地下連續墻超長鋼筋籠吊裝技術

翁奔哲，陳南橋，何侃侃

WENG Benzhe，CHEN Nanqiao，HE Kankan

(浙江省地礦建設有限公司，浙江 杭州310012)

1 工程概況

中國人壽大廈工程位于錢江新城，在市民中心的東北側，圍護采用1000 mm 厚地下連續墻，接頭采用十字鋼板剛性接頭，成槽深度要求進入強風化基巖層不小于1000 mm，連續墻成槽平均深度約為62 m。

本工程連續墻總長為697 m，共分為135 個槽段，其中“一”字型墻117 幅，“L”型槽段18 幅，首開8 幅，經計算首開幅B17 鋼筋籠最重(幅寬5 m)，達到了67.8 t。其中上段鋼筋籠長41.4 m，重54.9 t;下段鋼筋籠長19 m(構造段)，重12.9 t。見圖1。

圖1 鋼筋籠現場制作圖

2 吊裝方案

2.1 吊裝方案的選擇

在地下連續墻的吊裝中一般采用整體制作整體吊裝。但是在本工程中，下部19 m 鋼筋籠為正常配筋的一半的構造段，強度、剛度和重量都無法與上半部相比，采用整體吊裝的方法，無法確保下部鋼筋籠的整體性，很有可能因為強度不夠導致變形，所以通過分析，在本次施工中采用了整體制作、分段吊裝的方法來進行鋼筋籠的吊裝施工。

2.1.1 主吊主臂長度及噸位確定

2.1.1.1 主臂長度確定 主吊先需要確定主臂的長度、鋼筋籠的長度，扁擔及鋼絲繩的長度(包括扁擔上部和下部的鋼絲繩)以及吊鉤頂部的距離。見圖2。

圖2 主吊示意圖

在計算中需要復核BC 的距離，需要大于鋼筋籠寬度的一半以上，因為在吊裝過程中，鋼筋籠開挖面一側背對吊車，需要進行“180°翻身”;在所有的這些計算復核滿足條件下，可以確定主臂的長度。本工程最重鋼筋籠寬度為5 m，即BC 距離須大于鋼筋籠一半寬度2.5 m，為安全起見，BC 距離取3 m。因此:

AC = BC·tg75° = 11.20 m(為最小距離)

需要復核AC ＜h0+ h1+ h2+ b = 12.15

滿足要求

式中:b—起重滑輪組定滑輪到吊鉤中心距離，取2 m;

h0—起吊扁擔凈高，0.5 m;

h1—扁擔吊索鋼絲繩高度，2 m;

h2—鋼筋籠吊索高度，根據鋼絲繩的配置計算長度為7.45 m;

h3—鋼筋籠的長度，為41.4 m;

h4—起吊時鋼筋籠距地面高度，0.5 m。

主吊機起重臂長度L = (H + b - C)/sin75° =52.64(m)，故取54 m。

式中:C—起重臂下軸距地面的高度3 m(300 t 履帶

吊實際為3041 mm)。

2.1.1.2 吊車噸位的確定 主吊最大起重量是在上下兩端對接后，兩段鋼筋籠連接后總重量由主吊承擔。鋼筋籠拼裝好整體下放時鋼筋籠及索具重W =54.9(上段)+12.9(下段)+5(吊具)= 72.8 t(吊鉤及索具5 t)。

根據鋼筋籠及索具的重量，初步選定主吊使用300 t 履帶吊。300 t 吊車主要性能見表1。

300 t 吊車在9 m 半徑工作時，吊車帶載行走狀況下吊裝上段鋼筋籠，吊車允許起重量:P1= 110 ×0.7 = 77 t(吊車帶載行走時，吊重不超過設計最大重量的70%)［1］。

鋼筋籠及索具重W1= 59.9 t

P1＞W1，滿足要求。

300 t 吊車在12 m 半徑工作時，吊車不行走狀況下吊裝鋼筋籠拼接好整體鋼筋籠，吊車允許起重量:P2= 109 ×0.8 = 87.2 t(吊車非行走狀態，吊重不超過設計最大重量的80%)［2］。

鋼筋籠及索具重W2= 72.8 t

P2＞W2，滿足要求。

注:主機作業半徑控制在12 m 以內。

2.1.2 副吊主臂長度及噸位確定

副吊的主臂長度主要考慮的是在豎直的情況下，鋼絲繩長度加上下半部分的鋼筋籠長度，以及離地距離和頂部安全距離確定。這和鋼筋籠的吊點設置有一定的關系，一般情況下，我們要考慮到與鋼筋籠長度基本相等的長度，根據經驗按照這種方式來選擇主臂長度，一般情況下能夠滿足吊車頂部的安全距離。

在確定主臂長度后，選擇噸位時與主吊選擇方法相同。

2.2 方案的設計

2.2.1 吊點鋼筋

鋼筋籠主吊點第1 道采用40 mm 鋼板，其余主吊點及副吊點均采用φ40 mm 圓鋼。見圖3。

圖3 吊點示意圖

2.2.2 桁架鋼筋

為了防止鋼筋籠在起吊過程中產生不可復原的變形，各種形狀鋼筋籠均設置縱、橫向桁架，包括每幅鋼筋籠設置兩榀起吊主桁架和中間一道加強桁架，主縱桁架由Φ25“X”形鋼筋構成。橫向桁架采用Φ25@3000“X”型布置。見圖4。

圖4 鋼筋籠縱、橫向桁架設置圖

將60.4 m 的鋼筋籠分割成41.4 m 和19 m 的兩個鋼筋籠，分割點為加筋底部，上下截鋼筋籠采用接駁器對接的形式入槽。對接流程見圖5，對接接頭滿足相關規范要求，相鄰接頭50% 錯開，錯開長度40 d。

圖5 接駁器連接工藝圖

2.3 吊裝計算

2.3.1 主吊扁擔安全計算

主吊扁擔采用30 mm 厚鋼板，再加4 塊肋板組成(圖6)。

圖6 主吊扁擔形狀圖

根據實際受力情況繪制了扁擔的剪力圖和彎矩圖，見圖7。

圖7 扁擔受力圖

由圖7 可知:

根據扁擔的組成情況，主板和肋板的組合慣性矩為:

主扁擔的最大彎矩σmax= Mmaxh/2∑I =3.456E4 (kN/m2)= 34.56 MPa ＜205 MPa

遠遠小于鋼板的許用應力(205 MPa)［3］，強度滿足安全要求。

2.改革戶籍制度，為賦役征調提供基礎。秦國改革戶籍制度開始于秦獻公改革時期，當時只是為了掌握全國的丁口數。商鞅變法再次對戶籍制度進行改革，按什伍編造戶籍，“令四境之內，丈夫女子皆有名于上，生者著，死者削”（《商君書·境內》），使戶籍制度更臻完備。其改革意義在于將全國人口直接置于國君控制之下，掌控全國兵源情況，另一方面也使人民擺脫對封建領主的人身依附。商鞅整頓戶籍并不限于下民，貴族人口也要登記戶籍。在對貴族登記戶籍時，不僅要登記貴族本人及其家人的戶籍，而且還包括貴族家庭的奴仆等人口。整頓戶籍使貴族領主原來隱匿的人口均登記在籍，使賦稅的征收及徭役的征派有了更為可靠的依據。

主扁擔上部吊孔抗剪強度V 見下式:

V ＜ft(89.1 MPa ＜120 MPa)，強度滿足吊裝要求。

式中:F—實際受力值;

a—受力面積;

α—動力系數(取1.1);

γ—荷載分項系數(取1.35［3］)。

受剪強度設計值ft= 120 MPa(《鋼結構設計規范(GB 50017—2003)》)［3］。

2.3.2 鋼筋籠吊點安全計算

2.3.2.1 橫向吊點的設置 根據彎矩平衡定律，正負彎矩相等時所受彎矩變形最小的原理，計算如下(圖8):

圖8 橫向吊點彎矩示意圖

其中:+ M = 1/2 qL21，

故:L2=

又:2L1+ L2= L(q—均布載荷;M—彎矩)

可得L1= 0.207 L，L2= 0.585 L。

因此可知橫向吊點按左右0.207 L 布置為佳。鋼筋籠寬5 m，吊點左右懸臂均為1.05 m。

2.3.2.2 縱向吊點設置 采用理正結構計算軟件進行了計算，自重作為均布恒載，超載系數按1.1 考慮，動載系數按1.35 考慮，重新計算的彎矩和剪力圖如下(圖9)。復核剪力和彎矩是否超出鋼筋的受力范圍。

圖9 彎矩剪力計算簡圖

2.3.2.3 吊點的計算 (1)計算參數鋼筋籠重量WT1

承受最大鋼筋籠重量時的吊點數量Nh1

3 塊吊點鋼板，每塊吊點鋼板2 個吊孔，共6 個吊孔。

吊耳板荷載P = WT1/Nh1

(2)吊點鋼板計算

動力系數α

荷載分項系數γ

受拉強度設計值ftj

ftj= 205 MPa(《鋼結構設計規范(GB 50017—2003)》［3］)受剪強度設計值ft

ft= 120 MPa(《鋼結構設計規范(GB 50017—2003)》)［3］

吊點鋼板厚度δ

吊耳孔抗剪強度V

(3)吊點鋼筋計算

起吊時15 個吊點同時受力，在吊裝、翻轉的整個過程中，150 t 吊車吊6 個吊點所承受的重量不大于鋼筋籠重量的60%。最不利的情況是在鋼筋籠完成對接后，鋼筋籠再次下放時，主吊采用圓鋼的6 個吊點，每個吊點圓鋼將承受1/6 鋼筋籠的重量。

計算如下:

每個吊點承受重量F = 67.8/6 = 11.3 t

每個吊點鋼筋抗剪面積S2

鋼筋抗剪fS

F ＜fv(11.3 t ＜15.07 t)，主筋和吊筋共同受力，滿足吊裝要求。

2.3.3 吊車行走路面承載力計算

地基承載力最不利情況發生在鋼筋籠拼接好后由主吊300 t 吊起時(第四工況)，對地基最大壓力N =300 t +70.8 t = 370.8 t ×10 kN/t = 3708 kN，300 t 吊車通過鋼筋混凝土路面對地基產生荷載，對地基荷載作用面積為S = 8.71 m × 1.22 m × 2 =21.25 m2。吊車行走道路采用C30 混凝土，軸心抗壓強度設計值為14300 kN/m2。所以鋼筋混凝土路面強度足夠滿足300 t 履帶吊車施工作業，關鍵是鋼筋混凝土路面下的地基土體的承載力是否滿足要求，在施工前，已經對路面進行壓實，并且地基承載力能夠達到120 kPa。

吊車履帶落地面積為21.25 m2。300 mm 鋼筋混凝土路面擴散角按45° 計算，實際通過鋼筋混凝土路面作用到混凝土面底部的作用面積為33.89 m2。

作用在土體上的荷載

故符合荷載要求。

3 鋼筋籠的吊裝施工

3.1 吊裝流程

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16 m +14 m 長的鋼絲繩，副吊機用16 m 長的鋼絲繩。

鋼筋籠吊放具體分六步走:

第一步:指揮主吊、副吊兩吊機轉移到起吊位置，起重工分別安裝吊點的卸扣。

第二步: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。

第三步:鋼筋籠吊至離地面0.3～0.5 m 后，應檢查鋼筋籠是否平穩，后主吊起鉤，根據鋼筋籠尾部距地面距離，隨時指揮副機配合起鉤。

第四步:鋼筋籠吊起后，主吊吊機向左(或向右)側旋轉、副吊吊機順轉至合適位置，讓鋼筋籠垂直于地面。

第五步:指揮起重工卸除鋼筋籠上副吊吊機起吊點的卸扣，然后遠離起吊作業范圍。

第六步:指揮主吊吊機吊籠入槽并與下部鋼筋籠連接、定位，吊機走行應平穩，鋼筋籠上應拉牽引繩。

3.2 吊裝工況分解及受力分析

3.2.1 吊裝工況一

該工況下，主、副吊車將在鋼筋籠平臺上已經制作好的鋼筋籠平抬吊起，此時鋼筋籠的重量由主吊、副吊同時承擔，由于鋼筋籠的重心在鋼筋籠的中心位置偏向主吊側，所有主吊受力較大，而副吊受力較小。見圖10。

圖10 工況一示意圖

3.2.2 吊裝工況二

在該工況下，主吊、副吊受力不停地變化，主吊受力逐漸增加，而副吊受力逐漸減小，直到副吊不再受力，鋼筋籠重量完全由主吊承擔;但是，在實際施工過程中，該工況為動態工況，實際的受力情況與吊車停置的位置、角度、旋轉方向等都有很大關系，受力情況復雜，根據以往經驗，在該工況下副吊的受力并不是逐漸減小的過程，在中間還有一個增加再減小的過程，但是最大受力不超過鋼筋籠重量的60%。見圖11。

圖11 工況二示意圖

3.2.3 吊裝工況三

在該工況條件下，副吊脫離吊裝過程，由主吊完全承擔整個鋼筋籠的重量，并通過施工道路，將鋼筋籠運送至需要沉放鋼筋籠的槽段。在該工況條件下由于吊車需要負荷情況下進行行走操作，吊車吊重需要在最大設計吊重的70%以內(根據上海市《地下連續墻施工規程(DG/TJ 08—2073—2010)》［1］要求為80%，而《起重吊裝常用數據手冊》［2］上雙機抬吊為70%)。并且需要將吊車的回轉半徑控制在最小，以獲得最大的起重量，從而確保鋼筋籠運輸的安全。見圖12。

圖12 工況三示意圖

3.2.4 吊裝工況四

在該工況下，上下兩段鋼筋籠需要在槽段口進行對接，上下兩段鋼筋籠的總重量都需要由主吊來承擔。在該工況下已經有部分鋼筋籠進入槽段內，泥漿對鋼筋籠的浮力可以忽略不計;并且吊車處在非行走狀態，吊車吊重需要控制在設計最大吊重的80%以內。

如果采用該工況，那么在鋼筋籠上下兩段完成對接后，鋼筋籠將無法再提出孔外，否則就需要再將鋼筋籠割斷后再進行操作。見圖13。

3.3 吊裝注意事項

(1)鋼筋籠起吊之前，再派專人對鋼筋籠進行巡檢，確保鋼筋籠內無短鋼筋等遺留物，并清除干凈。

(2)鋼筋籠吊裝時，配備專職起重指揮，以主機起重指揮為主，副機起重指揮配合主機起重指揮，確保鋼筋籠在吊裝過程中合理受力。

(3)鋼筋籠吊裝時，先由雙機進行抬吊同步起吊，起吊到一定高度后，鋼筋籠受力穩定，副機配合

圖13 工況四示意圖

主機進行鋼筋籠吊裝回直。

(4)吊點附近集中受力區100%網點焊接。

(5)焊縫檢查，避免咬肉，轉角幅必須設置角撐。

(6)吊放鋼筋籠專職安全員，鋼筋籠制作督查員必須到場，分別配合檢查吊放環境及鋼筋籠各吊點及料索的情況，符合安全吊放要求后才可正式吊放。

4 結 語

連續墻鋼筋籠吊裝屬于一個在建筑施工領域內的綜合多門學科的安全技術課題，其中包含結構、機械、吊裝等專業知識，通過本次吊裝施工，在超長、超重鋼筋籠的吊裝施工中有如下體會:

(1)主、副吊的選擇過程中，一定要留夠安全系數。

(2)鋼筋籠在70 t 以下的，可以不用對扁擔進行計算復核，通過計算知道扁擔強度等級較高。

(3)籠頭的穩定是個關鍵，建議采用鋼板代替原來的圓鋼，以增加強度。

(4)要嚴格檢查吊點與桁架之間的焊接質量，這直接關系到吊裝的成敗。

(5)一定要復核地基承載力的強度，否則可能引起吊車的傾覆。

［1]上海建工(集團)總公司. DG/TJ 08—2073—2010 地下連續墻施工規程［S］.上海:上海市城鄉建設和交通委員會，2010.

［2]楊文淵.起重吊裝常用數據手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3]北京鋼鐵設計研究總院. GB50017—2003 鋼結構設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.