周小忠

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司，北京 100000）

0 引言

單純的鋼結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度、跨度大的特點(diǎn)，但防火性能、抗銹蝕能力相對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有所不如；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、耐火性較好，相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材，但自重大、抗拉強(qiáng)度低。為此，將兩者結(jié)合，成為新型的建筑結(jié)構(gòu)體——型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)集合了型鋼和鋼筋混凝土各自的優(yōu)勢(shì)，在大跨度工程建造中得到良好的應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)不僅在橋隧工程中得到應(yīng)用，更在房建工程中，如大型場(chǎng)館、車站、超高層建筑等工程中得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。為此，研究分析其施工技術(shù)不僅有利于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也有利于推動(dòng)行業(yè)的進(jìn)步，以期對(duì)房建工程中鋼混結(jié)構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展有所助益。

1 工程概況及重難點(diǎn)分析

1.1 工程概況

濟(jì)南東車輛段整體布局分為蓋板下部分和蓋板上部分。蓋板下部為車輛段各功能用房，分別包括檢修庫(kù)、停車列檢庫(kù)、鏇輪庫(kù)結(jié)構(gòu)等功能性用房，主要承擔(dān)R3線車輛的停放、車輛的檢修及維護(hù)保養(yǎng)任務(wù)，是確保列車運(yùn)行安全的生命線。蓋上部分主要是為后期房地產(chǎn)二次開發(fā)預(yù)留房建結(jié)構(gòu)柱及防水工程，型鋼柱高出樓面1.5m，樓面以上部分用泡沫混凝土對(duì)型鋼柱做保護(hù)，房建工程施工時(shí)鑿除泡沫混凝土，作為房建承重結(jié)構(gòu)。

1.2 工程重難點(diǎn)分析

由于工程中大體量、大跨度結(jié)構(gòu)較多，其力學(xué)性能要求嚴(yán)格，這使得型鋼和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)合及安裝過程成為施工重點(diǎn)。具體到施工過程中，其重難點(diǎn)包括：

（1）型鋼與鋼筋混凝土中鋼筋相交點(diǎn)多，鋼柱與梁縱筋安裝、鋼柱與柱周主筋及箍筋安裝難度大；

（2）型鋼設(shè)計(jì)量大，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)類型繁多，施工工藝較復(fù)雜；

（3）單個(gè)結(jié)構(gòu)柱、梁尺寸大，重量大，致使吊裝難度大。

2 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

2.1 施工工藝流程

型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)主要施工工藝流程見圖1所示。

圖1 型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)主要施工工藝流程圖

施工工藝流程中，各步驟技術(shù)重點(diǎn)為：在型鋼安裝中，型鋼柱采用多節(jié)柱且垂直結(jié)構(gòu)，其吊裝、測(cè)量定位較為關(guān)鍵；在型鋼梁的模板支設(shè)中，需要分底模和側(cè)模兩次支設(shè)。型鋼梁與型鋼柱混凝土結(jié)構(gòu)施工流程基本相似，以下重點(diǎn)探討型鋼柱安裝、型鋼綁筋、型鋼柱和梁模板支設(shè)、型鋼澆筑四個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2 型鋼柱安裝

型鋼柱的安裝流程：施工準(zhǔn)備→地腳螺栓預(yù)埋→柱基測(cè)量放線→構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收→吊裝就位→臨時(shí)固定→測(cè)量定位→焊接及檢驗(yàn)。其安裝過程中工藝重點(diǎn)和難點(diǎn)主要是吊裝就位、測(cè)量定位及焊接三個(gè)環(huán)節(jié)。

2.2.1 吊裝就位

型鋼構(gòu)件經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)合格后，根據(jù)工程進(jìn)度進(jìn)入吊裝環(huán)節(jié)。其吊裝技術(shù)重點(diǎn)在于吊裝機(jī)械的選型、安全控制。具體包括：起重機(jī)械及吊點(diǎn)的選擇。吊裝方案中起重機(jī)的選擇，必須優(yōu)先考慮最大起重高度，以此為基準(zhǔn)選擇站車位置，并查詢起重機(jī)特性曲線，選擇合適的起重機(jī)[1]。該工程采用130T履帶式起重機(jī)，吊索采用Ф24（6×37）鋼絲繩。型鋼柱吊點(diǎn)設(shè)置在柱頂部，通過專用吊具與焊在柱頂兩側(cè)面耳板螺栓相連。起重安全控制：起重前，由現(xiàn)場(chǎng)專職安全管理員認(rèn)真核對(duì)起重機(jī)的性能參數(shù)、鋼絲繩的型號(hào)和外觀質(zhì)量；起吊時(shí)，專人指揮，先行試吊后，一次吊裝到位，避免空中搖擺晃動(dòng)；起吊到位后，攀爬摘鉤人員要等構(gòu)件放置穩(wěn)定后方可攀爬，摘鉤后不得利用起重機(jī)抽鉤。

2.2.2 測(cè)量定位

型鋼柱作為直立結(jié)構(gòu)，且安裝高度高，局部位置采取兩節(jié)柱的組合方式，型鋼柱在出廠前要進(jìn)行預(yù)拼裝，保證拼裝后兩節(jié)鋼柱在同一軸線上?，F(xiàn)場(chǎng)采用分節(jié)吊裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝關(guān)鍵環(huán)節(jié)是測(cè)量定位。其重點(diǎn)主要包括標(biāo)高、垂直度及中心位置的控制[2]。為保證標(biāo)高和定位中心軸線的準(zhǔn)確性，每根鋼柱都采用雙人雙儀器測(cè)量的方式，用于降低人為因素的測(cè)量誤差。鋼柱安裝定位后，通過連接底板上的四角螺栓調(diào)節(jié)標(biāo)高和中心位置，調(diào)整到位后，安裝墊板楔鐵。安裝時(shí)要時(shí)刻做好標(biāo)高和中心位置的檢測(cè)。利用經(jīng)緯儀進(jìn)行雙向同時(shí)定位測(cè)量，利用纜風(fēng)繩進(jìn)行調(diào)節(jié)。兩臺(tái)經(jīng)緯儀安裝時(shí)需要沿縱橫兩個(gè)方向設(shè)置，其各個(gè)方向的垂直度偏差不大于高度的1/1000，且不大于10mm。

2.2.3 焊接

在上下節(jié)柱安裝調(diào)整定位后，需要對(duì)上下節(jié)之間進(jìn)行焊接永久性固定。而鋼柱作為大跨度房建結(jié)構(gòu)的主要受力支撐，其焊接質(zhì)量是主要控制點(diǎn)。包括焊前的焊接工藝評(píng)定、焊接過程控制、焊后檢驗(yàn)環(huán)節(jié)。

焊接前進(jìn)行焊接工藝評(píng)定[3]。根據(jù)鋼材型號(hào)，廠家的焊接試驗(yàn)性能報(bào)告，并根據(jù)有關(guān)資料編制預(yù)焊接工藝規(guī)程，對(duì)焊接試件進(jìn)行焊接。為保證工程焊縫焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)焊接工人、焊機(jī)設(shè)備和焊材均由型鋼加工廠家組織提供，保證型鋼柱安裝質(zhì)量。由于現(xiàn)場(chǎng)條件與廠區(qū)條件不同，在現(xiàn)場(chǎng)施焊前應(yīng)先進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，在焊接工藝評(píng)定合格后，并據(jù)此編制焊接工藝卡或焊接作業(yè)指導(dǎo)書后，方可進(jìn)入正式施焊。該工程焊接工藝評(píng)定后，Q345與Q345鋼之間焊接采用E50型焊條，Q235與Q235鋼之間焊接應(yīng)采用E43型焊條。并采用CO2氣體保護(hù)焊的形式，避免焊接過程中焊材受氧化。

焊接過程中，為保證焊縫質(zhì)量，一方面要采用二氧化碳作為保護(hù)氣體，且現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)力大于2m/s時(shí)要設(shè)置防風(fēng)棚，相對(duì)濕度不得大于90%，并注意現(xiàn)場(chǎng)不得存在較大粉塵污染，應(yīng)清潔干燥；另一方面要防止焊接變形，施焊時(shí)由兩人對(duì)稱焊接，且應(yīng)同步進(jìn)行[4]。

焊接后對(duì)型鋼進(jìn)行檢驗(yàn)，保證焊接質(zhì)量。

2.3 型鋼綁筋

型鋼柱與柱周圍的主筋、箍筋的交叉點(diǎn)較多，交叉位置較為復(fù)雜，是工程中的重難點(diǎn)之一。在前期設(shè)計(jì)過程中，可以考慮應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)鋼柱與鋼筋之間的空間關(guān)系和位置進(jìn)行提前設(shè)計(jì)，經(jīng)過碰撞試驗(yàn)，確?？臻g關(guān)系合理有序，不出現(xiàn)矛盾。而在施工過程中，要按圖施工，確定好型鋼柱主筋的穿插、箍筋的安裝位置等要求。

2.3.1 型鋼柱主筋穿插

型鋼柱主筋位置必須準(zhǔn)確，否則將影響梁筋及柱箍筋穿過腹板預(yù)留孔。為保證主筋位置準(zhǔn)確，在型鋼柱鋼筋綁扎完成后，應(yīng)放置專用定位筋卡座對(duì)主筋位置進(jìn)行定位保護(hù)，防止鋼筋偏位。

2.3.2 型鋼柱箍筋綁扎

箍筋綁扎需要分兩種情況，一種情況是箍筋從柱子兩側(cè)穿過（見圖2所示）；另一種則是截面大的鋼柱，箍筋無法穿過鋼柱，則需要提前在鋼柱上加設(shè)肋板，箍筋在安裝時(shí)直接焊接在肋板上。焊接時(shí)必須考慮焊接牢固性，單面施焊不小于鋼筋直徑的10倍，雙面施焊時(shí)不小于鋼筋直徑的5倍。

圖2 鋼柱箍筋綁扎截面示意圖

2.3.3 型鋼柱與型鋼梁節(jié)點(diǎn)鋼筋安裝

該工程由于蓋板上部要為后期房地產(chǎn)開發(fā)預(yù)留房建基礎(chǔ)接口，型鋼柱設(shè)計(jì)時(shí)高出樓板面1.5m，梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋連接比較復(fù)雜，鋼筋連接方式直接影響梁柱傳力性能，為保證工程施工質(zhì)量，經(jīng)設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理共同研究提出了兩種梁柱鋼筋連接方式（見圖3）：（1）鋼筋與型鋼柱翼緣板相交接的部位，采用鋼筋接駁器（螺紋套筒）連接，接駁器與型鋼柱采用角焊固定，這種連接方式對(duì)鋼筋下料長(zhǎng)度、鋼筋端部垂直度及平整度精度要求比較高，且要求相鄰兩根型鋼柱上的接駁器螺紋方向應(yīng)相反。在安裝時(shí)先安裝型鋼柱兩端上鋼筋，后安裝中間的鋼筋，接駁器安裝要用專用扭矩扳手?jǐn)Q緊，且保證外露螺紋1.5～2絲。（2）梁鋼筋與型鋼柱腹板相交的部位，通過型鋼柱預(yù)留孔，采取鋼筋直接穿越的連接方式。型鋼柱加工時(shí)根據(jù)梁截面鋼筋位置，用鉆機(jī)開孔，孔徑比鋼筋直徑大4mm，要求孔底標(biāo)高應(yīng)與鋼筋設(shè)計(jì)底標(biāo)高一致。

圖3 鋼柱與梁鋼筋連接平面及剖面示意圖

2.4 型鋼柱、梁模板安裝

型鋼柱、梁模板安裝的控制重點(diǎn)主要有模板平面位置控制、模板接縫處理以及模板運(yùn)輸?shù)跹b安全控制，該工程立柱模板選用定型鋼模板，梁采用木模板。

2.4.1 模板準(zhǔn)備

立柱模板材料采用鋼模板，尺寸按照組合模板每節(jié)3m設(shè)計(jì)，頂部調(diào)節(jié)段采用0.5m、1m、1.2m、1.5m模板，工程選擇25T起重機(jī)配合安裝。為保證不漏漿，選擇的模板要求表面光滑、平整，邊角部位平整、順直，接頭部位嚴(yán)密[5]。在全部檢查完畢后，對(duì)連接面進(jìn)行打磨拋光，然后試組合。

2.4.2 型鋼柱模板安裝

模板與鋼筋籠之間的位置控制，在上一步鋼筋綁扎中，在拉梁和承臺(tái)頂面處預(yù)埋短鋼筋頭，同時(shí)在高度方向上每間隔1m在型鋼柱上焊接一根定位鋼筋，橫向間距約0.5m，用于控制模板與鋼筋之間的距離；根據(jù)型鋼柱的放樣點(diǎn)位，在外側(cè)模板上使用崩線法調(diào)整，使上下不同模板相對(duì)位置呈直線；采用線墜法控制模板安裝垂直度。設(shè)置纜風(fēng)繩對(duì)模板進(jìn)行固定，用于防止混凝土澆筑時(shí)模板受力傾斜。為保證接縫處嚴(yán)密不漏漿，接縫處采用雙層雙面膠密封，用接縫螺栓擰緊；模板底部采用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿墊層密封。

2.4.3 型鋼梁模板安裝

鋼梁模板的安裝工序與型鋼柱類似，但要考慮鋼筋綁扎時(shí)的可操作性，因此模板需要分兩次安裝。在鋼筋綁扎前先支底模，在鋼筋安裝綁扎完畢，并與型鋼結(jié)構(gòu)連接后，再進(jìn)行側(cè)模支設(shè)。

2.5 型鋼混凝土澆筑質(zhì)量控制

該工程型鋼混凝土柱主要尺寸型號(hào)有2000mm×1800mm、1800mm×1600mm 兩種，型鋼梁主要尺寸有1800mm×1200mm、1800mm×1000mm、1800mm×900mm等，其截面尺寸都較大，屬于大體積混凝土施工，其混凝土澆筑質(zhì)量直接影響蓋板上后續(xù)房建工程施工結(jié)構(gòu)承載力。為此，型鋼混凝土的澆筑，重點(diǎn)要把控混凝土質(zhì)量以及澆筑時(shí)的密實(shí)度。

2.5.1 混凝土材料質(zhì)量控制

工程采用C60高強(qiáng)商用混凝土，并現(xiàn)場(chǎng)澆筑的形式。對(duì)混凝土坍落度要求為20～22cm，控制混凝土拌合溫度及到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)入模溫度，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行坍落度及混凝土入模溫度測(cè)試，不符合要求的通知商混供應(yīng)站，由于C60混凝土黏度大，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁加水稀釋。

2.5.2 混凝土澆筑入模質(zhì)量控制

混凝土澆筑時(shí)要控制好入模溫度，夏天炎熱時(shí)入模溫度應(yīng)不大于35℃，宜選擇晚間或夜間施工，現(xiàn)場(chǎng)溫度高于35℃時(shí)，宜對(duì)金屬模板及鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行澆水降溫，但不得留有積水。當(dāng)冬期施工時(shí)入模溫度不低于5℃，并應(yīng)采取保溫措施?？紤]型鋼柱鋼骨與鋼筋十分密集，空間狹小，如果直接從頂部澆筑往往難以到達(dá)底部，會(huì)產(chǎn)生類似篩子的作用造成混凝土原材料的過濾分離。為此，在前期型鋼制作時(shí)，加勁肋板中心要預(yù)留Φ300mm的預(yù)留孔以及柱中心預(yù)留4個(gè)R200排氣孔兼做振搗孔，Φ300mm的預(yù)留孔用于安裝Φ200混凝土導(dǎo)管,導(dǎo)管離柱底間距不大于2m?；炷翉膶?dǎo)管灌入可順柱中向四周均勻流動(dòng)，橫向鋼筋起到了橫向通流作用。柱子澆筑時(shí)應(yīng)在底部先灌入50～100mm厚與混凝土同等級(jí)的砂漿。需要注意，導(dǎo)管要隨著混凝土面的上升同步提升，由于C60高強(qiáng)混凝土黏度大，埋入混凝土容易產(chǎn)生堵管。

2.5.3 混凝土振搗質(zhì)量控制

為了保證鋼柱、梁鋼骨與鋼筋間填充密實(shí)，應(yīng)該采用分層澆筑的原則，分層厚度宜控制在1～1.5m左右，在每一層混凝土入模后，應(yīng)立即用棒式振搗器振搗，保證型鋼周圍混凝土密實(shí)，特別是型鋼柱每塊加勁肋板底部極容易產(chǎn)生空隙，在澆筑施工時(shí)要通過預(yù)留孔進(jìn)行細(xì)致振搗，直至排氣孔無氣泡排出方可停振。同時(shí)要控制好振搗深度，在上層混凝土振搗時(shí)應(yīng)穿過分界面插入下層混凝土5cm，消除界面混凝土不均勻性。同時(shí)，要控制不得過振，造成沁水離析現(xiàn)象。搗振時(shí)要對(duì)稱振搗，振動(dòng)棒按照對(duì)稱方向來回振搗，保證柱的四周、梁的兩側(cè)混凝土密實(shí)度、均勻度一致。

3 結(jié)束語

綜上所述，濟(jì)南市軌道交通R3線一期工程中濟(jì)南東車輛段梁、柱安裝工程是型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)的典型應(yīng)用。該項(xiàng)目獲得以下經(jīng)驗(yàn)：型鋼柱的安裝中，由于受力大，其安裝的位置、標(biāo)高及垂直度控制十分重要，要通過經(jīng)緯儀做好觀測(cè)，其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從地面引測(cè)，而不能從下節(jié)柱頂引上，避免累積誤差；焊接質(zhì)量決定了鋼柱強(qiáng)度，其控制關(guān)鍵在于焊接工藝評(píng)定、焊后外觀和無損檢測(cè)；型鋼的鋼筋綁扎涉及到主筋、箍筋節(jié)點(diǎn)較多，重點(diǎn)做好主筋穿插、箍筋焊接等，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖綁扎；型鋼構(gòu)件支?？紤]型鋼梁結(jié)構(gòu)的擺放形式，為有利于鋼筋綁扎，應(yīng)先安裝底模，再綁扎鋼筋，最后支設(shè)側(cè)模，確保鋼筋綁扎效率和支模質(zhì)量；型鋼澆筑環(huán)節(jié)，要重點(diǎn)考慮澆筑的密實(shí)度和均勻性，要在澆筑時(shí)按照預(yù)留灌注孔澆筑，確保梁、柱底部填充到位；并按照分層澆筑、對(duì)稱搗鼓的原則，確保填充密實(shí)、均勻。