李少利
(中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司,廣東深圳 518052)
隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展,城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,深基礎(chǔ)工程越來(lái)越多,施工條件也越來(lái)越受到周?chē)h(huán)境的限制,部分深基礎(chǔ)工程已經(jīng)不能再用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行施工。如地鐵車(chē)站深基礎(chǔ)工程平面尺寸大、基坑開(kāi)挖深、水文地質(zhì)條件差、環(huán)境保護(hù)要求高,若采用鋼板樁、灌注樁或攪拌樁等支護(hù)結(jié)構(gòu),難以保證工程自身和周?chē)h(huán)境的安全,只有采用地下連續(xù)墻施工方法[1]。根據(jù)功能需求和地質(zhì)條件的特殊性,超深地下連續(xù)墻鋼筋籠制作與吊裝決定著后續(xù)工藝能否順利開(kāi)展,要求工程界對(duì)此進(jìn)行深入研究。
李偉[2]在介紹55 m超深地下連續(xù)墻的施工技術(shù)中,將重量達(dá)到475 kN的鋼筋籠分為3節(jié)制作,采用主吊320t、副吊150t的履帶吊車(chē),空中搭接焊接,分段鋼筋籠采用鋼板制作的鐵扁擔(dān)擱置在導(dǎo)墻上。程瑞明[3]在闡述76.6 m穿黃工程北岸豎井的圍護(hù)結(jié)構(gòu)超深地下連續(xù)墻中,將鋼筋籠分為3節(jié)分別制作,所用吊車(chē)為1臺(tái)250 t履帶吊和1臺(tái)100 t履帶吊,用型鋼插在吊點(diǎn)鋼板下面,將鋼筋籠架立在導(dǎo)墻上,定位后采用鋼筋接駁器連接主筋、焊接箍筋、連接預(yù)埋管等。
張志威[4]、奧海波[5]、葛漢清[6]、秦鵬等[7]結(jié)合地下連續(xù)墻施工,介紹在保證吊裝長(zhǎng)大鋼筋籠和接頭樁的安全性、可靠性、使被吊物體不發(fā)生彈性變形和降低抗彎強(qiáng)度的情況下,選擇起重設(shè)備、確定吊點(diǎn)位置、配備吊具,并介紹接頭樁、鋼筋籠的吊裝過(guò)程及注意事項(xiàng)。趙興波等[8]通過(guò)對(duì)鋼筋籠吊裝進(jìn)行有限元建模計(jì)算分析,確定施工參數(shù),指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。
對(duì)比上述工程,天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠最大重量達(dá)到了880 kN,分段鋼筋籠制作精度、空中連接方法以及在特定工程環(huán)境下的吊裝安全性控制都將有所不同。本文通過(guò)天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠的制作與吊裝技術(shù)的介紹,對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行深入的研究。
天津文化中心交通樞紐工程地鐵Z1線(xiàn)為負(fù)3層3跨結(jié)構(gòu),基坑開(kāi)挖深26 m,寬25.7 m,采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻厚1 m,最大墻深67 m,在天津?qū)儆谑状芜M(jìn)行如此深的地下連續(xù)墻施工,在國(guó)內(nèi)也名列前茅。鋼筋籠存在大量的Z型、T型、V型、L型、Y異型幅。鋼筋籠制作與吊裝采用了“二段制作、二段吊裝,空中對(duì)接、一次就位”的施工工藝。
該工程地下連續(xù)墻鋼筋籠標(biāo)準(zhǔn)幅寬6 m,長(zhǎng)64 m,鑒于Z1線(xiàn)鋼筋籠較長(zhǎng),其鋼筋籠分2段制作和吊裝。其中鋼筋籠最長(zhǎng)段為34 m,重量達(dá)到450 kN(含接頭工字鋼和接駁器重量),吊具安全核算將按長(zhǎng)度為34 m最重的鋼筋籠進(jìn)行。
鋼筋籠按設(shè)計(jì)要求加工制作,在場(chǎng)地內(nèi)設(shè)16號(hào)槽鋼拼裝而成的鋼筋籠加工平臺(tái)。鋼筋籠制作前應(yīng)核對(duì)單元槽段實(shí)際寬度與成型鋼筋尺寸,無(wú)差異才能上平臺(tái)制作。地下連續(xù)墻主筋及加勁箍筋為HRB335級(jí)、HRB400級(jí),箍筋為HPB235級(jí)。為保證鋼筋籠在起吊過(guò)程中具有足夠的剛度,采用增設(shè)縱、橫向鋼筋桁架及主筋平面上的斜拉條等措施。
鋼筋籠主筋(<φ28)接頭采用“預(yù)熱-閃光焊”,鋼筋連接接頭應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi),在同一截面內(nèi)的接頭面積百分率:綁扎連接不宜大于50%,焊接連接不應(yīng)大于50%。
鋼筋籠主筋(≥φ28)接頭采用機(jī)械連接,鋼筋應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行除銹。鋼筋下料準(zhǔn)確,切斷鋼筋嚴(yán)禁采用氣割方法,保證鋼筋的搭接長(zhǎng)度、套筒的連接深度。
施工中為確保開(kāi)挖后地下連續(xù)墻的鋼筋預(yù)埋件位置正確,在鋼筋籠上的預(yù)埋件均采用張拉麻線(xiàn)進(jìn)行定位,并用經(jīng)緯儀進(jìn)行核正,各預(yù)埋件采用鋼絲固定牢固。安放鋼筋籠時(shí)先測(cè)量擱置點(diǎn)、導(dǎo)墻頂?shù)臉?biāo)高,計(jì)算出吊筋的長(zhǎng)度,確保鋼筋籠的位置正確,從而保證各預(yù)埋件位置的正確。
地面壓接好半個(gè)接頭的鋼筋,應(yīng)用方木墊好,防止接頭部位被磕碰或污染,不得隨意蹬踩鋼筋或接頭。異形槽段鋼筋籠在正常鋼筋平臺(tái)上加工,在鋼筋籠加工的過(guò)程搭設(shè)鋼管架,增強(qiáng)鋼筋籠加工過(guò)程中的穩(wěn)定。為保證鋼筋籠的幾何位置,根據(jù)技術(shù)規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn),制定了超深地下連續(xù)墻鋼筋籠制作規(guī)范(見(jiàn)表1)。
表1 鋼筋籠的制作允許偏差Table 1 Allowed error in rebar cage manufacturing
在鋼筋籠安放過(guò)程中,由于成槽垂直度不夠、鋼筋籠隨意吊裝等原因,出現(xiàn)了鋼筋籠不能下放而需要切割的情況。控制垂直度的措施有:1)在墻體外側(cè)進(jìn)行加固處理;2)在成槽過(guò)程中,進(jìn)入砂層之前,采用超聲波對(duì)槽壁垂直度進(jìn)行檢測(cè)。若不能滿(mǎn)足要求,必須進(jìn)行修整,提高砂層段垂直度精度。成槽完成后,需再次進(jìn)行超聲波檢測(cè)槽壁垂直度,確保鋼筋籠順利下放。檢測(cè)斷面包括橫向3個(gè)斷面和縱向兩端端頭,共5個(gè)斷面(見(jiàn)圖1)。
圖1 槽段垂直度檢查斷面Fig.1 Cross-sections for checking of verticality of diaphragm wall trenches
由于鋼筋籠較長(zhǎng)且采用剛度較大的工字鋼接頭,槽壁垂直度判定標(biāo)準(zhǔn)需比規(guī)范要求提高,即整個(gè)槽壁最大垂直度不超過(guò)3‰,局部10 m范圍內(nèi)垂直度不應(yīng)超過(guò)2‰。
對(duì)于墻厚1 m的鋼筋籠,當(dāng)鋼筋籠完全由主吊吊起時(shí),起吊高度為以下幾項(xiàng)相加:1)鋼筋籠長(zhǎng)度(以最長(zhǎng)的鋼筋籠計(jì)算)34 m;2)扁擔(dān)下鋼絲繩長(zhǎng)度(鋼絲繩角度以50°計(jì)算)=(22-14)/2-0.95=3.05 m;3)扁擔(dān)以上鋼絲繩長(zhǎng)度=2.7/2×31/2=2.34,取2.5m;4)吊機(jī)吊鉤約1m。起吊高度H=34m+3.05m+2.5m+1m= 40.55m。
4.1.1 主吊機(jī)選型
主吊機(jī)采用400 t履帶吊車(chē),當(dāng)拔桿長(zhǎng)取54 m,回轉(zhuǎn)半徑為12 m時(shí),提升高度為52.8 m>40.55 m,最大起重量為963 kN>450 kN(經(jīng)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算得到的鋼筋籠最大重量),滿(mǎn)足施工要求,所以主吊車(chē)選400 t,拔桿長(zhǎng)取54 m(見(jiàn)表2)。
表2 CKE4000 400 t履帶吊參數(shù)Table 2 Parameters of CKE4000 400 t caterpillar crane
4.1.2 副吊機(jī)選型
副吊機(jī)采用150 t履帶吊車(chē),當(dāng)拔桿取48.75 m,回轉(zhuǎn)半徑為12 m時(shí),提升高度為47.08 m>40.55 m,最大起重量為497 kN>450 kN(見(jiàn)表3)。
表3 SC1500 150 t履帶吊參數(shù)Table 3 Parameters of SC1 500 150 t caterpillar crane
4.2.1 鋼絲繩強(qiáng)度驗(yàn)算
4.2.1.1 主吊機(jī)扁擔(dān)上掛鉤下鋼絲繩驗(yàn)算
見(jiàn)圖2。
1)鋼絲繩直徑為43 mm,查得破斷拉力總和p= 975.5 kN,鋼絲繩破斷拉力換算系數(shù)a=0.82,強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)k=5。
2)換算強(qiáng)度S=ap/k=0.82×975.5/5=160 kN。
3)鋼絲繩受力(夾角按60°計(jì)算)p′=450 kN× 2/31/2/4=130<S=160 kN。
安全系數(shù)F=160/130=1.23,此部位鋼絲繩滿(mǎn)足要求。
4.2.1.2 主吊機(jī)扁擔(dān)下掛鋼絲繩驗(yàn)算
見(jiàn)圖3。
1)鋼絲繩直徑為43mm,查得破斷拉力p=975.5kN。
2)換算強(qiáng)度S=ap/k=0.82×975.5/5=160kN。
3)本鋼絲繩在鋼筋籠立起時(shí)受力最大。
4)鋼絲繩受力p′=450 kN/4=112.5<S。
安全系數(shù)F=160/112.5=1.42,此部位鋼絲繩滿(mǎn)足要求。
4.2.1.3 副吊機(jī)扁擔(dān)上吊機(jī)掛鉤下鋼絲繩驗(yàn)算
見(jiàn)圖4。
1)副吊機(jī)最大起重力計(jì)算。經(jīng)過(guò)分析,鋼筋籠平放時(shí)副吊機(jī)受力最大。
2)鋼筋籠重量為450 kN。
3)p′=450×80%=360 kN(假定副吊機(jī)在最不利情況下承受80%重量)。
4)此部位鋼絲繩使用直徑為43 mm,換算強(qiáng)度S= 160 kN。
5)鋼絲繩受力(夾角按60°計(jì)算)p′=360 kN× 2/31/2/4=103.9 kN<S。
安全系數(shù)F=160/103.9=1.54,此部位鋼絲繩滿(mǎn)足要求。
4.2.1.4 副吊機(jī)扁擔(dān)下鋼絲繩驗(yàn)算
見(jiàn)圖5。
1)本部位使用的直徑為28mm,查得p=414.6kN。
2)換算強(qiáng)度S=ap/k=0.82×414.6/5=68 kN。
3)根據(jù)鋼絲繩的纏繞方式,設(shè)鋼絲繩受拉力為p′,由力的平衡:2p′+21/2/2×2p′=180 kN,可求得p′= 52.7 kN<S。
安全系數(shù)F=68/52.7=1.29,此部位鋼絲繩滿(mǎn)足要求。
4.2.2 主、副起吊扁擔(dān)驗(yàn)算
本工程主吊機(jī)采用800 kN,副吊機(jī)采用500 kN的扁擔(dān),而鋼筋籠最重約為450kN,副吊機(jī)在最不利情況下承受80%重量為360 kN,故主、副起吊扁擔(dān)滿(mǎn)足起吊安全的要求。
4.2.3 卸扣驗(yàn)算
由抬吊過(guò)程可知,當(dāng)鋼筋籠安全豎起時(shí),對(duì)主吊機(jī)卸扣來(lái)說(shuō)為最不利情況,此時(shí)由4只卸扣承擔(dān)整幅鋼筋籠重量。
本工程主吊機(jī)均采用250 kN卸扣,鋼筋籠豎起時(shí)主吊卸扣為250kN×4=1 000 kN>450 kN,滿(mǎn)足起吊安全要求。
副吊機(jī)均采用160 kN卸扣,抬吊過(guò)程中160 kN× 4=640 kN>450 kN×80%=360 kN,滿(mǎn)足起吊安全要求。
根據(jù)表2的數(shù)據(jù),400t吊車(chē)在起吊2節(jié)鋼筋籠時(shí),離槽邊最大距離不超過(guò)12 m,既滿(mǎn)足起重要求,也將滿(mǎn)足起吊高度要求。吊裝效果如圖6所示。
圖6 單節(jié)鋼筋籠準(zhǔn)備吊裝Fig.6 Hoisting of singe-section rebar cage
2節(jié)鋼筋籠在孔口連接后的起吊如圖7所示。計(jì)算過(guò)程同前,采用雙扁擔(dān)吊裝,其中主扁擔(dān)承載力為800 kN、副扁擔(dān)承載力為500 kN,鋼筋籠最重約為880 kN,安全系數(shù)F達(dá)到1 300/880=1.48;扁擔(dān)上、下的鋼絲繩直徑尺寸都采用43 mm,主副扁擔(dān)承擔(dān)荷載分別為540 kN和340 kN,主扁擔(dān)鋼絲繩安全系數(shù)F= 160/(540×2/31/2/4)=1.02,副扁擔(dān)鋼絲繩F=160/ (340×2/31/2/4)=1.60,滿(mǎn)足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
圖7 2節(jié)鋼筋籠吊裝Fig.7 Hoisting of double-section rebar cage
1)吊鉤準(zhǔn)確定位,保證起吊過(guò)程鋼筋籠的平衡,檢查吊鉤焊接質(zhì)量。
2)清理鋼筋籠體雜物,防止起吊過(guò)程中墜落傷人,檢查起吊卡具及鋼絲繩。
3)2臺(tái)吊車(chē)將鋼筋籠吊離地面0.5 m后,再次對(duì)各部位檢查,沒(méi)有異常情況后,方可進(jìn)入下一步驟,直到鋼筋籠完全豎起。
4)鋼筋籠在豎起過(guò)程中,需設(shè)專(zhuān)人指揮主吊與副吊,主吊與副吊在起吊過(guò)程中應(yīng)平穩(wěn)、慢速,相互配合,避免拉扯鋼筋籠,防止2臺(tái)吊車(chē)受力不均或鋼筋籠變形。
5)在鋼筋籠頂板采用6個(gè)吊環(huán),每側(cè)3個(gè),每個(gè)吊環(huán)采用φ32的圓鋼制作,為防止吊環(huán)頂部斷裂,在吊環(huán)弧形部位綁焊1個(gè)吊環(huán),保證受力要求。
第1節(jié)鋼筋籠入槽后,采用2根型鋼懸掛在導(dǎo)墻上。型鋼平面位置距鋼筋籠兩側(cè)必須均等,型鋼頂面必須在同一標(biāo)高,保證鋼筋籠處于垂直狀態(tài)。
施工過(guò)程中,首幅鋼筋籠空中對(duì)接采用了直螺紋套筒,出現(xiàn)了鋼筋對(duì)接困難,主要是由于嚴(yán)寒條件下鋼筋收縮變形、套筒太短和鋼筋籠吊裝變形等原因造成。經(jīng)與設(shè)計(jì)方協(xié)商,后期的各幅鋼筋籠空中對(duì)接均采用焊接和綁扎形式(見(jiàn)圖8和圖9)。
在鋼筋籠下放到位后,由于吊點(diǎn)位置與測(cè)點(diǎn)不完全一致、吊筋會(huì)拉長(zhǎng)等,鋼筋籠的標(biāo)高將會(huì)受到影響。為確保鋼筋籠頂?shù)臉?biāo)高,應(yīng)立即采用水準(zhǔn)儀測(cè)量,根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,將籠頂標(biāo)高調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高。
第1節(jié)鋼筋籠入槽前,必須保證鋼筋籠中軸線(xiàn)與成槽中軸線(xiàn)重合,并在導(dǎo)墻上標(biāo)出,在入槽過(guò)程中必須隨時(shí)檢查和調(diào)整,避免鋼筋籠到槽底后被縱向筋抵住。第1節(jié)鋼筋籠入槽后,采用2根型鋼懸掛在導(dǎo)墻上,型鋼平面位置距鋼筋籠兩側(cè)必須均等,型鋼頂面必須在同一標(biāo)高,保證鋼筋籠處于垂直狀態(tài)。第2節(jié)鋼筋籠起吊后,通過(guò)定滑輪使其處于垂直狀態(tài),并使用纜風(fēng)繩定位,與第1節(jié)鋼筋籠對(duì)齊后,首先焊接控制部位(工字鋼和桁架筋),一是定位上下2節(jié)鋼筋籠,保證在同一軸線(xiàn)上;二是固定上節(jié)鋼筋籠,滿(mǎn)足鋼筋連接過(guò)程中的穩(wěn)定性。
鋼筋籠入槽過(guò)程要緩慢自然吊入,不得強(qiáng)行快速插入,隨時(shí)注意吊車(chē)起吊重量的變化。變化異常時(shí),必須立即停止下放,起拔一定高度后再重新下放,防止鋼筋籠插入泥土或被槽壁卡住。2節(jié)鋼筋籠對(duì)接完成后,不得立即向下插入,必須重新起吊一定高度后,再緩緩下放。一方面利用第1節(jié)鋼筋籠的重力,使整個(gè)鋼筋籠處于垂直狀態(tài);另一方面防止第1節(jié)鋼筋籠在對(duì)接過(guò)程中被槽壁縮頸卡住。
以上措施采用前,出現(xiàn)了幾次異常:1)有1幅鋼筋籠下放到離設(shè)計(jì)標(biāo)高差9 m時(shí)被卡住,不能下放,也不能起吊,最后采取了截籠;2)有1幅鋼筋籠在第2節(jié)對(duì)接完成后,僅下放1 m就被卡住,最后全部鋼筋籠報(bào)廢;3)保護(hù)層加厚前,由于成槽垂直度較差,鋼筋籠下放過(guò)程中被多次卡住,最終導(dǎo)致塌槽。
采取措施以后,鋼筋籠基本都能順利下放到位,個(gè)別在下放過(guò)程中遇到阻力較大時(shí),拔出后重新下放或刷壁后下放,均按設(shè)計(jì)下放到位,避免了質(zhì)量事故的發(fā)生。
根據(jù)技術(shù)規(guī)范和工程經(jīng)驗(yàn),設(shè)定了天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠的制作標(biāo)準(zhǔn);通過(guò)計(jì)算分析,掌握了超長(zhǎng)鋼筋籠吊裝過(guò)程中需要注意的技術(shù)要領(lǐng),從而有效保證后續(xù)施工工藝進(jìn)行。得出以下結(jié)論:1)為了保證超長(zhǎng)鋼筋籠順利進(jìn)入槽孔,應(yīng)制定比現(xiàn)行規(guī)范更為嚴(yán)格的允許偏差要求;2)為了保證超長(zhǎng)鋼筋籠起重量的要求,工程采用400 t和150 t履帶吊車(chē)雙機(jī)抬吊方案;3)吊具安全驗(yàn)算中,鋼絲繩、主、副吊扁擔(dān)和卸扣驗(yàn)算均符合安全要求;4)超長(zhǎng)鋼筋籠在嚴(yán)寒條件下,焊接與接駁器連接相比,質(zhì)量和可操作性好,為后續(xù)接長(zhǎng)和吊裝工作奠定了基礎(chǔ)。
以上討論基于以往工程界的研究工作,著重就天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠制作與吊裝技術(shù)進(jìn)行了論述,有較強(qiáng)的工程針對(duì)性和實(shí)踐性。在進(jìn)一步工作中,將對(duì)如何保證超長(zhǎng)的鋼筋籠中軸線(xiàn)與成槽中軸線(xiàn)重合及超深槽壁垂直度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行探討。
[1] 姜朋明,胡中雄,劉建航.地下連續(xù)墻槽壁穩(wěn)定性時(shí)空效應(yīng)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào),1999,21(3):338-342.(JIANG Pengming, HU Zhongxiong, LIU Jianhang.Analysis of space time effect on the stability for slurry trench of diaphragm wall[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,1999,21(3):338-342.(in Chinese))
[2] 李偉.55 m超深地下連續(xù)墻的施工技術(shù)[J].建筑施工,2010,32(4):330-331,336.(LI Wei.Construction technology for 55 m super deep diaphragm wall[J].Building Construction,2010,32(4): 330 -331,336.(in Chinese))
[3] 程瑞明,懷小剛.超深地下連續(xù)墻施工技術(shù)及常見(jiàn)問(wèn)題處理[J].隧道建設(shè),2007,27(4):65-67.(CHENG Ruiming,HUAI Xiaogang.Construction technology for extradeep diaphragm walls and countermeasures of usual problems[J].Tunnel Construction,2007,27(4):65-67.(in Chinese))
[4] 張志威,李芒原.大型非標(biāo)準(zhǔn)幅地下連續(xù)墻鋼筋籠精準(zhǔn)吊放入槽技術(shù)[J].天津建設(shè)科技,2010(5):11-12.
[5] 奧海波,范雄娃.地下連續(xù)墻鋼筋籠、接頭樁吊裝技術(shù)[J].隧道建設(shè),2006,26(5):76-78.(AO Haibo,F(xiàn)ANG Xiongwa.Rebar cages and connection piles hoisting technology in diaphragm wall construction[J].Tunnel Construction,2006,26(5):76-78.(in Chinese))
[6] 葛漢清,劉剛.地下連續(xù)墻鋼筋籠安放施工技術(shù)[J].地質(zhì)學(xué)刊,2009,33(1):60-63.(GE Hanqing,LIU Gang.Construction technology of reinforcing steel bar cage emplacement for underground continuous wall[J].Journal of Geology,2009,33(1):60-63.(in Chinese))
[7] 秦鵬,張小濤,朱應(yīng)新.南京地鐵逸仙橋站地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝技術(shù)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009(11):51-52.
[8] 趙興波,茅利華,龔振斌,等.上海M8線(xiàn)淮海路地鐵車(chē)站
43.0 m超深地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝[J].建筑施工,2004,26(1):10-11.(ZHAO Xingbo,MAO Lihua,GONG Zhenbin,et al.Erection of reinforcement cage for 43.0 m extra deep slurry wall in Huaihai Road subway station of Shanghai M8[J].Building Construction,2004,26(1):10-11.(in Chinese))