部鋼骨梁荷載；將鋼骨梁支撐胎架提前與埋件進(jìn)行焊接固定。支撐胎架與鋼筋的關(guān)系如圖1所示。

圖1 支撐胎架與鋼筋的關(guān)系

3)由于支撐胎架為格構(gòu)式，因此可為轉(zhuǎn)換梁縱筋提供安裝空間，相較于傳統(tǒng)的大型馬凳更快捷。

4)由于支撐胎架頂部設(shè)計(jì)為豎向鋼板，因此在鋼梁安裝時(shí)，可利用豎向鋼板的切割或接長靈活調(diào)節(jié)基礎(chǔ)鋼梁標(biāo)高。

2.2 多腔體鋼柱內(nèi)套鋼筋籠施工特點(diǎn)

1)基礎(chǔ)預(yù)留插筋階段，通過鋼柱與其內(nèi)部鋼筋骨架設(shè)計(jì)定位，制作鋼筋限位約束框，使鋼筋骨架相對于鋼柱位置能達(dá)到設(shè)計(jì)定位的精確度，這是該工藝順利實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙先綁扎腔體內(nèi)部的鋼筋骨架，骨架成型后，采用圓形水泥墊塊代替普通水泥墊塊，并緊密地和鋼筋骨架綁扎，其布置間距應(yīng)符合規(guī)范要求，以確保水泥墊塊在鋼柱下穿時(shí)能達(dá)到充分旋轉(zhuǎn)的效果。

3)吊裝前，綁扎好每組鋼筋骨架調(diào)節(jié)繩，通過調(diào)整鋼筋骨架位置，使鋼柱底口與鋼筋骨架順利穿入鋼柱腔體內(nèi)(見圖2)，利用鋼筋骨架側(cè)壁預(yù)先安裝的圓形水泥墊塊，保證鋼柱順利吊裝就位，避免鋼柱腔體內(nèi)部與鋼筋骨架的碰撞、變形，提高施工速度與質(zhì)量。

圖2 多腔體鋼柱內(nèi)套鋼筋籠

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁施工技術(shù)

由于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁為鋼骨混凝土形式，在鋼骨上、下翼緣及側(cè)面需綁扎箍筋，但由于下翼緣底部受地基的影響，限制底部箍筋向上穿設(shè)的空間，因此須將土方多向下開挖1m，以保證箍筋與縱筋安裝的操作空間，H型鋼骨與基礎(chǔ)間用支撐胎架進(jìn)行架設(shè)(見圖3)。

圖3 支撐胎架示意

基礎(chǔ)施工前，鋼結(jié)構(gòu)需提前進(jìn)行深化，根據(jù)基礎(chǔ)梁鋼筋規(guī)格與排布，提前在鋼骨梁翼緣及腹板處留設(shè)穿筋孔，在Revit模型中確認(rèn)鋼結(jié)構(gòu)深化的合理性，如與鋼筋有碰撞，則需提前進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

基礎(chǔ)大梁截面尺寸為H3 400×2 900×50×70，H3 900×2 900×50×70，根據(jù)履帶式起重機(jī)吊裝通道布置和性能，對轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)大梁進(jìn)行分段，如圖4所示。每節(jié)轉(zhuǎn)換大梁分段長6～8m，重36～44t，最重鋼梁分段重47t。

圖4 分段支撐布置

每節(jié)轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)大梁下部設(shè)置4個(gè)臨時(shí)支撐，支撐下部設(shè)置預(yù)埋件，并在墊層施工階段同步完成預(yù)埋件施工。

當(dāng)墊層養(yǎng)護(hù)至一定強(qiáng)度后，根據(jù)臨時(shí)支撐布置位置，在埋件上定位臨時(shí)支撐，調(diào)節(jié)好支撐上端的支撐鋼板標(biāo)高，支撐與預(yù)埋件焊接固定。

整段轉(zhuǎn)換大梁跨越地鐵上方，根據(jù)大梁下部是否有承臺可將大梁劃分為承臺區(qū)和非承臺區(qū)。承臺鋼筋在承臺區(qū)轉(zhuǎn)換大梁下部，為便于承臺鋼筋的綁扎，將格構(gòu)式支撐作為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁支撐形式，支撐立桿采用∟75×75×5，4根立桿間距為400mm。格構(gòu)支撐底部須與預(yù)埋件貼合緊密，且支撐保持豎向垂直，不可傾斜。

吊裝前每段鋼梁上翼緣兩端設(shè)置測量定位點(diǎn)，采用全站儀測量精確定位。因鋼梁分段較重，后期無法采用常規(guī)方法進(jìn)行校正，因此需待校正測量定位好后方能松鉤進(jìn)行下一分段的吊裝。分段定位時(shí)須同時(shí)測量梁上鋼柱及混凝土位置，避免鋼梁偏移造成地上結(jié)構(gòu)偏移。

分段定位好后，立即將鋼梁分段與下部格構(gòu)支撐焊接固定。鋼梁須與格構(gòu)支撐貼合緊密，防止接觸不均導(dǎo)致承載力不足。

考慮構(gòu)件形式、焊接特點(diǎn)、焊工操作難度等，本工程大部分焊接采用單面開坡口形式?，F(xiàn)場接頭采用單面單邊V形，其根部間隙約7mm，坡口角度設(shè)置為35°。

采用多層多道焊，控制層間溫度不超過200℃，每個(gè)焊接施工班組長及質(zhì)檢員配置便攜式紅外線測溫儀，來回巡視檢查焊縫層間溫度。

采用直流反接(DC+)，焊絲伸出長度為19～21mm，保護(hù)氣體流量約為25L/min。同一根基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換大梁的所有分段全部定位好后，方可進(jìn)行分段間的對接焊接，并從中間向兩端對稱焊接。根據(jù)“先焊接腹板，再焊接翼緣”的順序，考慮焊縫收縮效應(yīng)，鋼梁分段定位時(shí)，需加放焊接收縮量。

在同一斷面下，腹板立焊優(yōu)先于翼緣對接橫焊前，但上、下翼緣可同時(shí)進(jìn)行焊接。

考慮鋼梁截面尺寸及焊接剖口尺寸后，采用2名焊工進(jìn)行鋼梁對接的腹板焊縫、上翼緣焊縫、下翼緣焊縫焊接，焊接時(shí)間15～17h。以一條軸線大梁為例，每條焊縫的焊接先后順序如圖5所示。

圖5 大梁焊接順序

根據(jù)轉(zhuǎn)換大梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采取整體對稱焊接，且同一斷面腹板與翼緣不同時(shí)進(jìn)行。焊接過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)標(biāo)高、水平度、垂直度。按上述方式焊接鋼骨梁，可保證鋼骨梁焊縫不被焊接殘余應(yīng)力所拉裂。

待基礎(chǔ)鋼梁施工完成后，進(jìn)行綱筋綁扎。在鋼骨梁翼緣處，預(yù)留比箍筋直徑大2個(gè)規(guī)格的箍筋孔。安裝箍筋時(shí)，需用上部縱筋承托上半段箍筋，而上部縱筋的排布需在鋼骨梁上翼緣上部縱筋馬凳安裝完成后進(jìn)行。由于鋼梁下翼緣與墊層間有1 000mm距離，因此箍筋采用U形直螺紋對接形式，以便箍筋分別從上、下翼緣處穿過，穿過后用直螺紋套筒將2段U形箍筋連成整體。

箍筋安裝完成后，下部縱筋從箍筋與下翼緣間的空隙穿入，沿鋼梁長度方向的兩端進(jìn)行?？v筋間用直螺紋套筒連接，鋼筋排布規(guī)則后進(jìn)行綁扎。

3.2 多腔體鋼柱內(nèi)套鋼筋籠施工技術(shù)

在基礎(chǔ)施工階段，提前預(yù)埋地腳螺栓，用來固定基礎(chǔ)段鋼柱。利用∟75×75×6 或10mm厚扁鐵制作地腳螺栓定位框，在扁鐵上按圖紙定位開好地腳螺栓孔，確保螺栓孔定位準(zhǔn)確，用角鋼將上、下層扁鐵連接成整體，確保地腳螺栓及定位框的整體穩(wěn)定。

利用全站儀進(jìn)行軸線放樣(坐標(biāo))，錨框中心與軸線放樣點(diǎn)重合后進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整。先讓地腳螺栓穿過錨框上的螺栓孔，然后對每根地腳螺栓進(jìn)行測量放樣(標(biāo)高、坐標(biāo))，保證定位準(zhǔn)確，地腳螺栓利用鋼筋與底板鋼筋進(jìn)行剛性連接。該步驟施工時(shí)，每根地腳螺栓須按要求精確定位安裝，否則在后期安裝基礎(chǔ)段鋼柱時(shí)，螺栓將無法穿過鋼柱螺栓孔，為后續(xù)施工造成困難。地腳螺栓定位如圖6所示。

圖6 地腳螺栓定位

安裝完成后，對地腳螺栓的安裝位置、垂直度、水平標(biāo)高、相鄰距離偏差及水平標(biāo)高偏差進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

地腳螺栓定位框預(yù)埋完成后進(jìn)行底板鋼筋的綁扎，綁扎過程中地腳螺栓定位框應(yīng)盡量保持穩(wěn)定，避免位置被擾動(dòng)。鋼筋綁扎完畢后，進(jìn)行地腳螺栓的定位框坐標(biāo)復(fù)核工作，并用鋼筋或角鋼與底板鋼筋進(jìn)行剛性連接。若發(fā)現(xiàn)地腳螺栓定位框在綁扎鋼筋過程中出現(xiàn)偏差，應(yīng)立即進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整到位后進(jìn)行剛性固定。實(shí)際工程施工時(shí)，地腳螺栓固定牢固后，后期安裝鋼柱時(shí)，發(fā)生鋼柱柱腳孔與地腳螺栓對不上的現(xiàn)象，最后只能通過切割柱腳孔的方式來解決。發(fā)生上述現(xiàn)象的原因是地腳螺栓在綁扎鋼筋時(shí)發(fā)生了偏移，因此須對地腳螺栓的位置進(jìn)行及時(shí)糾偏。

為保證鋼柱能順利套進(jìn)鋼筋籠，確保插筋定位準(zhǔn)確，采用厚5mm鋼板，按照與鋼柱同截面尺寸制作預(yù)留插筋限位框(見圖7)，對鋼柱內(nèi)鋼筋骨架進(jìn)行限位，限位框上預(yù)留螺栓孔位置與鋼柱柱腳上的定位孔完全一致，通過此方法能確保鋼柱內(nèi)的預(yù)留插筋不偏位，同時(shí)，由于限位框?qū)Φ啬_螺栓產(chǎn)生了二次定位，因此在澆筑混凝土過程中可有效保證地腳螺栓定位準(zhǔn)確。限位框待混凝土澆筑施工完成后再拆除，以便循環(huán)使用。

圖7 預(yù)留插筋限位框

豎向插筋綁扎過程中鋼筋籠不得超過限位框的范圍，否則鋼筋籠中將無法插入鋼柱。此限位框充分保證了地腳螺栓的精度及鋼柱插筋定位限制，豎向插筋安裝前，管理人員要做好盯控工作，確保定位框安裝完畢后再進(jìn)行鋼筋綁扎。

豎向插筋安裝過程中，要控制好鋼筋的插入深度。由于鋼筋已提前加工完成，若鋼筋錨入基礎(chǔ)深度偏小，勢必會(huì)造成柱筋頂端標(biāo)高超高，從而與鋼柱水平隔板造成沖突，使鋼柱無法安裝就位。因此豎向插筋的標(biāo)高控制也是施工重點(diǎn)，在過程監(jiān)督及驗(yàn)收時(shí)需著重檢查。

鋼筋籠箍筋外側(cè)采用與混凝土等強(qiáng)度的圓形水泥墊塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)矩形水泥墊塊，圓形水泥墊塊通過豎向平行的3道措施鋼筋進(jìn)行綁扎固定(φ10光圓鋼筋)，沿高度方向每900mm綁扎1道水平構(gòu)造筋固定水泥墊塊(見圖8)。綁扎水平構(gòu)造鋼筋時(shí)，特別注意綁絲要牢固，否則鋼柱在下降過程中易發(fā)生碰撞造成水泥塊脫落。

圖8 圓形水泥墊塊布置

采用圓形水泥墊塊，一方面起到鋼筋保護(hù)層約束作用，另一方面可減小鋼柱安裝過程中下插階段遇鋼筋籠時(shí)的阻力，避免鋼柱腔體內(nèi)部與鋼筋骨架碰撞產(chǎn)生變形。

豎向鋼筋籠綁扎完成后，可進(jìn)行底板混凝土澆筑，混凝土澆筑前應(yīng)再次復(fù)核地腳螺栓定位，并用PVC套管對地腳螺栓進(jìn)行保護(hù)，防止地腳螺栓被混凝土污染?；炷翝仓^程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測地腳螺栓的位置偏差，若超標(biāo)應(yīng)立即進(jìn)行校正，直至滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。

在鋼柱吊裝前，應(yīng)該嚴(yán)格核查驗(yàn)收已竣工的預(yù)埋螺栓軸線間距，校正地腳螺栓的彎曲變形，絲扣的損傷須用鈑牙修理。使用履帶式起重機(jī)將鋼柱預(yù)埋段安裝在地腳螺栓上，鋼柱就位時(shí)調(diào)整鋼柱與軸線的偏差，使其符合規(guī)范要求。

利用經(jīng)緯儀校正鋼柱垂直度，緊固鋼柱的地腳螺栓螺母，固定鋼柱。鋼柱吊裝時(shí)，采用人工對鋼筋籠進(jìn)行微調(diào)，確保鋼柱順利下落就位。若鋼柱在下落過程中發(fā)生卡頓，切不可生硬安裝，以免鋼柱下落的重力造成鋼筋骨架的損壞，通過對鋼筋骨架進(jìn)行4個(gè)方向的調(diào)整來解決與鋼柱的沖突問題，若局部箍筋過大造成鋼柱無法套入鋼筋籠，則需要對局部箍筋進(jìn)行更換。

鋼柱的標(biāo)高和垂直度偏差可通過在柱腳板底加設(shè)墊鐵的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，且整個(gè)鋼柱垂直度也可通過調(diào)節(jié)墊塊進(jìn)行偏差控制，如有超差應(yīng)及時(shí)調(diào)整至符合設(shè)計(jì)要求。鋼柱調(diào)整就位后，安裝地腳螺栓與鋼柱腳上部的螺母，鋼柱腳通過鋼墊塊和螺母共同固定，確保在柱腳混凝土澆筑前，鋼柱有足夠的穩(wěn)定性。

4 應(yīng)用效果

4.1 大型鋼骨混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁施工技術(shù)

通過焊接墊層預(yù)埋鋼板與支撐胎架，保證了支撐胎架的穩(wěn)定性；通過焊接支撐胎架與鋼骨梁接觸面，可有效保證鋼骨梁側(cè)向穩(wěn)定性及安裝精度的控制。采用大型鋼骨混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁施工技術(shù)，可有效解決地上荷載對地鐵軌行區(qū)的影響，可直接將荷載傳遞至地基，保證地下既有建筑不受影響；同時(shí)解決了施工時(shí)鋼骨梁和鋼筋綁扎的工序沖突問題，為類似工程施工提供了參考，社會(huì)效益顯著。

4.2 多腔體鋼柱內(nèi)套鋼筋籠施工技術(shù)

多腔體鋼柱內(nèi)套鋼筋籠施工技術(shù)在北京某站房工程中得到了有效應(yīng)用。在鋼柱吊裝前，將腔體內(nèi)部鋼筋框架一次綁扎成型，再進(jìn)行鋼柱吊裝，避免鋼柱分段引起的二次焊接，不但降低了人工成本，還縮短了施工工期，同時(shí)也減少了因二次焊接作業(yè)造成的光污染和空氣污染。

該技術(shù)能避免內(nèi)部腔體隔板因鋼筋施工工序造成無法焊接的難題，提升了工藝的合理性，有利于保證鋼結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。

在鋼柱吊裝就位穿入內(nèi)部鋼筋籠過程中，該技術(shù)有利于順利完成吊裝就位，避免因鋼柱下落造成內(nèi)部鋼筋骨架變形，有利于維護(hù)內(nèi)部鋼筋骨架原狀和提高鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系的施工質(zhì)量，同時(shí)也提高了這類鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的施工效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

該技術(shù)適用于鋼筋骨架布置在鋼柱腔體內(nèi)部的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，且鋼柱腔體內(nèi)部工藝隔板造成高度的不均勻性，想得到較合理的巖體力學(xué)參數(shù)，除要結(jié)合實(shí)際情況選取合適的試驗(yàn)方法，還要進(jìn)行綜合考慮分析，才能獲取有效的巖體力學(xué)參數(shù)。

5 結(jié)語

通過大型鋼骨混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁可有效解決跨地下空間荷載傳遞的問題，施工的關(guān)鍵技術(shù)在于鋼骨梁和鋼筋穿插施工工序與配合條件的預(yù)留措施。

大型鋼骨混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁可有效保護(hù)地下既有結(jié)構(gòu)，隨著我國土地的不斷開發(fā)，基建的不斷完善，研究大型鋼骨混凝土基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換梁的施工，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，不僅會(huì)給城市地下和地上空間疊合開發(fā)提供便利，而且會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)提供更安全的保障。