钢管混凝土结构柱项目施工组织工法.doc
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1、钢管混凝土结构柱钢管混凝土结构柱施工方案工法施工方案工法3.5.9.13.5.9.1 钢管混凝土柱工程简介钢管混凝土柱工程简介1 钢管混凝土柱基本概况天津西站交通枢纽配套市政公用工程一标段地下轨道交通地下结构,地铁 4 号线天津西站站、地铁 6 号线天津西站站中间设置一排中间立柱(框架柱) ,直径 1000mm的钢管柱,壁厚 t=25mm,16Mn 钢,采用 C50 微膨胀混凝土,钢管柱下基础为钢筋混凝土钻孔灌注桩,直径 2200mm,灌注桩混凝土为 C30 混凝土,4 号线、6 号线钢筋混凝土灌注桩桩长分别为 98m、66m(自底板下算起) 。详见表 3.5.9.1-1 所示。 表 3.5.
2、9.1-1 地铁 4 号线(6 号线)天津西站站序 号结构部位钢管柱 直径(mm)数 量混凝土设 计 强度等级层高顶板 梁高 (mm)钢管 长度 (mm) 1地下三层100023C507.600m150061002地铁 4 号 线 天 津 西 站 站地下二层100023C507.785 8.190m 13007.785 8.1 90m3地铁 6 号线天津西 站站100012C507.47 18.100 m16005.871 6.5 00m4备注:钢管柱锚入桩内 2500mm(桩直径 2200mm) ; 钢管总长:4 号线:6.100+(7.7858.190)+2.5=16.385m6 号线:(
3、5.8716.500)+2.5=8.3719.0m3.5.9.1-2 地铁 4 号线地铁钢管 柱 钢管结构柱的设计平面布置形式为沿车站纵向设置单排,4 号线北端局另有 5 根横向钢管混凝土柱,4 号线柱中心间距主要为 10500、10750mm,6 号线中心间距主要为 12436mm。2 钢管混凝土结构柱的作用4 号线钢管柱既做为施工过程中的临时支撑柱,又是使用阶段做为地铁的永久性的主要竖向承载与传力结构,而 4#线施工工艺设计为盖挖逆作法施工,钢管柱是在在下施工其施工程序复杂,在保证钢管柱定位、垂直度、连接节点等方面质量特别重要,它直接影响着保证 4 号线工程质量。6 号线钢管柱与 4 号线
4、钢管柱在施工方式不同,是正常的顺作方法,施工程序相对简单,本节重点描述 4 号线盖挖逆作法的施工方法。3 钢管柱与结构的连接方式 4 号线、6 号线钢管柱与底板结构下基础的连接方式为:C30 钢筋混凝土钻孔灌注桩,设计桩径为 2200mm,4 号线、6 号线桩长分别为 98m、66m(自底板下算起) ,桩承台高 2500mm,钢管柱插入其基础 2500mm。3.5.9.1-1 地铁 6 号线地铁钢管柱钢管柱与地铁中板梁板结构、顶板梁板结构的连接方式为:钢管与梁板结构主筋连接或焊接,浇筑混凝土后形成节点结构。钢管柱设计图、各节点图详见图3.5.9.1-3、3.5.9.1-4、3.5.9.1-5
5、所示。对于采用盖挖逆作法施工的地铁 4 号线,构件之间的连接方式必须稳妥可靠,能够准确反映结构预期的工作状态。节点的构造形式及施工质量对结构的强度、刚度及整体质量直接影响,因此在施工中必须控制好各结构节点的施工质量。图 3.5.9.1-3 钢管柱顶端结点示意图 3.5.9.1-4 地铁 4 号线钢管柱中间节点示意图3.5.9.1-5 钢管柱底部节点 3.5.9.23.5.9.2 钢管混凝土柱施工要点与分析钢管混凝土柱施工要点与分析 1 钢管柱的定位控制及垂直度控制根据本工程招标文件、招标图纸的要求,钢管柱中心定位轴线最大允许偏差不超过 5mm;柱轴线垂直度单层柱最大偏差不超过 10.0mm,多
6、节柱底层柱最大偏差不超过10.0mm,柱全高最大偏差不超过 35.0mm。而地铁 4 号线结构全部采用盖挖逆作法施工,钢管柱既是临时支撑柱,又是永久性结构柱,施工工艺要求完成地下 2200mm 大直径桩基后直接在地下施工钢管柱,在桩基础上完成钢管柱安装及混凝土浇筑,一次性达到正式结构施工质量要求。在此条件下钢管柱的定位及垂直度控制是钢管柱保证施工质量关键,而且天津地区地下水位高,地质条件较差,不宜采用北京、南京等地对于钢管柱定位的施工方法。为此,我们将采用上下两端定位固定的方法来保证钢管柱的垂直度和准确定位。 2 钢管柱临时钢护筒4#线钢管柱施工临时钢护筒采用等同于相应施工的钻孔灌注桩直径(2
7、200mm)尺寸制作,用 t=16mm 钢板卷制而成并焊接加强肋板,钢套筒分成三节,上节约 18.0m,中节长 3.0m,下节 5.0m。3 钢管柱加工质量控制钢管柱不但是结构施工时临时支柱,更是正式结构框架柱,其外观质量、尺寸、加工精度,还是材质要求都有较严格的要求,为此必须保证钢护筒及钢管柱的加工质量。加工厂家必须是有良好信誉、资质、技术保证的生产商,在加工过程中加强过程监督,如钢管柱的原材料检验、外观、无损检验、同心度、顺直度、焊缝处理等。 3.5.9.33.5.9.3 钢管柱施工组织钢管柱施工组织本工程钢管柱直径为 1000mm,设计长度 4 号线为 16.38516.79m,6 号线
8、为8.3719.0m。为此钢管柱可一次加工成型直接运至现场,这样易于保证加工质量,又可避免现场二次连接。由于现场狭窄,钢管柱进场随施工进度要求提前进场,现场不得过多存放,驻厂监造与现场保持密切联系,保证现场既不堆积过多,又不影响施工进度。钢管柱钢管重约 10t(6t) ,采用现场基础桩钢筋笼吊装的 150t 吊车即可,配合一台 25t 吊车进行附件的吊装,一次性吊装到位。3.5.9.43.5.9.4 钢管柱的深化设计、制作及加工钢管柱的深化设计、制作及加工1 钢管柱深化设计(1) 深化设计的依据本工程钢结构深化设计的依据见表 3.5.9.3-1。表3.5.9.3-1 钢管柱深化设计依据一览表
9、依据类别依据内容工程施工合同文本施工合同及设计图 纸设计的施工图钢结构设计规范 GBJ50017-2003主要规范、规程 钢管混凝土结构设计与施工规程 CECS28:90钢骨混凝土结构规范 YB9082-97高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ99-98建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002 钢结构高强度螺栓连接的设计、施工与验收规程 JGJ81- 2002钢结构工程施工质量验收规程 GB 50205-2001其它现行设计及施工规范。(2) 深化设计流程本工程钢管柱深化设计的流程见图 3.5.9.3-1(3) 深化设计的内容表 3.5.9.3-2 深化设计内容一览表序号项目内 容1安装布置
10、图包括平面布置图和立面布置图以及布置图所示构件的索引图。安装布置图所包含的内容有构件编号、安装方向、标高、安装说明等一系列安装所必须具有的信息。2节点设计节点设计应严格按照结构设计提供的杆件内力报告进行计算。若结构设计无明确要求时,所有节点按等强连接设计。节点的型式原则上采用结构设计给定的样式,若确需调整,应事先提交结构设计确认。所有节点的设计,除满足强度要求外,尚应考虑结构简洁、传力清晰以及现场安装的可操作性。3构件详图构件细部、重量表、材质、构件编号、焊接标记、连接细部和锁口等。螺栓统计表,螺栓标记,螺栓直径,螺栓强度等级及栓钉统计表。轴线号及相对应的轴线位置。加工、安装所必须具有的尺寸。
11、方向。构件的对称和相同标记(构件编号对称,此构件也应视为对称)。4图纸清单应注明详图号、构件号、数量、净重量、构件类别、改版号、提交日期。文字:所有文书、资料、清单、图纸均使用中文。设计院提供技术资料制造、安装方案论证阅读、消化工艺性复查工艺方案的确定施工图绘制(CAD)图纸校对(一审)图纸审核(二审)送设计院审定报 批蓝图发放安装布置图节点拼装总图节点拼装顺序 图节点定位座标图构件加工图节点大样详图材料明细表图 3.5.9.3-1 深化设计流程图2 钢管柱加工制作(1)钢管柱制作所采用的有关规范钢管柱的制作所依据的主要规范为钢结构工程施工及验收规范 (GB502052001) 、 建筑钢结构
12、焊接规程 (JGJ812002)等。(2)钢管柱制造工艺流程钢板矫平预处理钢板下料切割压制成型焊接校直、管端加工钢管成型(精整)环板下料切割样板检查焊接坡口切割环板、底板安装加劲板安装检 查节点区焊接底板下料切割标识、存放图3.5.9.3-2 钢管柱制造工艺流程图管与管组对腹板、加劲板下料切割(3)钢管制造工艺图 3.5.9.3-3 钢管制造工艺(一)3 钢构件的运输(1)待运1)待运物件堆放需平整稳妥垫实,搁置干燥、无积水处,防止锈蚀;2) 钢构件按种类、安装顺序分区存放,底层垫枕应有足够的支承面,应防止支点下沉;3) 相同构件的钢构件叠放时,各层钢构件的支点应在同一垂直线上,防止钢构件被压
13、坏或变形。(2) 散件运输1)装车时,须有专人监管,清点上车的箱号及打包件号,并办好移交或交接手续;2)车上堆放牢固稳妥,并增加必要的捆扎,防止滚动碰撞;3)构件制作必须符合运输安全要求和现场拼装进度、质量要求,构件按照安装顺序分单元成套供货。(3)工地存放工地内设专用堆场放置钢管柱及钢套管,上设篷布遮盖防雨,以防其锈蚀。4 钢管柱加工质量监控钢管柱加工过程中派驻厂监造,构件出厂前验收质量,验收内容包括材质、物理力学性能指标,构件长度、垂直度、弯曲矢高等项目。5 中间立柱钢管柱的制作精度钢管柱、钢护筒制作精度详见表 3.5.9.3-3 所示。 表 3.5.9.3-3 钢柱外形尺寸的允许偏差(m
14、m)序号项 目允许偏差检查方法1一节柱高度(H)3.0逐个尺量2两端最外侧安装孔距离(13)2.0逐个尺量3柱底铣平面到牛腿支承面的距离 (l1)2.0逐个尺量4铣平面到第一个安装孔距离(a)1.0逐个尺量5柱身弯曲矢高(f)H/1500,且不应大于 5.06一节柱的柱身扭曲h/250,且不应大于 5.0逐个尺量7牛腿端孔到柱轴线距离(l2)3.0逐个尺量l212002.0 8牛腿的翘曲 ()l212003.0逐个用直尺 和塞尺量测连接处3.0 9柱截面尺寸 其它处4.0逐个尺量10柱脚底板平面度5.0直尺加塞尺连接处1.5 11翼缘板对 腹板的垂直度其它处b/100,且不应大于 5.0逐个角
15、尺检 查3.5.9.53.5.9.5 钢管柱施工工艺流程钢管柱施工工艺流程1 钢管柱施工工艺流程施工准备测量放线钻孔灌注桩成孔灌注桩清底桩体钢筋笼吊放吊放钢套筒首次灌注桩体砼至预定标高抽排泥浆桩底注浆凿除桩顶浮浆至标高钢套筒内安装钢柱定位器二次灌注砼至定位器顶面安装钢管柱钢管柱上下端定位固定三次灌注桩杯口砼(2500mm 高)至底板底浇筑钢管砼至设计位置灌入清水并回收上节钢套筒钢管柱周围回填砂并柱顶进行钢筋砼盖板2 钢管柱施工工艺示意图详见表 3.5.9.4-1、3.5.9.4-2、3.5.9.4-3。 3.5.9.63.5.9.6 钢管柱施工方法钢管柱施工方法1 施工准备提前平整夯实场地,施
16、工人员的到位,钻孔桩施工机具的配置,自动定位器、钢套筒、钢管柱等材料的进场备置等。2 测量放线测设定桩心位置,按桩心位置将设备就位,其水平位置误差不大于 20mm。3 钻孔灌注桩施工钢筋混凝土钻孔灌注桩部分的施工方案及施工工艺详见本章 3.3 钻孔灌注桩基础、支撑柱及水平支撑。4 制作及吊放钢套筒,与桩基钢筋笼连接钢套筒用 16mm 厚钢板卷制而成,钢套筒分成三节,上节约 18.0m,中节长3.0m,下节 5.0m。钢套筒直径同钻孔桩基础直径,为 2200mm 钢护筒。下节钢套管长度应满足超底梁面 0.5m、钢管柱锚入桩基不小于 2.5m、定位器安装护筒深度 0.5m 以及第一次灌注嵌入小于
17、2.5m 的锚固及施工规范要求。上、中两节间采用内法兰螺栓加橡胶垫联结,中、下两节间采用外法兰螺栓加橡胶垫联结。在上节钢套管顶部内侧,两个相互垂直的方向各焊接两段 150mm 长 6 钢管段,钢筋段与钢套筒纵轴线平行,便于下放钢套筒后,依据钢筋段的纵轴线位置检测钢套筒的垂直度。上节钢套筒上端设两个吊环,以便于垂直吊放。上中节间、中下节间钢套筒的联结质量应符合规范的要求,具有统一的纵轴线。其直径、管口圆度、端面对管轴的垂直度等检测项目的偏差均要满足规范要求。接口处结合紧密,具备良好的水密性,以阻断地下水及泥浆的渗入。套筒节间接装拆方便,以利于上下节间的分离。表 3.5.9.4-1 钢管柱施工工艺
18、流程示意图序号12示 意 图说明2200 钻孔灌注桩成孔吊放钻孔灌注桩钢筋笼吊放钢套筒首次灌注桩基混凝土至预定位 置,并对桩基进行注浆。图 3.5.9.5-2 钢管柱施工工艺流程示意图序号5678示 意 图说明拔出桩基注浆管, 抽排钢套筒内的泥浆。凿除柱基表层混凝土安装自动定位器, 打开上、中节钢套筒间主连接 螺栓吊放中间中间立柱(钢管柱) 与定位器接驳后,其下端定位 完成。图 3.5.9.5-3 钢管柱施工工艺流程示意图序号9101112示 意 图说明中间立柱(钢管柱)上端定位,灌注杯口定位砼 至底板底标高上 500mm,总高 3.50m,凿除 500mm 砼后满足钢管柱插入钻孔桩有有效长度
19、 不小于 2.5m。凿除柱基表层混凝土安装自动定位器,打开 上、中节钢套筒间主连 接螺栓吊放中间中间立柱 (钢管柱)与定位器 接驳后,其下端定位 完成。吊放钢套筒前,用吊车配合人工将上、中节钢套筒取结好,并进行相应质量检测,符合设计规范要求后,可进入下道工序施工,即吊放钢套筒。在钻孔桩桩口设置 4 根 10#槽钢,呈正方形摆放,拟备支托钢套筒,首先用150t、25t 两台履带吊车将下节套筒吊放入槽,并临时使其上端置于预先设置好的槽钢架间,然后人工将已经先行连接好的上、中节采用外法兰与下节钢套筒连接起来,保证防水要求后,继续下放钢套筒到设计标高。通过两个方向的定位点拉十字线找出桩心位置,用靠尺放
20、在钢套筒内预先焊好的钢筋段上检测钢套管的垂直度。在钢套筒顶部法兰盘位置设置 4 根可调式螺栓丝杠,调整钢套筒的中心位置及垂直度,待钢套筒中心与桩心重合,钢套筒垂直度满足要求后,用铁楔子将钢套筒与槽架之间空隙塞紧、焊实,以固定钢套筒。避免在混凝土浇筑过程中,钢套筒发生移位或倾斜现象。钢套筒的中心位置偏差20mm,垂直度偏差50mm。5 第一次灌注柱基混凝土至预定位置钢管柱基础为 C30 钢筋混凝土钻孔灌注桩,其设计桩径为 2200mm,结构底板下入土长度分别为 98m(4 号线地铁站) 、66m(6 号线地铁站) ,第一次灌注钻孔桩基混凝土至钢管柱底标高上 1.0m,约较桩基础顶标高超灌 1.5
21、m。混凝土灌注至预定标高,停止灌注。第一次灌注柱基混凝土封闭了钢套筒下端,并使钢套筒下端牢固固定,使管内外隔离开。6 护筒内泥浆排除,桩底注浆柱基混凝土浇筑 12 小时,用潜水泵抽排钢护筒内泥浆。每根桩设置 2 根注浆管,注浆材料为纯水浆,注浆量和注浆压力结合静载试验确定。7 凿除柱基桩头混凝土至预定位置采用临时龙门架进行护筒内施工作业的机具、人员垂直运输,用风枪凿除柱基表层混凝土至自动定位器的定位十字板底位置。凿除超灌混凝土高度约为 1500mm。凿除过程中严格控制凿除层底标高,严禁凿除深度超过预定位置,凿下的混凝土块装在钢套筒内的 0.1m3出土斗内,垂直提升至地面,施工中注意向套筒内输送
22、新鲜空气,保证安全,改善作业环境。8 安装自动定位器,二次灌注混凝土自动定位器呈十字锥形,由劲性组焊而成.其锥底宽度比定位短钢管内径小mm。主要包括锥形引渡板、定位十字板、钢筋锚筋等构件,其中锥形引渡板实现对中间立柱的引渡功能,并控制钢管柱的垂直度,限定钢管柱的水平位移;定位十字板与钢套筒连接起来,承托钢管柱,并控制钢管柱的水平位置及标高;定位器钢锚筋将自动定位器固定于柱基混凝土中。定位器的制作质量必须严格控制,保证其具有足够的强度、刚度及精确度,以确保钢管柱安装时,定位器不发生破坏、变形、移位等现象,并提供所要求的精度。自动定位器的做法见图 3.5.9.5-4 所示。(3) 自动定位器的安装
23、及第二次混凝土浇筑在钻孔桩项测放十字轴线,同时在钻孔桩顶部测放定位器标高控制点,标记于钢套筒筒壁上。而后施工人员将定位器、可调螺栓及其他配件吊入钢套筒底,并做好通风、电气焊的准备工作。从钻孔桩口用激光投点仪将中间立柱中心点投至桩底,施工人员依据中心点调整定位器中心,依据四个方向的标高控制点调整定位器安装基面标高。3.5.9.5-4 自动定位器设计平面、立面示意图C CH HI IN NA A C CO ON NS ST TR RU UC CT TI IO ON N E EI IG GH HT TH H E EN NG GI IN NE EE ER RI IN NG G D DI IB BI I
24、S SI IO ON N C Co o. .L Lt td dC CH HI IN NA A C CO ON NS ST TR RU UC CT TI IO ON N E EI IG GH HT TH H E EN NG GI IN NE EE ER RI IN NG G D DI IV VI IS SI IO O中国建筑第八工程局有限公司固定时采用可调式连接螺栓(竖向设置)将先行焊在钢套筒上定位穿孔钢板和定位器上的定位十字板连接。同时进行水平方向、垂直方向精确定校正,确保其平面位置、高程和垂直度满足设计及施工规范后,将自动定位器和钢套筒、定位器钢锚筋焊接形成整体。自动定位器安装基面要求平整,
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