新型環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝的優(yōu)化與應用

■張鑫平

（泉州臺商投資區(qū)城市建設發(fā)展有限公司，泉州 362000）

1 工程簡介

某大橋及連接線工程主線橋梁總長1 427 m，主橋設計為（75+120+75）m 變截面預應力混凝土連續(xù)箱梁，雙幅設計，單幅梁寬23.5 m。 其中12#、13#主墩基礎為32 根直徑2.5 m 鉆孔灌注樁。主橋橋型布置圖見圖1。

圖1 主橋橋型布置圖

主墩樁長達59 m，樁基頂?shù)戒撈脚_空孔深度達15 m。鋼筋籠采用直徑32 mm 主筋，外徑為2.39 m，單個重量達24.86 t。由于鋼筋籠自重達，空孔較深，采用常規(guī)的帶吊耳的吊筋與鋼筋主筋焊接，施工效率低，且鋼筋籠定位精度低，吊筋承重穿杠承載力要求高。

2 鋼筋籠吊筋連接工藝對比優(yōu)化

2.1 專門設計吊筋吊具裝置施工工藝

吊具設計及制作：根據(jù)鋼護筒和鋼筋籠直徑設計環(huán)形定位承重平臺[1]（圖2），根據(jù)鋼筋籠自重，設計專用吊耳。 根據(jù)設計圖紙進行環(huán)形平臺及吊耳加工制作。 吊耳固定焊接：根據(jù)鋼筋籠直徑尺寸，在末節(jié)鋼筋籠設計位置將吊耳與鋼筋籠焊接，焊接應滿足設計要求[2]。 鋼筋籠下放：將環(huán)形平臺吊至鋼護筒上方，并根據(jù)樁位中心精準定位放置固定，下放至末節(jié)鋼筋籠時將吊筋與吊耳安裝固定，下放到位后將吊筋與環(huán)形承重平臺安裝固定。

圖2 專門設計吊筋吊具定位承重裝置

2.2 傳統(tǒng)常規(guī)鋼筋籠吊筋施工工藝

吊筋加工制作：根據(jù)鋼筋籠直徑選擇設置吊筋數(shù)量，計算單個鋼筋籠最大重量選擇大于等于鋼筋籠主筋直徑的鋼筋作為吊筋制作原材料。 通過鋼筋彎曲機將鋼筋制作加工成吊耳的吊筋。 吊筋下料長度=吊筋與鋼筋籠焊接有效長度（正常為10 d）+預留偏差調(diào)節(jié)長度（20 cm）+吊筋有效長度+吊耳制作長度。 吊筋安裝：鋼筋籠下放到位后，量出吊筋的有效長度并做好標記， 將吊筋與鋼筋籠主筋進行焊接[3]，焊接完成后將支撐梁穿過吊耳進行定位固定。 傳統(tǒng)吊筋安裝見圖3。

圖3 傳統(tǒng)吊筋焊接與定位

現(xiàn)場澆灌水上首根2.5 m 大直徑樁基為12#主墩12#-4 樁基，鋼筋籠定位固定采用傳統(tǒng)焊接吊筋工藝施工。 由于鋼筋籠直徑較大且吊筋有效長度達14.3 m， 為保證鋼筋籠下放定位及樁基砼澆筑過程不發(fā)生鋼筋籠偏位上浮等現(xiàn)象，共設置4 根與主筋等直徑32 mm 鋼筋作為吊筋。 吊筋焊接就位后，將工12 支撐梁穿過吊耳進行定位固定， 采用2 個吊耳共用1 根工12 的支撐梁作為支撐固定。

由于樁基長度較長且鋼筋籠主筋數(shù)量多，鋼筋籠節(jié)段間連接時間較長，在吊筋焊接過程及最后定位產(chǎn)生了一系列問題，具體如下：（1）鋼筋籠重達24.86 t，為保證接頭焊接質(zhì)量且焊縫長度較長，焊接時間較長、效率低；（2）吊筋長度較長，與鋼筋籠主筋焊接時存在長度偏差，導致吊筋受力不均勻；（3）吊筋采用鋼筋制作，由于鋼筋抗剪強度較小，吊耳受力點容易產(chǎn)生剪切破壞；（4）支撐梁承載能力考慮不周，在吊筋受力不均時，容易產(chǎn)生局部變形。

為保證水上大直徑深空孔的鋼筋籠快速精準進行吊筋安裝及定位，結(jié)合傳統(tǒng)吊筋施工和針對大直徑鋼筋籠下放專用吊具分析對比，研究出一種新型快速經(jīng)濟環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝。

2.3 新型快速經(jīng)濟環(huán)保鋼筋籠吊筋施工工藝

新型吊筋施工方式推翻傳統(tǒng)焊接工藝，全部改為機械連接方式，且取消吊耳，優(yōu)化改進支撐梁，使吊點受力處亦可采用機械套筒受力，充分利用鋼筋抗拉強度。末節(jié)鋼筋籠主筋車絲：主墩2.5 m 樁基鋼筋籠主筋設計采用48 根直徑為32 mm 鋼筋，為保證吊筋受力均勻，在鋼筋籠末節(jié)制作時，需保證第1、12、24、36 根主筋接頭車絲（可將相鄰主筋進行車絲， 以防絲牙受損備用）， 滿足與吊筋進行套筒連接。 末節(jié)鋼筋籠制作完成后及時用保護套對外露絲牙進行保護。 吊筋下料加工：計算吊筋有效長度，根據(jù)長度進行下料車絲。 與鋼筋籠主筋連接接頭采用半絲加工（即1/2 套筒長度），固定端采用全絲加工，保證固定時可進行調(diào)節(jié)保持鋼筋籠受力平衡。 吊筋套筒連接：鋼筋籠末節(jié)下放完成后，通過履帶吊副鉤將4 根吊筋提升以便與鋼筋籠主筋進行套筒連接， 連接完成后將套筒外部與吊筋進行點焊成固定，方便后續(xù)拆除。 鋼筋籠吊筋定位安裝：根據(jù)樁位中心，固定支撐梁位置保證鋼筋籠中軸線不發(fā)生偏移，將吊筋穿過支撐梁，安裝鋼墊板調(diào)節(jié)吊筋長度，安裝套筒進行固定。 新型吊筋安裝見圖4。

圖4 新型吊筋連接與定位固定圖

吊筋回收利用：樁基砼灌注完成后，待砼終凝后，拆除固定端套筒后，將扭力扳手夾緊吊筋轉(zhuǎn)動即可拆除吊筋和連接套筒進行重復使用。

3 新型吊筋施工工藝受力計算

主橋為2.5 m 大直徑樁基且長度達59 m，鋼筋籠重達24.86 t， 為保證鋼筋籠安全精準下放到位，對吊筋系統(tǒng)進行受力驗算。

3.1 單根吊筋受力驗算

單個鋼筋籠重24.86 t，單根吊筋需承擔62.15 kN，吊筋采用與主筋同直徑32 mm 鋼筋加工制作，Φ32 mm 鋼筋抗拉強度σ=540 MPa， 有效計算截面積As=804.2 mm2。

吊筋本身破壞受拉力：F1=σAs=540×804.2=434.268 kN＞62.15 kN，吊筋滿足受力要求。

根據(jù)鋼筋機械連接檢驗報告，套筒連接工藝強度大于鋼筋母材本身強度， 考慮到吊筋及套筒周轉(zhuǎn)重復使用，套筒連接接頭按母材強度0.5 系數(shù)進行折減，吊筋連接接頭處破壞力：F2=0.5×F1=217.134 kN＞62.15 kN,機械連接接頭滿足受力要求[4]。

故采用4 根直徑32 mm 鋼筋作為吊筋能滿足鋼筋籠承重要求。

3.2 單根支撐梁受力驗算

支撐材料為3 m 長雙拼槽鋼20a， 截面上下對稱，截面面積A=5 704 mm2，自重W=0.439 kN/m 計算時考慮放大1.2 系數(shù)，面積矩S=207 214 mm3，抗彎慣性矩I=35 296 061 mm4， 抗彎模量W=352 961 mm3，塑性發(fā)展系數(shù)γ= 1.05； 荷載組合按1.3 恒載考慮。荷載按集中荷載考慮，62.15 kN， 距離梁端0.66 m，受力示意見圖5。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》[5]計算強度及穩(wěn)定性

圖5 單根支撐梁受力示意圖

驗算。

3.2.1 強度應力

最大剪應力

τ=Vmax·S/I/tw

=1.3×（0.439×1.2×1.5+62.15）×207214/35296061/14

×1000

=34.3 MPa≤fv=125 MPa，滿足規(guī)范要求。

最大正應力

σ=Mmax/γ/W

=（81.82×0.66）/1.05/352961×106

=145.7 MPa≤f=215 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.2.2 穩(wěn)定應力

閉合截面，整體穩(wěn)定系數(shù)φb= 1.0

最大壓應力

σ=Mmax/φb/W

=（81.82×0.66）/1.00/352961×106

=153 MPa≤f=215 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.2.3 局部穩(wěn)定

腹板穩(wěn)定驗算：

腹板高hw=178 mm，腹板厚tw=7.0 mm

翼緣穩(wěn)定驗算：

兩腹板間受壓翼緣寬度b0=132.0 mm，厚度t=

11.0 mm

4 新型鋼筋籠吊筋工藝應用

為驗證新型吊筋施工工藝優(yōu)越性，主橋13# 墩13#-5 樁基吊筋采用機械接頭及優(yōu)化后支撐梁施工。 吊筋安裝過程比傳統(tǒng)焊接速度快，時間短，且支撐梁為未發(fā)生局部變形。 為詳細分析該施工工藝的經(jīng)濟實用性，將與傳統(tǒng)工藝、專門設計吊具工藝進行研究對比，具體分析見表1。

表1 鋼筋籠吊筋工藝方案對比

通過對比分析可知，采用機械連接吊筋施工工藝，大大提高安裝效率和鋼筋籠精準定位，吊筋使用既有效減少材料投入又能實現(xiàn)可周轉(zhuǎn)重復利用，提高吊筋利用率，節(jié)約成本投入。 采用套筒連接，可減少有害氣體產(chǎn)生，安裝快速且環(huán)保。 該工藝操作簡單，安裝迅速，精準定位且節(jié)能環(huán)保，在后續(xù)主橋樁基鋼筋籠下放中得到了充分運用。

新型快速環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝在主橋樁基鋼筋籠下放中取得了一系列的成果，具體如下：（1）吊筋下料長度減短，主橋64 根樁基可節(jié)約32 mm 鋼筋原材料約2.5 t， 節(jié)省經(jīng)濟成本約5500×2.5=13750 元；（2）主橋64 根樁基，投入4 套吊筋系統(tǒng)即可實現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用， 減少吊筋投入約21.66 t，節(jié)省經(jīng)濟成本約5500×21.66=119130 元（單根吊筋平均有效長度14.3 m，單個鋼筋籠需投入吊筋約14.3×4×6.31=361 kg，減少60 套吊筋投入共計361×60=21.66 t）；（3）施工功效提升，實現(xiàn)快速安裝，采用焊接時單套鋼筋籠吊筋焊接長達60 min，采用套筒連接只需10 min 即可完成，施工速度較焊接快5 倍， 單根樁基可節(jié)省時間50 min，64 根樁基可節(jié)約53 個工時；（4）鋼筋籠中心精準定位，支撐梁根據(jù)樁位中心提前計算擺平，樁頭破除后鋼筋籠中整體偏位控制在0.5～1.5 cm；（5）綠色環(huán)保，機械連接過程不產(chǎn)生有害氣體減少對空氣污染。

5 結(jié)語

新型快速環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝，在主橋大直徑鋼筋籠下放中得以成功運用，為項目節(jié)省成本約13.29 萬元，減少53 個工時投入，提高定位精度鋼筋籠中心偏差控制在0.5～1.5 cm。 該工藝不僅操作簡單、快速且資源投入少，又可實現(xiàn)重復使用、綠色環(huán)保無污染，對于超長、大直徑、鋼筋籠自重大且位于環(huán)境敏感保護區(qū)樁基施工具有良好運用前景。 該工藝在其他樁基類型中同樣具有廣泛的運用前景，不僅能提高樁基質(zhì)量控制，也可以為項目實現(xiàn)創(chuàng)本增效，提高項目經(jīng)濟效益。