超深地連墻鋼筋籠吊裝設(shè)計(jì)分析與實(shí)踐

沈杰超 張國(guó)亮 蔡 靖 陳云峰

(1.浙江工業(yè)大學(xué)工程設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310014； 2.浙江績(jī)豐巖土技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 310013)

1 工程概況

本工程位于杭州錢塘江沿岸，項(xiàng)目為地鐵項(xiàng)目的大小盾構(gòu)井轉(zhuǎn)換井。風(fēng)井圍護(hù)墻采用1 000 mm～1 200 mm地下連續(xù)墻，地連墻墻深均為61.2 m，地連墻接頭形式為H型鋼。該項(xiàng)目最重的一字幅鋼筋籠重達(dá)91.5 t，本文對(duì)最重的鋼筋籠進(jìn)行吊裝方案設(shè)計(jì)并展開論證。

2 鋼筋籠吊裝方案設(shè)計(jì)與論證

2.1 總體吊裝方法與工況分析

2.1.1 總體吊裝方法

該項(xiàng)目連續(xù)墻深度均為61.2 m，單個(gè)鋼筋最重為幅寬5.6 m V字幅，籠長(zhǎng)61.15 m，籠重為91.5 t。擬采用分截起吊對(duì)接入槽即分節(jié)吊裝法施工，將鋼筋籠分段為上段42.15 m，重約73.8 t，下段19 m，重約17.7 t。采用主吊400 t+副吊180 t雙機(jī)十八點(diǎn)抬吊，起吊時(shí)使吊鉤中心與鋼筋籠重心相重合，保證起吊平衡，并在空中回直，分兩節(jié)入槽的方法吊裝。

吊裝時(shí)先吊裝下段鋼筋籠，起吊過程中主鉤起吊鋼筋籠頂部，副鉤同時(shí)起吊鋼筋籠中下部，緩慢吊離地面，主鉤緩慢提升，改變鋼筋籠角度，使其逐漸垂直。然后去掉180 t副吊，400 t主吊將鋼筋籠移到槽段邊緣，鋼筋籠吊入槽內(nèi)，用鋼梁挑住暫擱在導(dǎo)墻上，然后吊裝上段鋼筋籠。上段鋼筋籠在自然垂直狀態(tài)下對(duì)準(zhǔn)下段鋼筋籠，緩慢下放上段鋼筋籠，使各組縱向主筋配對(duì)理順，對(duì)鋼筋籠四周有對(duì)接限位標(biāo)志的幾組縱向主筋擰緊接駁器。重新拎起鋼筋籠，使上下段鋼筋籠呈自然垂直狀態(tài)，對(duì)其余各組縱向主筋擰緊接駁器，完善導(dǎo)管插入通道與導(dǎo)管導(dǎo)向筋，補(bǔ)焊水平鋼筋、保護(hù)層墊塊，焊接接頭工字鋼。最后將對(duì)接成整幅的鋼筋籠下放入槽，下放導(dǎo)管準(zhǔn)備澆筑混凝土。

2.1.2 吊裝工況分析

本次鋼筋籠吊裝主要分5個(gè)吊裝工況，經(jīng)4次吊鉤轉(zhuǎn)換后入槽，每個(gè)工況下主副吊車受力各不相同。

1)工況一：雙機(jī)十八點(diǎn)抬吊(上段73.8 t)。該工況下(見圖1)，此時(shí)鋼筋籠的重量由主吊、副吊同時(shí)承擔(dān)，結(jié)合吊點(diǎn)設(shè)置及受力分析，計(jì)算主副吊車的受力情況。

鋼筋籠吊點(diǎn)布置的原則是使得鋼筋籠受到的彎矩最小，根據(jù)彎矩平衡定律[1]，計(jì)算如下(見圖2)。

計(jì)算分析如下：

其中，q為均布載；M為彎矩。

又2L1+5L2=42.15 m;因此L1=2.6,L2=7.4。

由此計(jì)算分析可以計(jì)算出鋼筋籠的吊點(diǎn)布置位置，吊點(diǎn)位置為：

籠頂下1.4 m+8.5 m+8.5 m+7.15 m+7 m+7 m+2.6 m=42.15 m，重心距籠頂約21.1 m。

根據(jù)起吊時(shí)鋼筋籠平衡得：

2T1+2T2=73.8 t

(1)

T1×1.4+T1/2×9.9+T1/2×17.4+T2×
25.55+T2/2×32.55+T2/2×39.55=73.8×21.1

(2)

由以上式(1),式(2)得：T1=16.26 t；T2=20.64 t。

平抬鋼筋籠時(shí)主吊起重量為32.52，副吊起吊重量為41.28 t，因此為使得副吊吊重相對(duì)較小，可以適當(dāng)調(diào)整吊點(diǎn)位置，以利于減小副吊吊重。

2)工況二[2-4]：鋼筋籠轉(zhuǎn)體至垂直(上段73.8 t)。該工況下(見圖3)，為副吊的最大受力工況，受力為73.8×60%=44.28 t，而此時(shí)吊點(diǎn)總數(shù)為18點(diǎn)。

3)工況三：鋼筋籠垂直運(yùn)送至槽段(上段73.8 t)。

該工況下進(jìn)行第一次吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換(見圖4)，即副吊脫離吊裝過程，吊點(diǎn)個(gè)數(shù)由18點(diǎn)轉(zhuǎn)換為9點(diǎn)。此時(shí)，由主吊9吊點(diǎn)完全承擔(dān)整個(gè)鋼筋籠的重量，并通過施工道路將鋼筋籠垂直運(yùn)送至相應(yīng)槽段。在該工況下，需要考慮行走狀況下吊裝驗(yàn)算，吊車吊重(鋼筋籠重+吊具重)不得超過最大設(shè)計(jì)吊重的70%。為確保鋼筋籠運(yùn)輸安全，同時(shí)獲得吊車最大起重量，需要將吊車的回轉(zhuǎn)半徑控制在最小值。

4)工況四：上、下兩段鋼筋籠對(duì)接(鋼筋籠總重91.5 t)。在該工況下(見圖5)，上下兩段鋼筋籠在槽段口進(jìn)行對(duì)接，對(duì)接完畢后繼續(xù)下放鋼筋籠。此時(shí)主吊受到的總重量為上下段鋼筋籠及吊具重量之和，即95.5 t。該工況下，若鋼筋籠下放順利，則下段鋼筋籠已進(jìn)入槽段內(nèi)，泥漿對(duì)鋼筋籠的浮力未計(jì)算在內(nèi)，且吊車處在非行走狀態(tài)，吊車吊重控制在設(shè)計(jì)最大值之內(nèi)。

考慮到實(shí)際施工中有可能需要將鋼筋籠提升后重新下放。此時(shí)，一方面鋼筋籠提升時(shí)，吊車不僅需要承受鋼筋籠的重量，還要考慮到槽段側(cè)壁對(duì)鋼筋籠的摩阻力；而重新下放鋼筋籠時(shí)，有可能出現(xiàn)往下的沖擊力；因此在考慮鋼筋籠整體下放時(shí)，考慮了1.1的動(dòng)力系數(shù)。

5)工況五：鋼筋籠對(duì)接后整體下放時(shí)的吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換。

該工況下，鋼筋籠逐漸下放，當(dāng)鋼筋籠下放到吊點(diǎn)4位置時(shí)，需進(jìn)行第二次吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換，即卸下吊點(diǎn)4處吊具；當(dāng)繼續(xù)下放到吊點(diǎn)3位置時(shí)，進(jìn)行第三次吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換，將吊點(diǎn)移動(dòng)至上方吊點(diǎn)2位置；當(dāng)鋼筋籠繼續(xù)下放到吊點(diǎn)2位置時(shí)，進(jìn)行第四次吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換，即移動(dòng)吊點(diǎn)至吊攀1位置，吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換及吊點(diǎn)數(shù)量如圖6吊點(diǎn)轉(zhuǎn)換示意圖。因此，在進(jìn)行吊點(diǎn)受力計(jì)算時(shí)，最不利工況為6個(gè)吊點(diǎn)。

2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算

吊裝方案設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容主要是吊裝機(jī)械的選擇與驗(yàn)算、鋼筋籠吊點(diǎn)布置、施工用筋布置、鋼絲繩驗(yàn)算、地基承載力驗(yàn)算等。

1)吊機(jī)選擇與吊重驗(yàn)算。

該項(xiàng)目鋼筋籠吊裝采用18點(diǎn)雙機(jī)抬吊法起吊，鋼筋籠采用分節(jié)吊裝，吊車選用主吊400 t和副吊180 t，主副吊機(jī)驗(yàn)算時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:

最大吊重應(yīng)分別考慮主副吊機(jī)在最不利工況下的荷載；考慮吊車負(fù)荷行走；考慮一定的動(dòng)力(阻力)系數(shù)。

本吊裝方案設(shè)計(jì)中對(duì)主吊的驗(yàn)算，考慮了兩種不利工況組合。一是主吊最大負(fù)荷行走，即吊車負(fù)荷77.8 t(含吊具4 t)，吊車行走時(shí)安全折減系數(shù)0.7；二是主吊不行走時(shí)最大吊重95.5 t(上、下兩段鋼筋籠對(duì)接后)，此時(shí)考慮了實(shí)際施工時(shí)鋼筋籠無法順利下放這一不利工況，因此考慮鋼筋籠需重新提升時(shí)槽段對(duì)鋼筋籠的側(cè)阻力，取動(dòng)力(阻力)系數(shù)1.1。

2)焊縫驗(yàn)算。

施工各節(jié)點(diǎn)焊接要求必須滿足規(guī)范要求[5,6]。實(shí)際施工中，需考慮操作的可行性，難免出現(xiàn)焊接部位單面焊，因此計(jì)算擱置鋼板、吊點(diǎn)鋼筋、吊點(diǎn)鋼板等部位時(shí)需按單面焊縫進(jìn)行計(jì)算復(fù)核；同時(shí)，施工中難免出現(xiàn)焊縫質(zhì)量偏差，焊縫設(shè)計(jì)需留一定的安全余量，本次方案設(shè)計(jì)焊縫安全系數(shù)為1.5。

2.3 方案論證與建議

該項(xiàng)目經(jīng)方案論證專家組評(píng)審，主要提出了以下幾點(diǎn)建議：

1)考慮到鋼筋籠吊裝施工的便利，可根據(jù)鋼筋籠規(guī)格重量的不同，分別進(jìn)行吊裝設(shè)計(jì)，以方便實(shí)際施工；

2)主吊最大吊重需要考慮上、下兩段鋼筋籠對(duì)接后的工況，尤其是遇到鋼筋籠難以下放的情況，并考慮一定的動(dòng)力系數(shù)；

3)鋼筋籠吊裝不僅需要進(jìn)行吊機(jī)起吊能力、吊點(diǎn)鋼筋受力、吊具受力等主要部位的驗(yàn)算，同時(shí)也需要重視主要受力點(diǎn)焊縫的驗(yàn)算。

3 鋼筋籠吊裝施工實(shí)踐

3.1 合理安排地連墻首開與閉合幅

如圖7所示，地下連續(xù)墻首開幅鋼筋籠必須在鋼筋籠兩端設(shè)置止水板，即H型鋼接頭；連接幅是在鋼筋籠的一側(cè)設(shè)置H型鋼接頭；而閉合幅是與兩個(gè)已完成的地連墻連接，無需在閉合幅鋼筋籠設(shè)置H型鋼接頭。

結(jié)合地下連續(xù)墻鋼筋籠籠重進(jìn)行分析，鋼筋籠重量可以分為H型鋼接頭重量和鋼筋籠結(jié)構(gòu)自身重量。該項(xiàng)目中采用的地連墻鋼筋籠最重為91.5 t，若將其設(shè)置為首開幅，則鋼筋籠總重91.5 t；若將其設(shè)置為閉合幅，則無需設(shè)置H型鋼接頭，鋼筋籠重量可減輕至74 t(扣除2個(gè)H型鋼接頭約17.5 t)。

實(shí)際施工過程中通過合理安排首開幅、連接幅和閉合幅來調(diào)整鋼筋籠重量，以降低鋼筋籠實(shí)際吊重，達(dá)到降低風(fēng)險(xiǎn)、提高吊裝安全系數(shù)的目的。

3.2 合理設(shè)置吊點(diǎn)鋼筋與吊點(diǎn)數(shù)量

結(jié)合地下連續(xù)墻分幅與鋼筋籠重量計(jì)算分析，鋼筋籠最輕的僅46.1 t，而最重的鋼筋籠重91.5 t。吊裝設(shè)計(jì)方案中，一般僅考慮了最重的鋼筋籠的吊裝，本次吊裝設(shè)計(jì)方案鋼筋籠重91.5 t(吊具重達(dá)4 t)，那么對(duì)于重50 t的鋼筋籠采用91.5 t的吊裝方案顯然是不合理的。為便于施工，節(jié)約材料，實(shí)際施工時(shí)對(duì)不同重量區(qū)間的鋼筋籠分別進(jìn)行吊裝設(shè)計(jì)。通過合理選擇吊具，合理配置吊點(diǎn)鋼筋，適當(dāng)減少吊點(diǎn)數(shù)量以便于實(shí)際施工。

4 結(jié)語

1)超深超重地連墻鋼筋籠吊裝設(shè)計(jì)時(shí)，需重點(diǎn)對(duì)吊點(diǎn)鋼筋、擱置鋼板等部位的受力情況進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，同時(shí)不能忽視這些部位的焊縫情況；避免出現(xiàn)總體吊裝滿足要求，而焊縫等細(xì)微環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。

2)鋼筋籠吊裝設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)吊裝方法、吊裝工況的不同，分別進(jìn)行工況分析，以確定最不利工況；不同環(huán)節(jié)的受力分析，其最不利工況也可能不同。

3)對(duì)于H型鋼接頭的地連墻，H型鋼重量占比較大，實(shí)際施工過程中通過合理安排首開幅、連接幅和閉合幅來調(diào)整鋼筋籠重量，以降低鋼筋籠實(shí)際吊重。

4)同一地連墻項(xiàng)目，若鋼筋籠重量相差較大，實(shí)際施工時(shí)宜根據(jù)不同重量區(qū)間分別進(jìn)行吊裝驗(yàn)算，以便于吊裝作業(yè)；通過合理選擇吊具，合理配置吊點(diǎn)鋼筋，適當(dāng)減少吊點(diǎn)數(shù)量以便于施工。