超長超重地連墻鋼筋籠分段吊裝技術

王義強

（中鐵六局集團有限公司，北京100036）

1 工程概況

鄭州市市政控制性節點工程經開中心廣場站為地下4 層島式站臺車站，基坑深約33.84m，主體擴大段外包總寬28.1m，基坑深約35.28m。為地下4 層三跨框架結構，采用明挖法施工，圍護結構采用1200mm 厚地下連續墻+Φ800mm×20mm 的鋼支撐支護方案。其中主體擴大端處地下連續墻鋼筋籠長度為53.69m，主體標準段地下連續墻鋼筋籠長度為46.74m。車站地連墻最重鋼筋籠為A 形鋼筋籠，鋼筋籠長度53.69m，質量約84.58t。L 形地連墻最長為53.69m，重約為53.57t，本文著重分析上述2 種地連墻的吊機配置和起吊入槽重難點。

2 吊裝工藝

經開中心廣場站主體地下連續墻深度最大約為55.89m，鋼筋籠長度約為53.69m，最重的鋼筋籠約84.58t。鋼筋籠長度較長，質量較大，施工場地位于鬧市區，場地狹窄，起重吊裝困難。故地下連續墻鋼筋籠采用一次加工，分段吊裝，在分段處設置加長直螺紋連接。具體分段為：鋼筋籠上半節36.43m，下半節17.26m。單節鋼筋籠使用雙機抬吊、空中回直入槽的吊裝方法。

3 設備選型

以分段起吊時最重鋼筋籠質量57.57t，長度36.43m 來進行吊裝驗算。

查閱機械性能表，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。根據吊車起重表，該吊車在主臂42m 時，工作半徑10m，最大起質量為110t，吊車帶載行走安全系數0.7[1]。則150t×0.7=105t＞57.57t（鋼筋籠最大質量）+2t（吊具質量）。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，其起重能力能達到84t，該吊車在鋼筋籠起吊到60°角的時候，最大受力約為鋼筋籠質量的60%，即57.57t×60%＝34.54t＜84t×0.8（雙機抬吊安全系數為0.8）=67.2t。所以副吊車配置滿足起吊要求。

4 地基承載力驗算

對吊車行走的施工區域，采用20cm 厚C20 普通混凝土，在底部配雙向Φ12mm@200mm 鋼筋，強度可達到30 000kPa。

以擴大端地連墻為計算依據。主吊下放整幅連續墻時，鋼筋籠高度為36.43m，這時鋼筋籠總重約84.58t，吊具質量約2t，吊車自重約為300t。吊車臂桿接42m，吊車回轉半徑10m。完全吊起鋼筋籠時吊車與X方向夾角為79°。

以盾構井處地連墻為計算依據。主吊下放整幅連續墻時，鋼筋籠高度為36.43m，這時鋼筋籠質量約84.58t，吊具質量約2t，吊車自重約為300t。吊車臂桿接42m，吊車回轉半徑10m。完全吊起鋼筋籠時吊車與X方向夾角為79°。

吊車在起吊構件時，起吊構件的質量對吊車將產生向下的壓力F和彎矩M，如圖1 所示。其中，F等于起吊重物質量G和吊車工作狀態下自重g相加，M＝Gr[2，3]。

圖1 吊車工作狀態下計算簡圖

根據受力原理，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算。根據履帶吊車身尺寸，其中履帶長度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 吊車計算簡圖

吊車工作狀態下上圖中p1、p2、p3和p4點對地壓力1、2、3和4 可通過以下計算方法得到。

當起吊方向與X軸夾角為任意角度時：

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

一塊履帶的面積為S=1.2×9=10.8m2

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

根據上述計算可得，地基承載力滿足要求。

5 鋼筋籠吊點布置及計算

以最重段鋼筋籠計算，設置4 道6 排共24 個吊點吊裝鋼筋籠。其中，主吊4 道3 排共12 個吊點，副吊4 道3 排共12個吊點。第1 排主吊吊點設置在鋼筋籠下排頂部，鋼筋籠上排頂部設置4 個備用吊點，其余主吊吊點和副吊吊點均設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 吊點平面布置

如果吊點的點位設置不準確，鋼筋籠會因為受力不合理而產生較大的變形，甚至導致焊縫開裂，鋼筋脫離，嚴重的將使鋼筋籠散架，無法起吊。因此，吊點位置的確定是鋼筋籠吊裝至關重要的一步，重點是對縱向吊點進行論證計算。

平幅縱向吊點示意圖如圖4 所示。

圖4 平幅縱向吊點示意圖

需要滿足：+M=-M

式中，q為均布荷載，M為彎矩。

計算得：L1=0.075H，L2=0.212H

經開中心廣場站主體部分分幅鋼筋籠第2 段長36.43m為計算，可知L1=2.732m，L2=7.723m。因此，選擇B、C、D、E、F、G6 點時鋼筋籠起吊時彎矩最小。

但實際吊裝過程中A、B、C中心是主吊位置，AB距離影響吊裝鋼筋籠。根據技術數據和實際吊裝經驗，在主吊段，B點可向A點移動，即令A、B重合吊裝過程中B、C、D是主吊位置，E、F、G是副吊位置。結合實際施工情況，AB段長2m，BC段長8m，CD段長8m，DE段取4m，EF段取6m，FG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度有關，而主桁架吊點位置設置應考慮鋼筋籠起吊鋼絲繩長度相同因素。為保證鋼筋籠起吊后垂直，吊點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為a和b，則橫向吊點位置為：

本標段L形地連墻共5 種形式，長短邊均不相同，重心位置也不同，吊點設置的原則是兩長邊吊點組成的直線中心與原點連線需要穿過重心。

5.2 吊點形式

吊點采用A40 圓鋼，圓鋼吊點和桁架上、下排主筋焊接牢固，其中籠頂第1 排主吊點設置在鋼筋籠下排鋼筋上。

5.3 吊點驗算

本工程設置4 道共24 個吊點吊裝鋼筋籠。其中受力最大的情況是，當鋼筋籠下放到最后第1 道吊點時，此時，第1 道4個主吊吊點和鋼筋籠頂4 個備用吊點共8 個吊點承受整幅鋼筋籠84.58t 的質量。吊點驗算：

A40 吊點Q235 鋼最大抗拉強度f=3.14×20mm×20mm×215N/mm2（Q235 鋼抗拉強度設計值）/9.8/1000＝27.56t；

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

6 鋼筋籠起吊

地下連續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。主吊機與副吊機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。起吊要遵循“雙機抬吊，空中轉體，負載行走，垂直入槽”；負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）吊裝前準備好各項工作，特別是對鋼筋籠焊接質量進行驗收合格后，由信號工指揮主副吊車移動到起吊位置，司索工在鋼筋籠上安裝鋼絲繩和卡環，掛上履帶吊主吊吊鉤及副吊吊鉤[5]。

2）質量安全專項檢查人員檢查吊點及吊環安裝質量，以及吊機鋼絲的安裝情況及受力重心后，開始由信號工指揮主副吊機同時起吊。

3）試吊，將鋼筋籠吊至離地面0.5m，檢查鋼筋籠是否平穩，是否存在脫焊、鋼筋脫落等異常現象，隨后主吊慢慢起吊，同時根據鋼筋籠尾部距地面距離，隨時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上的吊鉤，并退至吊裝安全范圍。

6）指揮主吊機吊鋼筋緩慢移動至待入槽段指定位置，定位準確后下鋼筋籠，吊機在負重移動過程中必須緩慢、平穩，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，不得強行入孔。

7）當鋼筋籠下到副吊點時，暫停放下，拆下副吊點的鋼絲繩、卡環。

8）當鋼筋籠繼續往下插入，到主吊點時暫停放下，并且插入槽鋼，把鋼筋籠固定在導墻頂，然后拆下主吊點的鋼絲繩、卡環。當拆下第2 道主吊點時，將掛在備用吊點的鋼絲繩掛在吊鉤上。

9）繼續下放鋼筋籠到最頂部一排主吊點，在擱置點處插入槽鋼，將鋼筋籠固定住。卸下吊點處的鋼絲繩和卡環，然后用卡環將鋼筋籠吊耳和主吊鋼絲繩連接起來，最終下放到設計標高，拆除吊耳上的卡環和鋼絲繩。

L 形特殊鋼筋籠需增加的步驟：第2 節鋼筋籠吊至孔口位置后，進行主筋焊接，全部主筋焊接完成，纏繞箍筋并點焊，經驗收合格后方可緩慢勻速下放。

7 鋼筋籠擱置

7.1 擱置鋼筋驗算

7.1.1 擱置點鋼筋規格與數量

為了在下放鋼筋籠過程中，臨時換鋼絲繩時需要暫時將鋼筋籠臨時擱置在導墻上而必須要放的擱置點。還有鋼筋籠最終下放到設計標高后，也需要臨時擱置點將鋼筋籠固定在設計標高。每幅鋼筋籠需設置4 個擱置點，擱置點采用A40 圓鋼與主筋單面焊接形成。鋼筋籠擱置點布置如圖5 所示。

圖5 鋼筋籠擱置點平面示意圖

7.1.2 擱置鋼筋驗算

在下放鋼筋籠過程中，每次臨時換鋼絲繩時4 個擱置點共同受力，即每個擱置點要承受1/4 鋼筋籠質量。計算如下：

每次換鋼絲繩時4 個擱置點共同受力，所以滿足起吊要求。

7.2 擱置鋼梁驗算

7.2.1 擱置鋼梁規格與數量

鋼筋籠最終下放到設計標高后，鋼筋籠頂端距離槽頂仍有一段距離，故需設置吊筋，吊筋采用A32 鋼筋，吊筋長度需要保證地下連續墻鋼筋籠處于設計標高，最后用擱置鋼梁穿過吊筋將鋼筋籠固定在設計標高，每幅鋼筋籠設置2 根鋼梁擱置于導墻上，擱置鋼梁采用18B 槽鋼。

7.2.2 擱置鋼梁計算

鋼筋籠最大質量84.58t，單根擱置鋼梁承受最大質量

84.58t/2=42.29t。

根據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，整體穩定計算：

式中，Mx為最大彎矩；φb為繞強軸彎曲所確定的整體穩定系數，取2.0；Wx為對x軸的凈截面模量，18B 槽鋼取值為152 000mm3；f為抗拉、抗彎鋼材強度設計值，為215N/mm2。

8 鋼筋籠對接

8.1 鋼筋籠對接工藝

下節鋼筋籠采用雙機抬吊法吊入槽內，采用槽鋼制作的鋼梁將鋼筋籠擔在導墻上；起吊上節鋼筋籠至指定位置，并在自然豎直狀態下緩慢下放上節鋼籠，使上下節鋼筋籠對應主筋、型鋼各自對位；先擰緊有對接限位標志的幾組縱向主筋；然后整體吊起鋼筋籠，使上下段鋼筋籠呈自然垂直狀態；對其余對應主筋接駁器進行擰緊，焊接接頭鋼筋籠內型鋼；連接導管插入通道與導管導向筋；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。

連續墻鋼筋籠的主筋對接采用加長型號的接駁器對接，以保證上下節主筋接駁器內連接長度滿足設計要求，型鋼及接駁器無法連接的構件采用綁焊的形式連接。

8.2 鋼筋籠對接要點

鋼筋籠對接要點包括：（1）鋼筋加工時，嚴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帽，以免鋼筋倒運過程中出現磕碰破損；（2）下節鋼筋籠臨時擱置在導墻上，擱置槽鋼需要與導墻做有效固定，保證鋼筋籠不出現異動；（3）當上節鋼筋籠吊放在下節鋼筋籠上時，將兩節鋼筋籠對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活動；（4）對接鋼筋籠時，首先將兩段四個限位主筋連接完成，然后調整其他主筋進行連接。

9 結語

在鄭州市市政控制性節點經開中心廣場站圍護結構施工過程中，共完成了68 幅地連墻鋼筋籠的吊裝作業，未發生一起安全事故，根據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。證明該吊裝技術可以有效地解決超長超重地連墻鋼筋籠吊裝困難的問題，起到了良好的經濟效果，對類似工程有一定的借鑒意義，但需要重點主要以下幾點：（1）要著重注意鋼筋籠對接、型鋼接頭的焊接質量；（2）嚴格控制鋼筋籠入槽的垂直度和水平度，防治鋼筋籠傾斜，影響對接質量；（3）鋼筋籠吊裝期間要不間斷對吊車行走區域進行沉降觀測，防治突發事件發生。