复杂钢结构与钢筋综合施工技术*

杨振龙，张宏岩，冯昊楠，姜 苏，郭 祺，高春源

(中铁建工集团有限公司，北京 100070)

1 工程概况

北京某站房改建工程采用双层车场设计，普速车场位于首层，采用上进下出的流线方式；高架车场位于地上3层，采用下进下出的流线方式；候车层位于地上2层。该工程建筑面积40万m2，屋盖最大投影长度516m，宽度346m。其中，中央站房区顺轨向长度为308m，西站房长132m，东站房长70m,高架车场雨棚宽168.5m。

东站房基础钢结构为东站房上部结构的承载传力结构，防止上部荷载对地铁轨行区造成影响，其基础形式为钢骨混凝土基础转换梁。地上结构采用钢框架结构+楼承板混凝土组合结构形式，主要功能为旅客接送平台及火车站站内人员办公。

中央站房地下室局部为人防结构。由于人防结构承受荷载能力要求高，因此在多腔体箱形柱内需套钢筋笼，以增强箱形柱在根部与筏板的连接强度。多腔体柱内套钢筋高6m，钢筋笼主筋直径为32mm，钢柱分为4个腔体，每个腔体需套入相应的钢筋笼，要保证每个钢筋笼均定位准确，且其垂直度偏差要控制在允许范围内非常困难，需根据多腔体箱形柱及钢筋笼特点进行相应的技术分析。

2 施工重难点

2.1 钢骨混凝土转换梁施工特点

1)超挖基础转换梁部位的土方高度为1m，以便利用该空间进行箍筋安装。钢骨梁与垫层间支撑胎架为钢骨梁的箍筋安装提供良好的操作空间，使钢骨梁施工与箍筋安装工作井然有序。

2)钢骨梁吊装前，通过加固处理支撑胎架对应的局部地基，可有效地承受上部钢骨梁荷载；将钢骨梁支撑胎架提前与埋件进行焊接固定。支撑胎架与钢筋的关系如图1所示。

图1 支撑胎架与钢筋的关系

3)由于支撑胎架为格构式，因此可为转换梁纵筋提供安装空间，相较于传统的大型马凳更快捷。

4)由于支撑胎架顶部设计为竖向钢板，因此在钢梁安装时，可利用竖向钢板的切割或接长灵活调节基础钢梁标高。

2.2 多腔体钢柱内套钢筋笼施工特点

1)基础预留插筋阶段，通过钢柱与其内部钢筋骨架设计定位，制作钢筋限位约束框，使钢筋骨架相对于钢柱位置能达到设计定位的精确度，这是该工艺顺利实现的关键环节。

2)根据设计图纸先绑扎腔体内部的钢筋骨架，骨架成型后，采用圆形水泥垫块代替普通水泥垫块，并紧密地和钢筋骨架绑扎，其布置间距应符合规范要求，以确保水泥垫块在钢柱下穿时能达到充分旋转的效果。

3)吊装前，绑扎好每组钢筋骨架调节绳，通过调整钢筋骨架位置，使钢柱底口与钢筋骨架顺利穿入钢柱腔体内(见图2)，利用钢筋骨架侧壁预先安装的圆形水泥垫块，保证钢柱顺利吊装就位，避免钢柱腔体内部与钢筋骨架的碰撞、变形，提高施工速度与质量。

图2 多腔体钢柱内套钢筋笼

3 关键施工技术

3.1 钢结构基础转换梁施工技术

由于基础转换梁为钢骨混凝土形式，在钢骨上、下翼缘及侧面需绑扎箍筋，但由于下翼缘底部受地基的影响，限制底部箍筋向上穿设的空间，因此须将土方多向下开挖1m，以保证箍筋与纵筋安装的操作空间，H型钢骨与基础间用支撑胎架进行架设(见图3)。

图3 支撑胎架示意

基础施工前，钢结构需提前进行深化，根据基础梁钢筋规格与排布，提前在钢骨梁翼缘及腹板处留设穿筋孔，在Revit模型中确认钢结构深化的合理性，如与钢筋有碰撞，则需提前进行相应调整。

基础大梁截面尺寸为H3 400×2 900×50×70，H3 900×2 900×50×70，根据履带式起重机吊装通道布置和性能，对转换基础大梁进行分段，如图4所示。每节转换大梁分段长6～8m，重36～44t，最重钢梁分段重47t。

图4 分段支撑布置

每节转换基础大梁下部设置4个临时支撑，支撑下部设置预埋件，并在垫层施工阶段同步完成预埋件施工。

当垫层养护至一定强度后，根据临时支撑布置位置，在埋件上定位临时支撑，调节好支撑上端的支撑钢板标高，支撑与预埋件焊接固定。

整段转换大梁跨越地铁上方，根据大梁下部是否有承台可将大梁划分为承台区和非承台区。承台钢筋在承台区转换大梁下部，为便于承台钢筋的绑扎，将格构式支撑作为基础转换梁支撑形式，支撑立杆采用∟75×75×5，4根立杆间距为400mm。格构支撑底部须与预埋件贴合紧密，且支撑保持竖向垂直，不可倾斜。

吊装前每段钢梁上翼缘两端设置测量定位点，采用全站仪测量精确定位。因钢梁分段较重，后期无法采用常规方法进行校正，因此需待校正测量定位好后方能松钩进行下一分段的吊装。分段定位时须同时测量梁上钢柱及混凝土位置，避免钢梁偏移造成地上结构偏移。

分段定位好后，立即将钢梁分段与下部格构支撑焊接固定。钢梁须与格构支撑贴合紧密，防止接触不均导致承载力不足。

考虑构件形式、焊接特点、焊工操作难度等，本工程大部分焊接采用单面开坡口形式。现场接头采用单面单边V形，其根部间隙约7mm，坡口角度设置为35°。

采用多层多道焊，控制层间温度不超过200℃，每个焊接施工班组长及质检员配置便携式红外线测温仪，来回巡视检查焊缝层间温度。

采用直流反接(DC+)，焊丝伸出长度为19～21mm，保护气体流量约为25L/min。同一根基础转换大梁的所有分段全部定位好后，方可进行分段间的对接焊接，并从中间向两端对称焊接。根据“先焊接腹板，再焊接翼缘”的顺序，考虑焊缝收缩效应，钢梁分段定位时，需加放焊接收缩量。

在同一断面下，腹板立焊优先于翼缘对接横焊前，但上、下翼缘可同时进行焊接。

考虑钢梁截面尺寸及焊接剖口尺寸后，采用2名焊工进行钢梁对接的腹板焊缝、上翼缘焊缝、下翼缘焊缝焊接，焊接时间15～17h。以一条轴线大梁为例，每条焊缝的焊接先后顺序如图5所示。

图5 大梁焊接顺序

根据转换大梁结构特点，采取整体对称焊接，且同一断面腹板与翼缘不同时进行。焊接过程中实时监测结构标高、水平度、垂直度。按上述方式焊接钢骨梁，可保证钢骨梁焊缝不被焊接残余应力所拉裂。

待基础钢梁施工完成后，进行纲筋绑扎。在钢骨梁翼缘处，预留比箍筋直径大2个规格的箍筋孔。安装箍筋时，需用上部纵筋承托上半段箍筋，而上部纵筋的排布需在钢骨梁上翼缘上部纵筋马凳安装完成后进行。由于钢梁下翼缘与垫层间有1 000mm距离，因此箍筋采用U形直螺纹对接形式，以便箍筋分别从上、下翼缘处穿过，穿过后用直螺纹套筒将2段U形箍筋连成整体。

箍筋安装完成后，下部纵筋从箍筋与下翼缘间的空隙穿入，沿钢梁长度方向的两端进行。纵筋间用直螺纹套筒连接，钢筋排布规则后进行绑扎。

3.2 多腔体钢柱内套钢筋笼施工技术

在基础施工阶段，提前预埋地脚螺栓，用来固定基础段钢柱。利用∟75×75×6 或10mm厚扁铁制作地脚螺栓定位框，在扁铁上按图纸定位开好地脚螺栓孔，确保螺栓孔定位准确，用角钢将上、下层扁铁连接成整体，确保地脚螺栓及定位框的整体稳定。

利用全站仪进行轴线放样(坐标)，锚框中心与轴线放样点重合后进行标高调整。先让地脚螺栓穿过锚框上的螺栓孔，然后对每根地脚螺栓进行测量放样(标高、坐标)，保证定位准确，地脚螺栓利用钢筋与底板钢筋进行刚性连接。该步骤施工时，每根地脚螺栓须按要求精确定位安装，否则在后期安装基础段钢柱时，螺栓将无法穿过钢柱螺栓孔，为后续施工造成困难。地脚螺栓定位如图6所示。

图6 地脚螺栓定位

安装完成后，对地脚螺栓的安装位置、垂直度、水平标高、相邻距离偏差及水平标高偏差进行检查验收。

地脚螺栓定位框预埋完成后进行底板钢筋的绑扎，绑扎过程中地脚螺栓定位框应尽量保持稳定，避免位置被扰动。钢筋绑扎完毕后，进行地脚螺栓的定位框坐标复核工作，并用钢筋或角钢与底板钢筋进行刚性连接。若发现地脚螺栓定位框在绑扎钢筋过程中出现偏差，应立即进行调整，调整到位后进行刚性固定。实际工程施工时，地脚螺栓固定牢固后，后期安装钢柱时，发生钢柱柱脚孔与地脚螺栓对不上的现象，最后只能通过切割柱脚孔的方式来解决。发生上述现象的原因是地脚螺栓在绑扎钢筋时发生了偏移，因此须对地脚螺栓的位置进行及时纠偏。

为保证钢柱能顺利套进钢筋笼，确保插筋定位准确，采用厚5mm钢板，按照与钢柱同截面尺寸制作预留插筋限位框(见图7)，对钢柱内钢筋骨架进行限位，限位框上预留螺栓孔位置与钢柱柱脚上的定位孔完全一致，通过此方法能确保钢柱内的预留插筋不偏位，同时，由于限位框对地脚螺栓产生了二次定位，因此在浇筑混凝土过程中可有效保证地脚螺栓定位准确。限位框待混凝土浇筑施工完成后再拆除，以便循环使用。

图7 预留插筋限位框

竖向插筋绑扎过程中钢筋笼不得超过限位框的范围，否则钢筋笼中将无法插入钢柱。此限位框充分保证了地脚螺栓的精度及钢柱插筋定位限制，竖向插筋安装前，管理人员要做好盯控工作，确保定位框安装完毕后再进行钢筋绑扎。

竖向插筋安装过程中，要控制好钢筋的插入深度。由于钢筋已提前加工完成，若钢筋锚入基础深度偏小，势必会造成柱筋顶端标高超高，从而与钢柱水平隔板造成冲突，使钢柱无法安装就位。因此竖向插筋的标高控制也是施工重点，在过程监督及验收时需着重检查。

钢筋笼箍筋外侧采用与混凝土等强度的圆形水泥垫块代替传统矩形水泥垫块，圆形水泥垫块通过竖向平行的3道措施钢筋进行绑扎固定(φ10光圆钢筋)，沿高度方向每900mm绑扎1道水平构造筋固定水泥垫块(见图8)。绑扎水平构造钢筋时，特别注意绑丝要牢固，否则钢柱在下降过程中易发生碰撞造成水泥块脱落。

图8 圆形水泥垫块布置

采用圆形水泥垫块，一方面起到钢筋保护层约束作用，另一方面可减小钢柱安装过程中下插阶段遇钢筋笼时的阻力，避免钢柱腔体内部与钢筋骨架碰撞产生变形。

竖向钢筋笼绑扎完成后，可进行底板混凝土浇筑，混凝土浇筑前应再次复核地脚螺栓定位，并用PVC套管对地脚螺栓进行保护，防止地脚螺栓被混凝土污染。混凝土浇筑过程中，实时监测地脚螺栓的位置偏差，若超标应立即进行校正，直至满足相应的规范要求。

在钢柱吊装前，应该严格核查验收已竣工的预埋螺栓轴线间距，校正地脚螺栓的弯曲变形，丝扣的损伤须用钣牙修理。使用履带式起重机将钢柱预埋段安装在地脚螺栓上，钢柱就位时调整钢柱与轴线的偏差，使其符合规范要求。

利用经纬仪校正钢柱垂直度，紧固钢柱的地脚螺栓螺母，固定钢柱。钢柱吊装时，采用人工对钢筋笼进行微调，确保钢柱顺利下落就位。若钢柱在下落过程中发生卡顿，切不可生硬安装，以免钢柱下落的重力造成钢筋骨架的损坏，通过对钢筋骨架进行4个方向的调整来解决与钢柱的冲突问题，若局部箍筋过大造成钢柱无法套入钢筋笼，则需要对局部箍筋进行更换。

钢柱的标高和垂直度偏差可通过在柱脚板底加设垫铁的方式进行调节，且整个钢柱垂直度也可通过调节垫块进行偏差控制，如有超差应及时调整至符合设计要求。钢柱调整就位后，安装地脚螺栓与钢柱脚上部的螺母，钢柱脚通过钢垫块和螺母共同固定，确保在柱脚混凝土浇筑前，钢柱有足够的稳定性。

4 应用效果

4.1 大型钢骨混凝土基础转换梁施工技术

通过焊接垫层预埋钢板与支撑胎架，保证了支撑胎架的稳定性；通过焊接支撑胎架与钢骨梁接触面，可有效保证钢骨梁侧向稳定性及安装精度的控制。采用大型钢骨混凝土基础转换梁施工技术，可有效解决地上荷载对地铁轨行区的影响，可直接将荷载传递至地基，保证地下既有建筑不受影响；同时解决了施工时钢骨梁和钢筋绑扎的工序冲突问题，为类似工程施工提供了参考，社会效益显著。

4.2 多腔体钢柱内套钢筋笼施工技术

多腔体钢柱内套钢筋笼施工技术在北京某站房工程中得到了有效应用。在钢柱吊装前，将腔体内部钢筋框架一次绑扎成型，再进行钢柱吊装，避免钢柱分段引起的二次焊接，不但降低了人工成本，还缩短了施工工期，同时也减少了因二次焊接作业造成的光污染和空气污染。

该技术能避免内部腔体隔板因钢筋施工工序造成无法焊接的难题，提升了工艺的合理性，有利于保证钢结构施工质量。

在钢柱吊装就位穿入内部钢筋笼过程中，该技术有利于顺利完成吊装就位，避免因钢柱下落造成内部钢筋骨架变形，有利于维护内部钢筋骨架原状和提高钢管混凝土结构体系的施工质量，同时也提高了这类钢管混凝土组合结构的施工效率，经济效益显著。

该技术适用于钢筋骨架布置在钢柱腔体内部的钢管混凝土结构，且钢柱腔体内部工艺隔板造成高度的不均匀性，想得到较合理的岩体力学参数，除要结合实际情况选取合适的试验方法，还要进行综合考虑分析，才能获取有效的岩体力学参数。

5 结语

通过大型钢骨混凝土基础转换梁可有效解决跨地下空间荷载传递的问题，施工的关键技术在于钢骨梁和钢筋穿插施工工序与配合条件的预留措施。

大型钢骨混凝土基础转换梁可有效保护地下既有结构，随着我国土地的不断开发，基建的不断完善，研究大型钢骨混凝土基础转换梁的施工，具有较好的社会效益和经济效益，不仅会给城市地下和地上空间叠合开发提供便利，而且会给建筑结构提供更安全的保障。