地鐵明挖車站大尺寸鋼管柱施工技術(shù)

湯 圓 周海芝

(長沙市軌道交通集團有限公司，湖南 長沙 410019)

鋼管柱結(jié)構(gòu)由于其拼裝迅速、承重性能良好，在受力較大部位能有效減少混凝土柱體積，起到承載和傳力作用[1]，在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域得到了越來越多的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。在結(jié)構(gòu)施工中，常采用法蘭盤組裝鋼管柱，并在圓形鋼管柱中澆筑混凝土，將兩種材料進行組合，利用橫向鋼管對受壓混凝土施加側(cè)向約束，延緩其縱向微裂縫發(fā)展，從而提高其抗壓強度和壓縮變形能力，利用內(nèi)填混凝土的支撐作用，增加鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變鋼管的失穩(wěn)模態(tài)，提高結(jié)構(gòu)整體承載能力。但隨著大體量工程的增加，鋼管混凝土的外觀尺寸逐漸增大，常常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)鋼管柱因體積、尺寸、噸位加大施工過程壓縮現(xiàn)場施工空間、增加施工作業(yè)危險和難度的現(xiàn)象。特別在城市地鐵車站施工中，由于周邊環(huán)境復雜、場地狹窄，這種情況尤為突出[2]。

因此，本文結(jié)合地鐵明挖車站結(jié)構(gòu)鋼管柱施工工況，詳細提出了深基坑鋼管柱施工工藝流程和步驟，總結(jié)了在大型鋼管柱施工中需要注意的關(guān)鍵節(jié)點問題，為類似工程提供有效可靠的經(jīng)驗。

1 工程概況

長沙地鐵某車站位于南北主干道交叉，車站呈南北走向。車站外包總長477.26 m，標準寬度25.7 m，采用明挖施工，設(shè)計為地下兩層島式站臺結(jié)構(gòu)。車站施工時標準段基坑深度約18.26 m，車站兩端均為盾構(gòu)始發(fā)井。

該車站主體結(jié)構(gòu)中共有25根鋼管混凝土柱，其中GGZ1型鋼管混凝土柱19根，直徑1 200 mm，GGZ2型鋼管混凝土柱6根，直徑800 mm。鋼管混凝土柱壁厚30 mm(軸所在鋼管柱壁厚25 mm)，鋼管材料為Q345，混凝土采用C50無收縮混凝土，加混凝土微膨脹劑。由于車站地處交通匯集處，空間環(huán)境狹窄，現(xiàn)場鋼管柱整體施作困難，采用分節(jié)安裝鋼管柱，連接次數(shù)不超過兩次，初步擬定將鋼管柱分為3節(jié)。

2 施作準備

2.1 混凝土

頂板、底板、承臺、頂?shù)卓v梁的混凝土強度等級為C35，抗?jié)B等級為P8，中板、中縱梁混凝土強度等級C35。

2.2 鋼管柱

鋼管直徑為1 200 mm和800 mm，壁厚為30 mm。鋼管材料為Q345，鋼管柱的防腐設(shè)計年限不小于15年，環(huán)氧富鋅底漆金屬鋅含量不小于70%，為提高施工效率，可使用快干型環(huán)氧云鐵中間漆。鋼構(gòu)件表面均應(yīng)除銹后，刷防銹漆二道出廠。噴砂除銹后至底漆噴涂時間間隔不得大于4 h。鋼管除銹應(yīng)符合Sa2等級，防腐蝕涂料可選用環(huán)氧類涂料，涂層厚度不小于220 um。

3 工藝流程

根據(jù)車站具體情況，鋼管柱施工區(qū)域根據(jù)底板施工縫劃分，分為24段，每段長20 m左右，由車站南端往北端依次編號為第1段～第24段，由南北兩端往中間依次施工。單根鋼管柱施工至底板向上拼裝和施作鋼管柱與各樓板連接節(jié)點，分3次澆筑鋼管柱內(nèi)混凝土，新舊混凝土交接面應(yīng)與鋼管柱連接處錯開50 cm。鋼管柱柱腳位于底板以下1 070 mm處，通過定位器定位鋼管柱位置，并將鋼管柱同承臺連接成一個整體。鋼管柱同中縱梁連接節(jié)點采用環(huán)梁連接中縱梁、中板鋼筋，其他部位的連接節(jié)點采用焊接環(huán)板連接同鋼管柱相交的鋼筋。各個連接節(jié)點同該處縱梁一同綁扎鋼筋、支模、澆筑。工藝流程為：施工準備→施工鋼管柱柱腳及其與底板梁連接節(jié)點→連接鋼管柱與柱腳，并澆筑第一節(jié)鋼管柱→施工縱梁與鋼管柱連接點→澆筑第二節(jié)鋼管柱→施工頂橫梁、縱梁與鋼管柱節(jié)點→澆筑第三節(jié)鋼管柱與頂橫、縱梁。

3.1 鋼管柱柱腳施作

鋼管柱與底縱梁連接節(jié)點：底縱梁上部外側(cè)一排鋼筋繞過柱子，其他同鋼管柱相交的鋼筋與相應(yīng)位置的焊接環(huán)板焊接，焊接環(huán)板厚30 mm，雙面焊接長度不小于5d，單面焊接長度不小于10d。加強環(huán)板上均勻分布有10個直徑為50 mm的混凝土澆筑孔加強環(huán)厚40 mm。柱節(jié)點范圍焊接抗剪栓釘，柱軸向栓釘(材料為Q345)間距和列距200 mm，直徑22 mm，長度100 mm。節(jié)點處鋼管柱內(nèi)焊有一個內(nèi)加強環(huán)、兩圈加勁條。底縱梁與柱節(jié)點連接完畢后，澆筑底板、底縱梁及鋼管柱，如圖1所示。

3.2 中縱梁與鋼管柱連接節(jié)點

中縱梁與鋼管柱連接處設(shè)置有環(huán)梁，環(huán)梁上部兩排主筋(每排9C32)；中部和下部各一排主筋(中部9C25，下部7C32)，并設(shè)置一排環(huán)梁腰筋C25@200，環(huán)梁箍筋C14@100由兩個大箍筋、兩個小箍筋組成，彎勾角度為135°，長度為10d且不小于75 mm。鋼管柱設(shè)置有上下兩個加強環(huán)，加強環(huán)板上開8個直徑為50 mm的澆灌孔，并由8塊肋板連接兩塊環(huán)板。柱節(jié)點范圍在加強環(huán)之外焊接抗剪栓釘，柱軸向栓釘(材料為Q345)間距和列距為200 mm，如圖2所示。

節(jié)點箍筋為C18，間距為200 mm。鋼管柱內(nèi)焊接有1個內(nèi)加強環(huán)(截面尺寸為50 mm×50 mm)和2圈加勁條(40 mm×40 mm×600 mm，長×寬×高)。柱節(jié)點范圍焊接抗剪栓釘，柱軸向栓釘(材料為Q345)間距和列距為200 mm，直徑22 mm，長度100 mm。以第軸中板與中梁節(jié)點連接圖為例，如圖3所示。

3.3 頂橫縱梁與鋼管柱連接節(jié)點

1)頂縱梁上反。

鋼管柱GGZ1-15～GGZ1-19，GGZ2-1～GGZ2-6位于頂縱梁上反處。鋼管柱外焊接有3塊焊接環(huán)板和2塊下加強環(huán)，焊接環(huán)板厚30 mm，下加強環(huán)厚40 mm。除縱梁下部外側(cè)一排鋼筋、橫梁下部外側(cè)鋼筋繞過柱子外，其他與鋼管柱相交的鋼筋同對應(yīng)的焊接環(huán)板、下加強環(huán)焊接。柱節(jié)點范圍焊接抗剪栓釘，柱軸向栓釘(材料為Q345)間距和列距為200 mm，直徑為22 mm，長度為100 mm。上下環(huán)板由C12鋼筋連接，間距為200 mm，焊接形式為貼焊。節(jié)點箍筋為C18，間距為200 mm。鋼管柱內(nèi)焊接有2個內(nèi)加強環(huán)(截面尺寸為50 mm×50 mm)和一圈加勁條(40 mm×40 mm×600 mm，長×寬×高)。上環(huán)板中心預留一個直徑為600 mm的圓孔，用于澆筑混凝土，上環(huán)板距頂縱梁頂260 mm，如圖4所示。

2)頂縱梁下反。

鋼管柱GGZ1-1～GGZ1-12位于頂縱梁下反處。鋼管柱外焊接有4塊焊接環(huán)板和2塊加強環(huán)，焊接環(huán)板厚30 mm，加強環(huán)厚40 mm。除縱梁下部外側(cè)一排鋼筋、橫梁下部外側(cè)鋼筋繞過柱子外，其他與鋼管柱相交的鋼筋同對應(yīng)的焊接環(huán)板、下加強環(huán)焊接。柱節(jié)點范圍焊接抗剪栓釘，柱軸向栓釘(材料為Q345)間距和列距為200 mm，直徑為22 mm，長度為100 mm。上下環(huán)板由C12鋼筋連接，間距為200 mm，焊接形式為貼焊。節(jié)點箍筋為C18，間距為200 mm。鋼管柱內(nèi)焊接有2個內(nèi)加強環(huán)和1圈加勁條。上環(huán)板中心預留一個直徑為600 mm的圓孔，用于澆筑混凝土，上環(huán)板距頂板頂面300 mm。底縱梁底面到橫梁頂面以下250 mm范圍內(nèi)設(shè)計有鋼筋籠，鋼筋籠主筋為24根C25鋼筋，加強箍筋為C22間距1 500 mm，螺旋鋼筋為C10鋼筋，間距100 mm，鋼筋籠主筋中心直徑為540 mm，以頂橫梁為例，如圖5所示。

3.4 鋼管柱分節(jié)

現(xiàn)場鋼管柱整體施作困難，可分節(jié)安裝鋼管柱，連接次數(shù)不超過兩次，初步擬定將鋼管柱分為3節(jié)，連接處分別設(shè)置與底板以上1 000 mm和中板以上500 mm處。焊接時上下兩節(jié)鋼管柱需垂直、中心重合，接觸面須磨平。鋼管柱的各節(jié)點在焊接前，各構(gòu)件應(yīng)先除銹。

3.5 鋼管柱澆筑

鋼管柱內(nèi)部混凝土分三次澆筑，施工縫應(yīng)錯開鋼管柱連接處，最后一節(jié)鋼管柱通過其上方預留的注漿孔灌注C50混凝土。若一次性澆筑鋼管柱內(nèi)部混凝土，為防止由于混凝土下落高度過大，出現(xiàn)混凝土的離析、鋼管柱底部出現(xiàn)爛根、局部出現(xiàn)砂層，導致混凝土的強度達不到設(shè)計要求而引起質(zhì)量問題，在導管中應(yīng)附設(shè)減速葉片，降低混凝土落速，導管出口附近設(shè)置“彎頭”，減少混凝土沖擊力。

4 關(guān)鍵環(huán)節(jié)施工技術(shù)

4.1 定位器設(shè)計

鋼管柱施工中核心問題是利用測量網(wǎng)控制樁中心和定位器位置設(shè)置，必須建立精確的測量控制網(wǎng)、安裝好定位器，從施工工藝和設(shè)備上加以控制。

定位器是鋼管柱上下階段接縫控制的關(guān)鍵工序，施工控制需要布置在安裝放線之前。定位器上設(shè)置有十字錐形，由鋼板組焊而成，然后由車床整體加工，如圖6所示。施工中應(yīng)采取相應(yīng)措施，保證定位器頂面不平度偏差小于±5 mm。定位器主要構(gòu)件包括定位十字錐板，環(huán)板等構(gòu)件，其中十字錐板實現(xiàn)對鋼管柱的引渡功能，并限定鋼管柱的水平位移；環(huán)板承托鋼管柱，并控制鋼管柱的水平位置及標高(底板底面以1 070 mm)。定位器環(huán)板厚40 mm，外徑1 600 mm，定位器內(nèi)徑1 140 mm，定位器環(huán)板上均勻分布有12個焊點，用于同定位器錨固筋焊接，錨固筋為C28的鋼筋，長700 mm，如圖6所示。

4.2 鋼管柱吊裝

鋼管柱吊裝過程中，吊點一般在離端部0.2L左右為宜。鋼管柱吊裝到位后，先不松開吊鉤，法蘭盤對齊，擰緊螺栓，現(xiàn)場量測確認兩節(jié)鋼管柱中心線重合，偏差小于5 mm，垂直度偏差小于L/1 000，且不大于15 mm，后方可松開吊鉤。鋼管柱柱腳施工完畢，達到拆撐強度后方可吊裝第二節(jié)鋼管柱；鋼管柱與中縱梁連接節(jié)點施工完畢，達到拆撐強度后方可吊裝第三節(jié)鋼管柱。吊裝要求允許偏差如表1所示。

表1 鋼管柱吊裝允許偏差值[4,5]

5 結(jié)語

良好的地鐵車站結(jié)構(gòu)鋼管柱施工質(zhì)量是保障整體車站承載力、車站穩(wěn)定性和上覆道路安全的極其重要的保證[6]。針對地鐵明挖車站大尺寸結(jié)構(gòu)鋼管柱施工，應(yīng)建立精確的測量控制網(wǎng)，布設(shè)定位器，施工過程從鋼管柱柱腳施作、中縱梁與鋼管柱節(jié)點連接、頂橫縱梁與鋼管柱連接等多方面加以控制，以此保證施工質(zhì)量。

參考文獻:

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[3] 李志軍.淺談天津深基坑HPE液壓垂直插入永久鋼管柱施工[J].建筑施工,2011(2):69-71.

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