超長(zhǎng)超重地連墻鋼筋籠分段吊裝技術(shù)

王義強(qiáng)

（中鐵六局集團(tuán)有限公司，北京100036）

1 工程概況

鄭州市市政控制性節(jié)點(diǎn)工程經(jīng)開中心廣場(chǎng)站為地下4 層島式站臺(tái)車站，基坑深約33.84m，主體擴(kuò)大段外包總寬28.1m，基坑深約35.28m。為地下4 層三跨框架結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1200mm 厚地下連續(xù)墻+Φ800mm×20mm 的鋼支撐支護(hù)方案。其中主體擴(kuò)大端處地下連續(xù)墻鋼筋籠長(zhǎng)度為53.69m，主體標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻鋼筋籠長(zhǎng)度為46.74m。車站地連墻最重鋼筋籠為A 形鋼筋籠，鋼筋籠長(zhǎng)度53.69m，質(zhì)量約84.58t。L 形地連墻最長(zhǎng)為53.69m，重約為53.57t，本文著重分析上述2 種地連墻的吊機(jī)配置和起吊入槽重難點(diǎn)。

2 吊裝工藝

經(jīng)開中心廣場(chǎng)站主體地下連續(xù)墻深度最大約為55.89m，鋼筋籠長(zhǎng)度約為53.69m，最重的鋼筋籠約84.58t。鋼筋籠長(zhǎng)度較長(zhǎng)，質(zhì)量較大，施工場(chǎng)地位于鬧市區(qū)，場(chǎng)地狹窄，起重吊裝困難。故地下連續(xù)墻鋼筋籠采用一次加工，分段吊裝，在分段處設(shè)置加長(zhǎng)直螺紋連接。具體分段為：鋼筋籠上半節(jié)36.43m，下半節(jié)17.26m。單節(jié)鋼筋籠使用雙機(jī)抬吊、空中回直入槽的吊裝方法。

3 設(shè)備選型

以分段起吊時(shí)最重鋼筋籠質(zhì)量57.57t，長(zhǎng)度36.43m 來進(jìn)行吊裝驗(yàn)算。

查閱機(jī)械性能表，鋼筋籠吊裝配置徐工300t 履帶吊作為主吊、150t 吊車作為副吊。

1）選用徐工300t 履帶吊，臂桿接42m。根據(jù)吊車起重表，該吊車在主臂42m 時(shí)，工作半徑10m，最大起質(zhì)量為110t，吊車帶載行走安全系數(shù)0.7[1]。則150t×0.7=105t＞57.57t（鋼筋籠最大質(zhì)量）+2t（吊具質(zhì)量）。所以主吊車配置滿足起吊要求。

2）選用150t 吊車（徐工QUY150 型），吊車臂桿接37m，其起重能力能達(dá)到84t，該吊車在鋼筋籠起吊到60°角的時(shí)候，最大受力約為鋼筋籠質(zhì)量的60%，即57.57t×60%＝34.54t＜84t×0.8（雙機(jī)抬吊安全系數(shù)為0.8）=67.2t。所以副吊車配置滿足起吊要求。

4 地基承載力驗(yàn)算

對(duì)吊車行走的施工區(qū)域，采用20cm 厚C20 普通混凝土，在底部配雙向Φ12mm@200mm 鋼筋，強(qiáng)度可達(dá)到30 000kPa。

以擴(kuò)大端地連墻為計(jì)算依據(jù)。主吊下放整幅連續(xù)墻時(shí)，鋼筋籠高度為36.43m，這時(shí)鋼筋籠總重約84.58t，吊具質(zhì)量約2t，吊車自重約為300t。吊車臂桿接42m，吊車回轉(zhuǎn)半徑10m。完全吊起鋼筋籠時(shí)吊車與X方向夾角為79°。

以盾構(gòu)井處地連墻為計(jì)算依據(jù)。主吊下放整幅連續(xù)墻時(shí)，鋼筋籠高度為36.43m，這時(shí)鋼筋籠質(zhì)量約84.58t，吊具質(zhì)量約2t，吊車自重約為300t。吊車臂桿接42m，吊車回轉(zhuǎn)半徑10m。完全吊起鋼筋籠時(shí)吊車與X方向夾角為79°。

吊車在起吊構(gòu)件時(shí)，起吊構(gòu)件的質(zhì)量對(duì)吊車將產(chǎn)生向下的壓力F和彎矩M，如圖1 所示。其中，F(xiàn)等于起吊重物質(zhì)量G和吊車工作狀態(tài)下自重g相加，M＝Gr[2，3]。

圖1 吊車工作狀態(tài)下計(jì)算簡(jiǎn)圖

根據(jù)受力原理，吊車2 條履帶假定為承受地面壓力的組合截面，繞X軸和繞Y軸慣性矩可通過下列公式計(jì)算。根據(jù)履帶吊車身尺寸，其中履帶長(zhǎng)度L=9m，寬度b=1.2，兩履帶中心距離B=6.2，履帶大臂角度α=79°。

圖2 吊車計(jì)算簡(jiǎn)圖

吊車工作狀態(tài)下上圖中p1、p2、p3和p4點(diǎn)對(duì)地壓力1、2、3和4 可通過以下計(jì)算方法得到。

當(dāng)起吊方向與X軸夾角為任意角度時(shí)：

由以上可以看出，只要地面能滿足點(diǎn)σ2的壓力，及地面滿足承載力的要求。以該點(diǎn)受力于一塊履帶上。

一塊履帶的面積為S=1.2×9=10.8m2

地面單位負(fù)荷P=F/S=σ2/S=281.15kN/10.8m2=26 032N/m2=26032kPa＜30000kPa

根據(jù)上述計(jì)算可得，地基承載力滿足要求。

5 鋼筋籠吊點(diǎn)布置及計(jì)算

以最重段鋼筋籠計(jì)算，設(shè)置4 道6 排共24 個(gè)吊點(diǎn)吊裝鋼筋籠。其中，主吊4 道3 排共12 個(gè)吊點(diǎn)，副吊4 道3 排共12個(gè)吊點(diǎn)。第1 排主吊吊點(diǎn)設(shè)置在鋼筋籠下排頂部，鋼筋籠上排頂部設(shè)置4 個(gè)備用吊點(diǎn)，其余主吊吊點(diǎn)和副吊吊點(diǎn)均設(shè)置在鋼筋籠上排鋼筋上。鋼筋籠吊裝滑輪組安裝布置如圖3 所示。

圖3 鋼筋籠吊裝示意圖

5.1 吊點(diǎn)平面布置

如果吊點(diǎn)的點(diǎn)位設(shè)置不準(zhǔn)確，鋼筋籠會(huì)因?yàn)槭芰Σ缓侠矶a(chǎn)生較大的變形，甚至導(dǎo)致焊縫開裂，鋼筋脫離，嚴(yán)重的將使鋼筋籠散架，無法起吊。因此，吊點(diǎn)位置的確定是鋼筋籠吊裝至關(guān)重要的一步，重點(diǎn)是對(duì)縱向吊點(diǎn)進(jìn)行論證計(jì)算。

平幅縱向吊點(diǎn)示意圖如圖4 所示。

圖4 平幅縱向吊點(diǎn)示意圖

需要滿足：+M=-M

式中，q為均布荷載，M為彎矩。

計(jì)算得：L1=0.075H，L2=0.212H

經(jīng)開中心廣場(chǎng)站主體部分分幅鋼筋籠第2 段長(zhǎng)36.43m為計(jì)算，可知L1=2.732m，L2=7.723m。因此，選擇B、C、D、E、F、G6 點(diǎn)時(shí)鋼筋籠起吊時(shí)彎矩最小。

但實(shí)際吊裝過程中A、B、C中心是主吊位置，AB距離影響吊裝鋼筋籠。根據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)和實(shí)際吊裝經(jīng)驗(yàn)，在主吊段，B點(diǎn)可向A點(diǎn)移動(dòng)，即令A(yù)、B重合吊裝過程中B、C、D是主吊位置，E、F、G是副吊位置。結(jié)合實(shí)際施工情況，AB段長(zhǎng)2m，BC段長(zhǎng)8m，CD段長(zhǎng)8m，DE段取4m，EF段取6m，F(xiàn)G段取6m。

在垂直起吊的過程中，B、C、D為主吊位置，E、F、G為副吊位置。

L形鋼筋籠：重心位置與兩直角邊長(zhǎng)度有關(guān)，而主桁架吊點(diǎn)位置設(shè)置應(yīng)考慮鋼筋籠起吊鋼絲繩長(zhǎng)度相同因素。為保證鋼筋籠起吊后垂直，吊點(diǎn)位置與鋼筋籠重心位置宜相互重合，假定鋼筋籠中心線直角邊長(zhǎng)為a和b，則橫向吊點(diǎn)位置為：

本標(biāo)段L形地連墻共5 種形式，長(zhǎng)短邊均不相同，重心位置也不同，吊點(diǎn)設(shè)置的原則是兩長(zhǎng)邊吊點(diǎn)組成的直線中心與原點(diǎn)連線需要穿過重心。

5.2 吊點(diǎn)形式

吊點(diǎn)采用A40 圓鋼，圓鋼吊點(diǎn)和桁架上、下排主筋焊接牢固，其中籠頂?shù)? 排主吊點(diǎn)設(shè)置在鋼筋籠下排鋼筋上。

5.3 吊點(diǎn)驗(yàn)算

本工程設(shè)置4 道共24 個(gè)吊點(diǎn)吊裝鋼筋籠。其中受力最大的情況是，當(dāng)鋼筋籠下放到最后第1 道吊點(diǎn)時(shí)，此時(shí)，第1 道4個(gè)主吊吊點(diǎn)和鋼筋籠頂4 個(gè)備用吊點(diǎn)共8 個(gè)吊點(diǎn)承受整幅鋼筋籠84.58t 的質(zhì)量。吊點(diǎn)驗(yàn)算：

A40 吊點(diǎn)Q235 鋼最大抗拉強(qiáng)度f=3.14×20mm×20mm×215N/mm2（Q235 鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）/9.8/1000＝27.56t；

84.58t/8=10.57t＜f，吊點(diǎn)鋼筋和縱向主筋及桁架筋焊接牢固，每次8 個(gè)吊點(diǎn)共同受力，所以滿足起吊要求。

6 鋼筋籠起吊

地下連續(xù)墻采用分段吊裝的方法。鋼筋籠分36.43m 和17.26m 2 段吊裝的方法，先吊放17.26m 段，后吊36.43m 段。主吊機(jī)與副吊機(jī)均平行于鋼筋籠停放，起吊過程中要保證吊鉤與鋼筋籠重心相吻合，確保起吊過程鋼筋籠安全平穩(wěn)。起吊要遵循“雙機(jī)抬吊，空中轉(zhuǎn)體，負(fù)載行走，垂直入槽”；負(fù)載行走不得超過額定要求70%，行走速度不得超過5m/min。

具體操作步驟：

1）吊裝前準(zhǔn)備好各項(xiàng)工作，特別是對(duì)鋼筋籠焊接質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收合格后，由信號(hào)工指揮主副吊車移動(dòng)到起吊位置，司索工在鋼筋籠上安裝鋼絲繩和卡環(huán)，掛上履帶吊主吊吊鉤及副吊吊鉤[5]。

2）質(zhì)量安全專項(xiàng)檢查人員檢查吊點(diǎn)及吊環(huán)安裝質(zhì)量，以及吊機(jī)鋼絲的安裝情況及受力重心后，開始由信號(hào)工指揮主副吊機(jī)同時(shí)起吊。

3）試吊，將鋼筋籠吊至離地面0.5m，檢查鋼筋籠是否平穩(wěn)，是否存在脫焊、鋼筋脫落等異?，F(xiàn)象，隨后主吊慢慢起吊，同時(shí)根據(jù)鋼筋籠尾部距地面距離，隨時(shí)指揮副吊配合緩慢起吊。

4）鋼筋籠吊起后，主吊慢慢起鉤提升，副吊配合，保持鋼筋籠距地面距離，最終使鋼筋籠自然垂直。

5）指揮司索工卸除副吊在鋼筋籠吊點(diǎn)上的吊鉤，并退至吊裝安全范圍。

6）指揮主吊機(jī)吊鋼筋緩慢移動(dòng)至待入槽段指定位置，定位準(zhǔn)確后下鋼筋籠，吊機(jī)在負(fù)重移動(dòng)過程中必須緩慢、平穩(wěn)，并在鋼筋籠上拉牽引繩。下籠過程中若遇到鋼筋籠卡孔的情況，要吊出檢查孔位情況后再吊放，不得強(qiáng)行入孔。

7）當(dāng)鋼筋籠下到副吊點(diǎn)時(shí)，暫停放下，拆下副吊點(diǎn)的鋼絲繩、卡環(huán)。

8）當(dāng)鋼筋籠繼續(xù)往下插入，到主吊點(diǎn)時(shí)暫停放下，并且插入槽鋼，把鋼筋籠固定在導(dǎo)墻頂，然后拆下主吊點(diǎn)的鋼絲繩、卡環(huán)。當(dāng)拆下第2 道主吊點(diǎn)時(shí)，將掛在備用吊點(diǎn)的鋼絲繩掛在吊鉤上。

9）繼續(xù)下放鋼筋籠到最頂部一排主吊點(diǎn)，在擱置點(diǎn)處插入槽鋼，將鋼筋籠固定住。卸下吊點(diǎn)處的鋼絲繩和卡環(huán)，然后用卡環(huán)將鋼筋籠吊耳和主吊鋼絲繩連接起來，最終下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高，拆除吊耳上的卡環(huán)和鋼絲繩。

L 形特殊鋼筋籠需增加的步驟：第2 節(jié)鋼筋籠吊至孔口位置后，進(jìn)行主筋焊接，全部主筋焊接完成，纏繞箍筋并點(diǎn)焊，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可緩慢勻速下放。

7 鋼筋籠擱置

7.1 擱置鋼筋驗(yàn)算

7.1.1 擱置點(diǎn)鋼筋規(guī)格與數(shù)量

為了在下放鋼筋籠過程中，臨時(shí)換鋼絲繩時(shí)需要暫時(shí)將鋼筋籠臨時(shí)擱置在導(dǎo)墻上而必須要放的擱置點(diǎn)。還有鋼筋籠最終下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，也需要臨時(shí)擱置點(diǎn)將鋼筋籠固定在設(shè)計(jì)標(biāo)高。每幅鋼筋籠需設(shè)置4 個(gè)擱置點(diǎn)，擱置點(diǎn)采用A40 圓鋼與主筋單面焊接形成。鋼筋籠擱置點(diǎn)布置如圖5 所示。

圖5 鋼筋籠擱置點(diǎn)平面示意圖

7.1.2 擱置鋼筋驗(yàn)算

在下放鋼筋籠過程中，每次臨時(shí)換鋼絲繩時(shí)4 個(gè)擱置點(diǎn)共同受力，即每個(gè)擱置點(diǎn)要承受1/4 鋼筋籠質(zhì)量。計(jì)算如下：

每次換鋼絲繩時(shí)4 個(gè)擱置點(diǎn)共同受力，所以滿足起吊要求。

7.2 擱置鋼梁驗(yàn)算

7.2.1 擱置鋼梁規(guī)格與數(shù)量

鋼筋籠最終下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，鋼筋籠頂端距離槽頂仍有一段距離，故需設(shè)置吊筋，吊筋采用A32 鋼筋，吊筋長(zhǎng)度需要保證地下連續(xù)墻鋼筋籠處于設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后用擱置鋼梁穿過吊筋將鋼筋籠固定在設(shè)計(jì)標(biāo)高，每幅鋼筋籠設(shè)置2 根鋼梁擱置于導(dǎo)墻上，擱置鋼梁采用18B 槽鋼。

7.2.2 擱置鋼梁計(jì)算

鋼筋籠最大質(zhì)量84.58t，單根擱置鋼梁承受最大質(zhì)量

84.58t/2=42.29t。

根據(jù)擱置鋼梁的受力形式，Mx=Fa=42.29/2×9.8×0.1=20.72kN·m

鋼梁采用18B 槽鋼，整體穩(wěn)定計(jì)算：

式中，Mx為最大彎矩；φb為繞強(qiáng)軸彎曲所確定的整體穩(wěn)定系數(shù)，取2.0；Wx為對(duì)x軸的凈截面模量，18B 槽鋼取值為152 000mm3；f為抗拉、抗彎鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，為215N/mm2。

8 鋼筋籠對(duì)接

8.1 鋼筋籠對(duì)接工藝

下節(jié)鋼筋籠采用雙機(jī)抬吊法吊入槽內(nèi)，采用槽鋼制作的鋼梁將鋼筋籠擔(dān)在導(dǎo)墻上；起吊上節(jié)鋼筋籠至指定位置，并在自然豎直狀態(tài)下緩慢下放上節(jié)鋼籠，使上下節(jié)鋼筋籠對(duì)應(yīng)主筋、型鋼各自對(duì)位；先擰緊有對(duì)接限位標(biāo)志的幾組縱向主筋；然后整體吊起鋼筋籠，使上下段鋼筋籠呈自然垂直狀態(tài)；對(duì)其余對(duì)應(yīng)主筋接駁器進(jìn)行擰緊，焊接接頭鋼筋籠內(nèi)型鋼；連接導(dǎo)管插入通道與導(dǎo)管導(dǎo)向筋；后用主吊緩慢微提整幅鋼筋籠，撤去槽鋼，緩慢將鋼筋籠下放入槽。

連續(xù)墻鋼筋籠的主筋對(duì)接采用加長(zhǎng)型號(hào)的接駁器對(duì)接，以保證上下節(jié)主筋接駁器內(nèi)連接長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，型鋼及接駁器無法連接的構(gòu)件采用綁焊的形式連接。

8.2 鋼筋籠對(duì)接要點(diǎn)

鋼筋籠對(duì)接要點(diǎn)包括：（1）鋼筋加工時(shí)，嚴(yán)格按照要求切割主筋，并打磨不平整鋼筋頭，加工好的絲頭帶上保護(hù)帽，以免鋼筋倒運(yùn)過程中出現(xiàn)磕碰破損；（2）下節(jié)鋼筋籠臨時(shí)擱置在導(dǎo)墻上，擱置槽鋼需要與導(dǎo)墻做有效固定，保證鋼筋籠不出現(xiàn)異動(dòng)；（3）當(dāng)上節(jié)鋼筋籠吊放在下節(jié)鋼筋籠上時(shí)，將兩節(jié)鋼筋籠對(duì)接位置上下各一排橫向主筋與縱向主筋解除固定連接，用扎絲綁扎，使縱向主筋可以在一定范圍內(nèi)活動(dòng)；（4）對(duì)接鋼筋籠時(shí)，首先將兩段四個(gè)限位主筋連接完成，然后調(diào)整其他主筋進(jìn)行連接。

9 結(jié)語

在鄭州市市政控制性節(jié)點(diǎn)經(jīng)開中心廣場(chǎng)站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中，共完成了68 幅地連墻鋼筋籠的吊裝作業(yè)，未發(fā)生一起安全事故，根據(jù)后期基坑開挖效果觀察，地連墻整體防水效果良好，鋼筋籠連接處無裂縫及滲漏水情況出現(xiàn)。證明該吊裝技術(shù)可以有效地解決超長(zhǎng)超重地連墻鋼筋籠吊裝困難的問題，起到了良好的經(jīng)濟(jì)效果，對(duì)類似工程有一定的借鑒意義，但需要重點(diǎn)主要以下幾點(diǎn)：（1）要著重注意鋼筋籠對(duì)接、型鋼接頭的焊接質(zhì)量；（2）嚴(yán)格控制鋼筋籠入槽的垂直度和水平度，防治鋼筋籠傾斜，影響對(duì)接質(zhì)量；（3）鋼筋籠吊裝期間要不間斷對(duì)吊車行走區(qū)域進(jìn)行沉降觀測(cè)，防治突發(fā)事件發(fā)生。