超大截面劲性砼结构施工技术.pdf

・房建工程・超大截面劲性砼结构施工技术韩锋（中铁建设集团有限公司铁路工程总指挥部北京１０００４０）摘要介绍了高速铁路站房桥建合一超大截面劲性混凝土结构的施工关键技术，阐述了在钢柱、钢梁周围配置钢筋、浇筑混凝土，钢结构柱梁构件和钢筋混凝土形成整体的承载结构体系施工方法，应用该关键施工技术的劲性混凝土结构既能满足高速铁路站房轨道层承载力大和跨度大的要求，又可满足铁路桥梁设计规范要求。关键词劲性混凝土结构铁路站房桥建合一中图分类号ＴＵ７５５文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１３）１１００２１０５ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｔｅｅｌＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＬａｒｇｅＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎＨａｎＦｅｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４０，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｋｅｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆ—ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓｔａｔｉｏｎｂｒｉｄｇｅｂｕｉｌｔｗｉｔｈａｌａｒｇｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｔｅｌａｂｏｒａｔｅｓｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｃｏｌｕｍｎ，ｓｔｅｅｌ—ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｐｏｕｒｉｎｇｃｏｎｃｒｅｔｅａｒｏｕｎｄｔｈｅｓｔｅｅｌｃｏｌｕｍｎｓ，ｂｅａｍｓａｎｄｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｔｏｆｏｒｍａｗｈｏｌｅｂｅａｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍ．Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｋｅｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍｅｅｔｓｎｏｔｏｎｌｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｈｉｇｈ－ｓｐｅｏｄ瑚ｉｌｗａｙｓｔｍｉｏｎｔｒａｃｋｌａｙｅｒｌａｒｇｅｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌａｒｇｅｓｐａｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｂｕｔａｌｓｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｏｄｅｏｆｒａｉｌｗａｙｂｒｉｄｇｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｓｔｉｆｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｒａｉｌｗａｙ—ｓｔａｔｉｏｎ；ｂｒｉｄｇｅｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ１概述劲性混凝土结构由高强混凝土、型钢柱梁、纵向受力钢筋和箍筋组合而成，钢骨与高强混凝土之间相互约束使劲性混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土２种材料各自的优点，同时克服了钢结构容易发生局部屈曲的缺点。增加了结构和构件的延性，改善了由于高强混凝土本身延性差而带来的不利于抗震的脆性特性。高速铁路站房轨道层是承载高速列车通行的重要结构，既要满足铁路桥梁设计施工规范要求，又要满足房屋建筑设计规范要求，在高速铁路站房设计施工中采用桥建合一超大截面劲性混凝土结构可以满足要求。２工程概况合肥南站高铁站房工程是集高速铁路、地铁、——收稿日期：２０１３０７２３道路公共交通换乘于一体的大型现代化交通枢纽。站房建筑面积１６０５６４ｍ２，南北长３６５ｍ，东西宽２０６ｍ，建筑高度３８ｍ。轨道层为高速列车通过层，采用钢筋混凝土框架桥建合一钢柱一钢筋混凝土框架结构，局部有钢骨梁结构，轨道层框架梁板结构承受轨道结构体系、站台梁板结构体系和高铁列车动荷载。最大柱网尺寸为２４．０ｍｘ１８．０ｍ，主要框架柱截面为２．２ｍｘ２．２ｍ、２．２ＩｌｌＸ１．９ｍ、２．２ｍｘ１．６ｍ、２．０ｍｘ１．８ｍ、２．０ｍ×１．３ｍ、１．８ｍｘ１．８ｍ等。“”“”型钢柱截面有十字形和Ｈ形两种，最大钢骨柱构件截面尺寸为１３００ｍｍｘ６００ｍｍｘ３０ｍｍｘ６０ｍｍ，钢骨梁截面尺寸为２５００ｍｍｘ５００ｍｍｘ６０ｍｍｘ５０ｍｍ；型钢柱共２７２根，钢梁共４４根；钢骨柱与承台连接有埋人式和非埋人式２种连接；钢柱钢梁多达到９５００ｔ。铁道建笳技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴ／ＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３仃７Ｊ２１万方数据・房建工程・３施工工艺流程及操作要点３．１工艺流程（见图１）Ｉ准备钢柱、梁现场存放场地卜Ｉ钢柱、梁运至施工现场ｌ现场验收和存放返厂返修ｌ｝焊接安全设施搭设，设置缆风利专业工序交接检查±。一碥｝渺’＼＝少复核轴线、高程、尺寸地脚螺栓安装Ｉ钢骨柱、梁吊装Ｉ测量校正Ｉ高强螺栓初拧、终拧Ｉ柱与柱、柱与梁焊接±一Ｖｌ焊缝处理及焊接外观检验Ｉ返厂返修ｌ焊缝超声波Ｉ探伤检测Ｉ．太—一、卫：曼里弘７临时固定耳板割除Ｉｌ柱主筋套筒连接，套柱箍筋Ｉ梁主筋连接，套梁箍筋Ｉ板筋铺设、绑扎Ｉ支设梁柱模板Ｉ浇筑梁柱混凝土Ｉ养护、拆模、喷涂养护剂图１工艺流程录，保护好控制点及高程引测点。３．２．２机械设备的准备制定机械设备的进场、测试与保养计划。机械设备进场后，对吊装、运输机械设备进行检查、测试。３．２．３进场钢构件验收钢构件进场时应具有出厂合格证，在进场后安装前按设计加工图检查复核构件规格、型号、尺寸、材质、加工质量等。３．３钢骨柱预埋件安装３．３．１地脚螺栓施工流程（见图２）ｌ混凝土垫层浇筑（地脚螺栓Ｉｌ埋设地脚螺１．１地脚螺栓框架ｆ以下）地脚螺栓框架制作广］栓整体框架广］进行初校固定ＩＩ承台混凝土浇筑卜卜扛磊；；夏ｉ斗一地脚螺栓精校Ｈ模板支护图２地脚螺栓施工流程３．３．２预埋件施工要点（１）测量放线首先根据定位控制点及高程控制点测放出构件控制轴线。（２）地脚螺栓固定支架的设计、制作。地脚螺栓支架采用［１２５×８０×１２角钢制作。（３）地脚螺栓的固定支架安装，见图３。图３地脚螺栓固定支架３．２钢结构安装前准备利用定位控制轴线及全站仪将固定支架准确３．２．１定位点和高程的交接及复测就位后，用辅助短钢筋将其与周围承台或柱子钢筋对提供的定位点及高程办完交接手续进行复焊接固定，用保鲜膜缠绕在锚栓螺纹上防止污染，测，并引测好轴线和高程控制点，做好测量成果记浇筑完成后对地脚螺栓的位置复查。２２铁道建筘技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ７７Ｊ万方数据・房建工程・３．４钢骨柱的分节钢骨柱的分节：根据所使用吊装机械的吊装范围及起吊能力，对钢骨柱进行深化分节，具体分节情况见图４。图４３１．７５ｍ十字柱分节图３．５钢骨柱安装流程及技术措施本工程钢骨柱独立高度高，安装需要高空对接，因此需要设计钢骨柱安装爬梯与焊接操作平台。３．５．１首节钢骨柱的安装及技术措施（１）安装钢爬梯钢骨柱吊装前将钢爬梯安装在钢骨柱的一侧，爬梯应安装牢固，用于安装和焊接作业人员上下。（２）吊点设置及起吊方式４个吊点设置在钢骨柱上部外侧的连接耳板上，为防止吊耳在起吊时发生扭转变形，采用专用吊具卡环。单机回转法起吊前，钢骨柱下方要垫上两根截面１５０ｍｍｘ１５０ｍｍ的方木，以避免起吊时柱底与地面接触。（３）柱脚定位—钢柱吊到就位上方高１５０２００ｍｍ时停机悬停保持稳定，按照十字线对准地脚螺栓和钢骨柱底板预留孔，慢慢地落下钢骨柱，使钢骨柱预留孔位穿过地脚螺栓，将底板中心线与基础十字轴线对齐。（４）柱脚底板就位和垂直度校正柱脚底板就位应尽可能在钢柱安装时一步到位，垂直校正采用基底标高调整法，最后的校正可用千斤顶和调整螺母法校正（精度可达±１ｍｍ），见∥图５、图６。在保证单节柱垂直度不超标１０００（日≤为层高），且１０ｍｍ；最后拧紧地脚螺栓，并将钢楔与底板固定牢固。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩ八图５钢骨柱垂直度较正图６钢骨柱轴线位置较正３．５．２二节以上钢骨柱对接技术措施（１）钢柱的对接与标高校正吊装就位后，用连接夹板通过螺栓固定上下耳板，但连接夹板不夹紧，通过起落钩与撬棍垫铁调节上下柱间间隙，通过全站仪或水准仪测量钢骨柱标高偏差调整至±３ｍｍ以内，在柱间间隙楔人钢垫铁，拧紧固定耳板螺栓。（２）柱身扭转调整柱身的扭转偏位较小时，通过在一侧楔入垫铁顶推调整，调整范围一般在３ｍｍ以内，如果偏位超过５“”ｍｍ，则要通过在下节柱上焊的Ｌ型钢板，用千斤顶顶推进行扭转偏位调整。见图７。图７钢骨柱扭转调整（３）割除临时连接板钢骨柱标高、扭转偏位校正完毕后，即可进行上下节柱对接焊缝焊接。钢骨柱对接焊接完成２４ｈ后，经超声波探伤检测合格后，方可松开临时连接板、割除上下节钢骨柱的吊装耳板。（４）钢骨柱高空对接操作平台搭设高空钢骨柱对接需搭设接焊接操作平台，在操作平台上搭设安装挡风围挡，保证焊接施工安全。高空平台采用彬８ｘ３．０ｍｍ钢管或／＿５０ｘ５ｍｍ角钢搭设成型，吊装至钢骨对接位置用连接钢板焊接到钢骨柱翼缘板上，操作平台上满铺木跳板，护栏四周挂密目网防护，见图８。２０１３门７Ｊ２３万方数据・房建工程・图８焊接操作平台及安全防护３．５．３插入式钢骨柱承台施工步骤承台垫层施工后，承台底筋绑扎完成，钢骨柱地脚锚栓预埋安装，见图９。图９钢骨柱地脚螺栓预埋（ｍｍ）—预埋首节钢骨柱重量为约６１０ｔ，最小吊装半径为１０ｉｎ，采用１００ｔ汽车吊站于承台之间运输通道上进行吊装作业。预埋钢骨柱安装完成，承台第二次混凝土浇筑。然后吊装第二节、第三节钢骨柱。第二节、第三节钢骨柱重量为约１１～１８ｔ，最小吊装半径为１０ｍ，采用１２０ｔ汽车吊在承台边缘进行吊装。９．８５ｍ至３１．７５—ｍ钢骨柱共分２３段，重量约９～１ｌｔ之间，钢骨柱采用５０ｔ履带吊或汽车吊在标高９．８５ｍ高架候车层楼板上吊装。３．６钢骨柱、梁的焊接（１）焊接材料应符合设计要求和相关规范规定，进场后要经过送检复试合格后方可使用，见表１。表１焊接材料使用钢号焊接方法焊接材料手工电弧焊焊条：Ｅ４３系列焊剂与焊丝：Ｆ４ＡＸ型焊剂，Ｑ２３５埋弧自动焊Ｈ０８Ａ或Ｈ０８ＭＡ焊丝Ｃ０２气体保护电弧焊焊幺幺：ＥＲ４９．１手工电弧焊焊条：Ｅ５０系列焊剂与焊丝：Ｆ５０ＸＸ型焊剂，Ｈ１０Ｑ３４５埋弧自动焊ＭｎＳｉ、Ｈ０８ＭｎＡ或Ｈ１０Ｍｎ２焊丝Ｃ０２气体保护电弧焊焊丝：ＥＲＳ０－３铁道建筑技术（２）钢骨柱、钢骨梁的拼接、对焊尽可能的在工厂加工，减少现场焊接工程量。（３）焊接作业前应复查钢构件加工质量和施焊区的情况，若坡口、形状等不符合要求要整改合格后方可进行施焊。（４）全熔透的对接接头焊缝，在构件的两端设置与焊缝坡口同形状、同材质的引弧板和引出板，引弧板和引出板长度均为３０ｍｍ。从引弧板开始引弧，不得擦伤母材，焊接完成后用气割切除引板，用磨光机打磨修平整。（５）钢骨柱对接焊接应双人对称连续施焊，要…做到焊接速度一致、焊接参数相同。各层间的焊渣清理和焊缝平顺饱满要仔细检查，发现缺陷要及时刨除后重新施焊。首先在翼缘板的一侧焊至１／３板厚后，再在另一侧翼缘板焊至１／３板厚，然后割去钢柱临时连接耳板，转移至腹板施焊。见图１０，Ａ、Ｂ焊至１／３板厚＿ｃ、Ｄ焊至１／３板厚＿割去耳板＿’’’’Ａ、Ｂ焊至１／３板厚一Ｃ、Ｄ焊至１／３板厚一Ａ、Ｂ’’焊完＿ｃ、Ｄ焊完一Ａ、Ｂ焊完＿÷’’Ｃ、Ｄ焊完。—，｝尘，一｝’ｒｄ‘Ａ・Ｉ’Ｂ＋‘≥＋三一ｊ十＋叫ｆ‘Ｄ｛Ｄ‘。Ｉ‘。‘俨一图１０十字型钢骨柱对接焊接顺序（６）焊接工艺参数。ＣＯ：气体保护焊：焊丝直径书１．２ｍｍ，电流１８０～３２０Ａ，电压２５～３８Ｖ，气体流量２０～５０Ｌ／ｍｉｎ，焊速２５０～４５０ｍｍ／ｍｉｎ，焊丝伸出长度约２０ｍｍ。３．７劲性混凝土框架的节点构造要点（１）劲性混凝土钢骨柱间对接、钢骨柱与钢骨梁对接、钢骨梁之间翼缘板对接均为全熔透焊缝，钢骨梁之间腹板采用摩擦型或扭剪型高强度螺栓副连接。（２）劲性混凝土框架梁柱节点的箍筋按加密区加密，柱梁的受力钢筋用套筒连接保持贯通。（３）梁柱节点要用ＢＩＭ软件进行三维设计，尽量将劲性混凝土框架柱、梁中主筋避开钢骨构件；无法避开时，可采用在钢骨钢板两侧焊接钢筋连接套筒进行连接，避免在钢骨翼缘板上穿孔，也尽量ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧｙ’２Ｄ３ｆ７７Ｊ万方数据・房建工程・减少在钢骨腹板上开孔。当必须在钢骨柱腹板上开设钢筋贯穿孔时，钢骨柱腹板截面开孔截面损失率要小于腹板截面的２０％。（４）钢骨柱、钢骨梁拼接的位置应选择在承受剪力和弯矩较小的截面位置，且应避免与钢筋套筒连接在同一截面位置。一般钢骨柱拼接位置高于顶板１．５ｉｎ位置，钢骨梁拼接点位置于距钢骨１．５ｍ位置。３．８钢筋、模板及混凝土工程３．８．１钢筋工程（１）主筋安装。柱主筋遇到钢骨梁时，按三维节点设计图从钢骨梁侧面贯通，柱主筋连接采用等强剥肋滚压直螺纹套筒连接。无法贯通的柱上筋，与焊接在梁上下翼缘板上的焊接套筒连接。梁钢筋安装：最外侧梁主筋从钢骨柱外侧绕行贯通、次外侧梁主筋从钢柱腹板上打孔穿过，其余中部梁主筋根与钢骨柱翼缘板上设置焊接套筒连接。见图１１。图１１梁柱主筋连接用焊接套简（２）箍筋安装。为保证柱、梁箍筋形状和尺寸准确，箍筋加工时按照ＢＩＭ三维深化节点图在钢构件柱、梁上放出箍筋大样，并按大样进行加工。柱箍筋安装：外围一个大套箍，两个方向分别两个小套箍，小套箍单肢穿钢骨柱腹板，小套箍加工成两“”ｕ筋对插搭接。梁箍筋安装：梁钢骨安装后将梁主筋按设计分布，再安装梁大套箍筋，梁内套两个“”箍筋加工成同样加工成ｕ形开口筋对插并保证搭”接长度１，见图１２、图１３图１２梁主筋及箍筋图１３劲性柱梁柱钢筋安装成型节点３．８．２模板工程高铁站房劲性高大混凝土柱、梁板结构模板支设为重大高危工程，应编制专项施工方案，并经专家论证后方可实施。由于柱高超过１０ｉｎ，梁高大于２．８ｉｎ，为了使结构混凝土观感质量达到清水混凝土的效果，经过验算须使用板厚度不小于１５ｍｍ的木胶板做为柱梁模板，次龙骨采用５０ｍｍｘ１００ｍｍ方木，主龙骨采用双８号槽钢，设６１４ｍｍ对穿螺杆拉接。３．８．３混凝土工程（１）劲性柱采用Ｃ５０微膨胀混凝土，梁板结构采用Ｃ４５聚丙烯纤维抗裂混凝土，为保证混凝土密实度和耐久性采用聚羧酸系高性能减水剂。混凝土粗骨料粒径小于２５ｍｍ，坍落度不小于２００ｍｍ。（２）柱脚钢板下需要二次填实混凝土，使用比设计强度高一级的无收缩ＣＧＭ灌浆料灌筑密实。安装前要剔凿掉混凝土表面的软弱层、露出石子，在距离底板四周５０ｍｍｘ设１００ｍｍ高模板，然后用气泵吹扫干净，并提前１２ｈ浇水湿润混凝土接触面。浇筑无收缩ＣＧＭ灌浆料直至底板四周都有灌浆料高出钢板底１０ｍｍ左右，排除板底气泡后即完成浇灌进行养护。４结束语应用高铁站房桥建合一超大截面劲性砼结构施工技术在高铁合肥南站工程施工过程中，有效解决了大截面梁（１８００ｍｍｘ３６００ｍｍ）、层高高（１２．１ｎ１）、跨度大（２４ｎ１），且梁与柱、梁与梁相交的高铁站房桥建合一劲性混凝土结构技术难题，经对焊缝超声波探伤检测合格率１００％，钢筋三个方向和钢骨穿插有序，混凝土平整光洁密实观感质量好，既提高了工程质量，又加快了工程进度，安全风险受控。参考文献［１］彭申凯．蝶形钢结构桥施工控制要点［Ｊ］．工程与建—设，２００８（５）：６７６６７８．［２］叶枫，韩秋宏．劲性混凝土节点构造及施工要点［Ｊ］．—施工技术，２００８（４）：７２７３．钐｝道建翁技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ＂Ｊ２５万方数据