地鐵車站型鋼混凝土組合柱施工關鍵技術

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用于高層建筑，并隨著城軌道交通的發展而逐步被廣泛運用在地鐵車站中。相比普通鋼結構或混凝土結構，其具備更好的承載能力和抗震性能，以及混凝土結構和鋼結構的優點。而通過在混凝土柱內增設型鋼，不僅能優化立柱截面尺寸，還能優化空間設計，從而進一步提高整個結構的安全性和承載能力，為后續上蓋物業、商業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，主體結構全長377.5 m，標準段寬20.1 m，車站位于商業地塊開發區域，根據一體化建設規劃，車站頂板上方后續將會設置多棟商業裙房。

考慮到車站頂板上方后續商業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 形型鋼設計，型鋼柱按抗震構造設計，柱腳均采用埋入式柱腳。

3 施工前設計深化

型鋼混凝土結構中型鋼部分的施工可以參照鋼結構工程成熟的技術及工藝，但混凝土部分由于型鋼的設置及自身構造特點而存在節點復雜鋼筋排布困難的情況，在施工之前需要結合實際進行設計方案優化。

型鋼混凝土組合柱設計優化思路主要包括兩方面的內容：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構鋼筋的位置關系，并對主體結構鋼筋的排布、與型鋼的連接方式等提供有力支撐，從而確保現場施工安全、高效、便捷。其中，結構鋼筋和型鋼柱的連接方式主要分為焊接與機械連接兩種，節點處理方式主要有鋼筋穿孔式、加腋環繞式、鋼筋連接套筒式、鋼筋焊接連接板式等。

通常情況下，梁主筋優先選擇在型鋼柱兩側繞開型鋼柱通過，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%（超過時應采取補強措施）。當梁主筋必須與型鋼柱碰撞時，應在型鋼柱上設置連接件；此外，梁主筋與連接件應可靠連接。

值得注意的是，鋼筋直徑的大小、鋼筋的數量、結構鋼筋的布置方式、結構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，設置上下4 排，數量較多、施工難度極大；底板和頂板分布鋼筋均采用φ25 mm 主筋，設置上下兩層，梁柱節點、板柱節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，則勢必增加穿鋼結構鋼筋的數量，從而導致施工難度大大提高，十分影響施工效率。由此可見，必須結合工程本身需要進行設計深化研究，具體來說，即盡量增加繞過鋼結構鋼筋的數量，減少穿鋼結構鋼筋的數量，并同步采取加固措施滿足設計及04SG523《型鋼混凝土組合結構構造》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生不密實的情況，因此，應在型鋼柱加勁板上設透氣孔、澆筑孔，必要時設觀察孔；同時，針對腹板、翼板結構栓釘的布置，應結合圖集要求、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

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：確定型鋼分節長度、構件加工尺寸、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→測量復核→型鋼柱校核→腹板螺栓安裝緊固、翼板全熔透焊接→現場檢測焊縫→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、梁柱節點鋼筋綁扎→中板、梁柱節點混凝土澆筑→站廳層型鋼柱吊裝、拼接→型鋼柱臨時固結→測量復核→型鋼柱校核→腹板螺栓安裝緊固、翼板全熔透焊接→現場檢測焊縫→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加工資質的工廠進行，具體流程：提交型鋼材料計劃和分節單元→復檢→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、探傷檢驗應符合相關標準要求；（3）鋼材、焊接材料、螺栓等應有質量證明書；（4）型鋼焊接質量應符合GB 50661—2011《鋼結構焊接規范》的規定。

4.3 型鋼安裝

型鋼安裝的類型主要包括柱腳預埋安裝，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不同的受力特點采用型鋼埋入基礎底板（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點，相對承載力比較高、剛度較大、穩定性好，而且抗震能力比較大等，但施工難度較非埋入式大。對此，要根據設計圖紙來做出選擇。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計要求，基礎施工完或后吊裝第1 節型鋼柱腳，柱腳與柱腳鋼板進行焊接，然后與預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 中間節安裝

本工程型鋼共有4 種型號，分3 節吊裝拼接施工，吊裝采用車站主體結構施工既有的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致在起吊時磨損構件。

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。臨時固結采用耳板預留的螺栓孔進行，在固結完成后采用腹板螺栓連接，并對翼板進行焊接處理。

由于鋼結構的焊縫設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，且焊接質量需要滿足GB 50661—2011《鋼結構焊接規范》的要求，并在焊接完成后，應進行探傷檢測。

4.3.3 關鍵構造處理

梁柱節點、板柱節點是型鋼施工的核心部位。在進行抗震設計時，要對節點核心區的抗剪承載力進行特殊規定與限制，以保證節點的可靠性。在一般的梁柱框架結構中，框架柱核心區一直是現場鋼筋施工的難點和鋼筋隱蔽驗收的質量檢查重點。

因型鋼混凝土組合柱內有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，施工時應嚴格控制節點施工質量。

根據JGJ 138—2016《組合結構設計規范》和04SG523《型鋼混凝土組合結構構造》，常見的梁柱節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）優點是適用于一般工民建，通過腹板開穿筋孔，結構主筋保持貫通；（2）缺點是腹板穿孔數量大，現場鋼筋綁扎難度大，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小于腹板面積25%，截面損失率＞25%時，應采取補強措施。

2）鋼筋連接套筒式。優點是適用范圍廣泛，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、數量需和現場結構鋼筋一致，不允許出現偏差，施工難度較大。當存在異形梁或異形變截面結構時，容易出現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。優點是適用范圍廣，這種連接方式能較好地應對鋼筋施工偏差的影響，現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。優點是一般適用于高層建筑，受力性能較好；缺點是現場鋼筋焊接量大，對設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點和缺點，在現場實際施工過程中，應綜合考慮安全、技術、經濟、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《組合結構設計規范》要求，一般結構主筋深入支座長度≥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量，尤其是節點施工質量。型鋼結構的驗收包括：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、型鋼柱柱腳預埋驗收、型鋼柱節點拼接驗收、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，驗收結果符合設計圖紙和相關技術標準要求。

5 結語

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，從設計深化節點分析、型鋼加工步驟和質量要求、埋入式柱腳安裝技術、中間節拼裝技術和要求、關鍵構造處理方式、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量。