基于受限空間的超長地下連續(xù)墻鋼筋籠整體吊裝施工控制研究

苗壯壯 武斌

中電建市政建設集團山東工程有限公司 山東 濟南 250031

引言

因為超長地下連續(xù)墻鋼筋籠本身的特殊性，既體積大、重量大、剛度小、作業(yè)空間有限，在施工過程中既要保證鋼筋籠的強度、剛度和整體性，還要注意作業(yè)人員和機械設備傷害。在地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝施工中，由于場地條件限制，鋼筋籠無法一次吊裝入槽，而只能在受限空間內(nèi)進行分步、多次起落轉(zhuǎn)移。在此過程中，由于吊點位置不同、起吊方式不同、下放速度不同等因素影響，鋼筋籠在吊裝過程中會出現(xiàn)不同程度的彈性變形。為防止鋼筋籠過大變形，發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，必須對鋼筋籠吊裝過程進行跟蹤監(jiān)測以保證其安全，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整優(yōu)化。

1 工程概況

該隧洞工程進口為素填土區(qū)，洞口左上方為選礦廠洗礦池。洗礦池為土體堆積形成，穩(wěn)定性差，透水性強，為了防止左側(cè)邊坡垮塌危險，確保隧洞進口段施工安全和工期因素，故設計為地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻控制樁號為K7+794～K7+867，控制長度為73m，共分為26幅，其中22幅為標準分段，分段為直線型，長度均為6m；剩余4幅為非標準分段，其中兩個分段為直線型，長度均為4m，另外兩個分段為L型，長度分別為4.6m（見圖1）。

本工程地下連續(xù)墻最大深度為34.29m，最大鋼筋籠重量為34t。鋼筋籠標準段外形尺寸最大為34.29m×6m×1m，最大吊裝高度約為45m，最大起重重量約為36t（包括鋼筋籠、預埋件、鋼絲繩、扁擔梁重量）。

為降低吊裝風險，本著安全第一原則，對槽段施工順序進行優(yōu)化，確保較淺槽段先行施工，這樣工字鋼即可安裝在籠體較輕的槽段，減輕較深槽段鋼筋籠整體重量[1]。

2 技術(shù)原理

本工程采用220t的汽車吊作為鋼筋籠起吊的主吊，根據(jù)鋼筋籠長度和吊具長度即鋼筋籠吊起后離地高度，可確定主吊吊起后高度最大為50m，考慮鋼筋籠吊起后防止鋼筋籠旋轉(zhuǎn)碰撞主吊臂架，經(jīng)計算主吊回轉(zhuǎn)半徑r=9m，根據(jù)吊車性能參數(shù)確定主吊臂長45m，工作半徑9m，最大起吊重量為43.6t＞36t。

副吊最大受力出現(xiàn)在鋼筋籠起吊到60度角時，最大受力為鋼筋籠重量及吊具重量的60%，即Q=34×60%+2=22.4t

根據(jù)130t汽車吊主臂起重性能表，可知130t汽車吊主臂長38.4，工作半徑在10m范圍內(nèi)，吊裝重量為33.3t，滿足吊裝要求。

整體吊裝技術(shù)原理：首先根據(jù)鋼筋籠重量，計算主吊吊起高度及起重臂長度，根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定主吊主吊臂尺寸?？紤]到鋼筋籠在運輸過程中可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)，必須采取相應措施保證鋼筋籠起吊時不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，為此在起吊前，必須先確定起吊時鋼筋籠是否處于水平狀態(tài)，若不是，則在鋼筋籠尾部用角鋼制作一個旋轉(zhuǎn)中心（鋼筋籠離地面最大距離即為旋轉(zhuǎn)中心），計算該旋轉(zhuǎn)中心距離地面的高度。鋼筋籠起吊過程中，利用塔吊的起重臂長度，通過吊具的調(diào)整和鋼筋籠起吊高度控制，確保鋼筋籠在起吊后不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。鋼筋籠吊起后，由現(xiàn)場監(jiān)理人員及總包單位技術(shù)人員進行檢查，確保鋼筋籠不發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

3 鋼筋籠關(guān)鍵部位應力和變形控制措施

3.1 鋼筋籠吊點的合理布置

考慮到該工程地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝時，鋼筋籠的起吊、下放過程中需要多次調(diào)整吊點位置，鋼筋籠的重心隨著吊點位置的變化而發(fā)生變化，對鋼筋籠的穩(wěn)定性影響較大，因此將鋼筋籠吊點設置在鋼筋籠的重心附近[2]。在起吊過程中，主吊位置與鋼筋籠重心距離最小，而副吊位置與鋼筋籠重心距離最大，因此在起吊過程中，鋼筋籠的主吊點、副吊點應盡可能選擇在鋼筋籠重心附近，避免鋼筋籠受力過大而造成安全事故。該工程中，主吊位置和副吊位置的選擇方案主要根據(jù)設計圖紙和相關(guān)規(guī)范，同時根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行了多次論證。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，當鋼筋籠主吊位置位于地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)時，其彎矩最??；當鋼筋籠副吊位置位于地下連續(xù)墻外側(cè)時，其彎矩最?。划斾摻罨\主吊位置位于地下連續(xù)墻內(nèi)側(cè)時，其彎矩最大；當鋼筋籠副吊位置位于地下連續(xù)墻外側(cè)時，其彎矩最小。

以標準鋼筋籠長30m為計算，根據(jù)彎矩平衡定律，正負彎矩相等時所受彎矩變形最小的原理，由L2=2L1，2L1+4L2=30，可知L1=2.25m，L2=6.36m。因此，選擇A、B、C、D、E、F六點時鋼筋籠起吊時彎矩最小（見圖2）。

圖2 鋼筋籠受力示意圖

根據(jù)技術(shù)數(shù)據(jù)和實際吊裝經(jīng)驗，在主吊段， BC段長8m，CD段取6m，在副吊段DE= L2=6.36m，取整確定DE長7m，其他各點位置也做適度的調(diào)整，EF段取8m，F(xiàn)點距離鋼筋籠底部2m。

在起吊過程中，A（B）、C、D為主吊位置，E、F為副吊位置（見圖3）。

圖3 鋼筋籠吊點布置圖

3.2 整體吊裝步驟

鋼筋籠吊放采用雙機抬吊，空中回直。起吊時必須使吊鉤中心與鋼筋籠重心相重合，保證起吊平衡。主吊機用16m（起吊繩）+12m（連接繩）長的鋼絲繩，另外備有8m和6m的鋼絲繩各兩根，輔吊機用12m長的鋼絲繩[3]。

3.2.1 鋼筋籠整體吊裝具體分六步走。第一步：指揮主、副兩吊機轉(zhuǎn)移到起吊位置，主吊置于第一根水平筋位置，吊機中心與鋼筋籠中心相距10.0m以內(nèi)。副吊置于籠底以上3m處，吊機中心與鋼筋籠中心相距9m，起重工分別安裝吊點的卸扣后。檢查兩吊機鋼絲繩的安裝情況及受力重心后，開始同時平吊，緩緩將鋼筋籠抬離鋼筋籠平臺。

第二步：鋼筋籠抬離鋼筋平臺后，主吊起鉤，根據(jù)鋼筋籠尾部距地面距離，隨時指揮輔機配合起鉤。主吊和副吊繼續(xù)提升，提升過程中根據(jù)現(xiàn)場吊車指揮人員信號，保證副吊鋼筋籠一端不會碰地，當鋼筋籠提成到一定高度后，副吊停止提升動作。

第三步：鋼筋籠立起過程中副吊機順轉(zhuǎn)至合適位置，讓鋼筋籠垂直于地面。

第四步：鋼筋籠直立后，指揮起重工卸除鋼筋籠上副吊起吊點的卸扣，然后遠離起吊作業(yè)范圍。主吊緩慢平穩(wěn)行走至地連墻槽段位置，慢慢將鋼筋籠放入槽段，當鋼筋籠下放至A吊點，用40mm厚擱置鋼板臨時擱置鋼筋籠于導墻上，卸掉A吊點卸扣，同時將預留鋼絲繩與B吊點鋼絲繩用卸扣連接。

第五步：去掉槽鋼，鋼筋籠繼續(xù)由主吊下放至B吊點，再用40mm厚擱置鋼板臨時擱置鋼筋籠于導墻上，然后打開B吊點卸扣，將鋼絲繩與吊筋用卸扣連接。

第六步：緩緩起吊抽出槽鋼，鋼筋籠完全由吊筋4個吊點共同承擔受力，再由主吊緩慢將鋼筋籠送放到位。

3.3 現(xiàn)場管理應急保證措施

3.3.1 起吊前的質(zhì)量檢查。由質(zhì)檢工程師與安全員對鋼筋籠的焊接質(zhì)量、吊具安全性能以及鋼絲繩與吊環(huán)、吊點連接情況檢查，經(jīng)監(jiān)理工程師驗收合格后，方可起吊。起吊作業(yè)中，吊機所有動作由指揮長統(tǒng)一安排和指揮。

3.3.2 起吊后的檢查及防護措施。正式起吊前應進行試吊，將鋼筋籠平吊起身離地面約0.5m待穩(wěn)定后，再次檢查吊車支腿、吊具及鋼筋籠是否存在變形過大的問題。如果鋼筋籠發(fā)生了下沉或彎曲，則應立即停止起吊，排除問題后方再次起吊。

安排專人檢查周圍地面沉降情況，測量人員采用GPS對鋼筋籠的定位和測量，保證鋼筋籠的起吊下放精度。

3.3.3 加強應急預案培訓和演練。施工前，應制定詳細的應急預案，包括事故發(fā)生時的人員組織、救援措施和物資供應、人員疏散等內(nèi)容，并組織演練，使施工人員在發(fā)生突發(fā)事故時能夠正確地采取應急措施。建立事故應急救援體系，使現(xiàn)場施工人員熟悉應急預案，掌握應急操作程序和方法，提高應對突發(fā)事故的能力。

3.3.4 建立事故應急救援機制。

（1）項目部組建立以項目經(jīng)理為組長，施工生產(chǎn)、安全、調(diào)度等部門參加的應急救援領導小組，發(fā)現(xiàn)險情時現(xiàn)場帶班人員、作業(yè)班組長、安全員有權(quán)停止施工，組織現(xiàn)場人員撤離到安全地域，并根據(jù)應急救援預案開展工作。

（2）事故現(xiàn)場救援處置工作結(jié)束后，積極配合上級有關(guān)部門的全面的調(diào)查、檢測、分析和評估工作。通過事故調(diào)查評估，總結(jié)經(jīng)驗教訓，完善工程安全事故預防措施和應急救援預案[4]。

4 結(jié)束語

隨著國內(nèi)大基建的快速發(fā)展，地下連續(xù)墻施工技術(shù)應用日益廣泛。特別受工期限制，施工環(huán)境復雜，多工種交叉作業(yè)的影響，對超長地下連續(xù)墻鋼筋籠整體吊裝施工控制技術(shù)提出了更高要求。施工過程中，對于超過一定規(guī)模的危大工程必須組織專家評審，嚴格按照施工規(guī)范及相關(guān)評審意見進行組織施工。針對本工程鋼筋籠的結(jié)構(gòu)形式及施工難點，通過優(yōu)化槽段施工順序和鋼筋籠吊裝方案，加強現(xiàn)場管理和建立事故應急響應機制等措施，保證鋼筋籠吊裝過程安全，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益和社會效益，同時也為類似工程的施工提供參考。