地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝技術(shù)應(yīng)用研究★

劉 朋 亮

(中鐵二十一局集團(tuán)第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730030)

1 概述

在深基坑開挖過程中，地下連續(xù)墻圍護(hù)形式作為一種有效的圍護(hù)形式取得較好發(fā)展，然而在地下連續(xù)墻施工中，鋼筋籠吊裝屬危大工程。吊裝時不僅要保證鋼筋籠的精確到位，同時還應(yīng)注意吊裝過程中的安全問題。黃河等[1-3]結(jié)合具體工程實例,對超大尺寸地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝技術(shù)進(jìn)行探討,包含吊點(diǎn)設(shè)置、吊裝方法及洞門處加強(qiáng)處理等內(nèi)容。王志華等[4,5]以鋼筋籠從水平到豎直的起吊過程中不同角度建立能夠模擬動態(tài)吊裝過程的有限元模型，并進(jìn)行現(xiàn)場試驗。結(jié)合數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗結(jié)果分析了動力效應(yīng)影響下的籠體受力規(guī)律，確定了吊裝過程的最不利工況。田維彪[6]以穗莞深城際深圳機(jī)場站工程為例,對地下連續(xù)墻鋼筋籠分段吊裝施工技術(shù)進(jìn)行了分析,具體包括鋼筋籠吊裝設(shè)計和鋼筋籠制作和吊裝,最終取得良好的施工效果。鞏玲娜[7]通過對大型鋼筋籠吊裝安全風(fēng)險分析及安全風(fēng)險控制措施研究,結(jié)合工程實例,對吊裝作業(yè)中的吊裝方案設(shè)計、安全風(fēng)險控制等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述。張功英[8]分析超厚砂層旋挖擴(kuò)孔灌注樁施工技術(shù)應(yīng)用,總結(jié)了旋挖擴(kuò)孔灌注樁施工技術(shù)要點(diǎn)。論文結(jié)合某城市軌道交通工程深基坑中地下連續(xù)墻施工，對超長超重鋼筋籠吊裝作出深入研究，從計算環(huán)節(jié)入手，合理布置吊具索具，細(xì)化吊裝措施，以期提高超厚砂層地質(zhì)條件鉆孔灌注樁施工技術(shù)水平,保證樁基工程施工質(zhì)量。

2 起重設(shè)備選型

本工程地下連續(xù)墻鋼筋籠幾何尺寸為27 m×6 m×0.66 m，主要為“—”形式，鋼筋籠厚度為660 mm，最大鋼筋籠重量為26.4 t(含措施鋼筋及吊具等)。現(xiàn)場配置一主吊和一副吊雙機(jī)抬吊鋼筋籠。施工便道路面是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工道路地基處理采用拋石擠淤下墊50 cm后，采用HRB400 Φ8單層鋼筋網(wǎng)片、采用C25混凝土硬化厚度為20 cm，保證路面平整度在±2 cm以內(nèi)，以保證吊車行走平穩(wěn)安全。

2.1 鋼筋籠吊裝主吊機(jī)伸臂高度的選定

本設(shè)計鋼筋籠大小尺寸為27 m×6 m×0.66 m。在選定主吊機(jī)豎直高度的時候不僅要考慮主吊最大仰角為75°，還要考慮鋼筋籠在吊起后能自由旋轉(zhuǎn)180°，且不碰撞主吊大臂(見圖1)，滿足BC>3 m；取為3.2 m。

根據(jù)加工吊具的尺寸h0=0.5 m，h1=2.6 m；

因此：AC=BC×tan75°=11.94 m；

h2=AC-b-h1-h0=11.94-2.0-2.6-0.5=6.84 m；

H=h0+h1+h2+h3+h4=0.5+2.6+6.84+27+0.5=37.44 m。

其中，h0為扁擔(dān)高度；h1為扁擔(dān)吊索鋼絲繩高度；h2為鋼筋籠吊索高度；h3為鋼筋籠高度；h4為鋼筋籠距地面高度；b為起重滑輪到吊鉤距離，取2 m。

計算可得起吊機(jī)大臂長度為(H+b)/sin75°=40.83 m，由于地面距大臂下軸底高約2 m，故取主吊大臂長度為40.83-2=38.83 m，取整數(shù)39 m。因此吊機(jī)大臂長度取39 m，滿足施工要求。

2.2 吊車噸位的選定

根據(jù)以上計算可知，需選能夠滿足在作業(yè)半徑最少12 m范圍內(nèi)吊起26.4 t鋼筋籠的履帶吊，為滿足施工安全需要，故選擇主吊為130 t履帶吊、副吊為80 t履帶吊，可知主吊130 t履帶吊大臂伸長為39 m，作業(yè)半徑為12 m時，最大起吊重量為36.7 t>26.4 t，滿足施工安全需要。

3 吊點(diǎn)布置及檢算

在結(jié)構(gòu)力學(xué)中，根據(jù)彎矩平衡原理可知，當(dāng)結(jié)構(gòu)的正彎矩和負(fù)彎矩相等時，結(jié)構(gòu)整體所受的變形影響最小。因此，鋼筋籠吊點(diǎn)位置設(shè)置與驗算如下。

3.1 鋼筋籠縱向吊點(diǎn)布置及驗算

縱向吊點(diǎn)布置及其檢算示意圖見圖2。

如圖2所示，縱向設(shè)置5組吊點(diǎn)，根據(jù)彎矩平衡原理，計算公式如下：

+M=-M

(1)

+M=qb/8-qa/2

(2)

-M=qa/2

(3)

4b+2a=27

(4)

按照以往吊裝施工經(jīng)驗，為便于后期卸扣拆除，將鋼筋籠頂?shù)觞c(diǎn)移動至距左端0.8 m處，具體吊點(diǎn)布置如下：0.7 m，7.6 m，5.7 m，5.7 m，5.7 m，1.5 m(如圖3所示)。

由受力平衡可知，當(dāng)鋼筋籠起吊時滿足：

2T1′+2T2′+T3′=26.4 t

(5)

T2′=T3′

(6)

0.7T1′+7.6T1′+13.76T2′+
19.46T3′+25.16T2′=16×26.4

(7)

解得:T1′=2.98 t；T2′=T3′=6.81 t。

主吊機(jī)130 t履帶吊在鋼筋籠回直的過程中受力逐漸增大，鋼筋完全豎直時達(dá)最大受力狀態(tài)，即為鋼筋籠及吊具的總重26.4 t。

3.2 鋼筋籠橫向吊點(diǎn)布置及其驗算

同樣由彎矩平衡定理得，正彎矩和負(fù)彎矩相等時鋼筋籠整體變形最小。長度27 m鋼筋籠橫向吊點(diǎn)布置示意圖見圖4。

計算公式如下：

+M=-M

(8)

+M=qb/8-qa/2

(9)

-M=qa/2

(10)

b+2a=6

(11)

計算可得:a=1.24 m，則b=3.52 m。

因此橫向吊點(diǎn)布置形式為：1.24 m+3.52 m+1.24 m。

3.3 吊具、吊點(diǎn)受力計算

3.3.1鋼絲繩受力計算

扁擔(dān)受力示意圖見圖5。

吊裝鋼籠的主吊鋼絲繩直徑長為56 mm，縱向單根長20 m，鋼絲繩采用6×37+1，由《起重吊裝常用數(shù)據(jù)手冊》查得鋼絲繩數(shù)據(jù)，安全系數(shù)K取值為8。

1)130 t主吊鋼絲繩卸扣強(qiáng)度驗算。吊具與鋼筋籠的重量之和約為26.4 t。當(dāng)主吊單機(jī)吊鋼筋籠時，鋼絲繩處于受拉狀態(tài)，其單根拉力為：26.4/2sin60°=15.24 t，選擇直徑為60 mm的6×37+1，應(yīng)力為1 668 MPa的鋼絲繩；安全系數(shù)取值K=8，可以計算出該鋼絲繩的臨界破斷拉力為23.802 t>15.24 t；滿足施工安全要求。由圖5可知，扁擔(dān)下部鋼絲繩單根所受最大拉力為26.4 t/4sin60°=7.62 t，選擇直徑為43 mm的6×37+1，應(yīng)力1 668 MPa的鋼絲繩；安全系數(shù)取值K=8，得出該鋼絲繩的臨界破斷拉力為12.159 t>7.62 t滿足施工安全要求，因此主吊卸扣可采用25 t卸扣。

2)80 t副吊鋼絲繩卸扣強(qiáng)度驗算。由上計算已知，副吊最大受力為21.8 t，因此副吊扁擔(dān)上部單根鋼絲繩最大受力為21.8 t/2sin60°=12.58 t，查詢可得，選擇直徑為52 mm的6×37+1，σ=1 668 MPa的鋼絲繩；取其安全系數(shù)K=8，則可以計算出該鋼絲繩的臨界破斷拉力17.469 t>12.58 t，滿足施工安全要求。由受力分析可知，副吊扁擔(dān)下部鋼絲繩的受力最大可達(dá)到21.8 t/4sin60°=6.29 t，選擇直徑為39 mm的6×37+1，應(yīng)力1 668 MPa的鋼絲繩；取其安全系數(shù)K=6，則可以計算出該鋼絲繩的臨界破斷拉力為9.845 t>6.29 t，滿足受力要求。因此副吊卸扣可采用16 t卸扣。

3.3.2鋼筋籠吊點(diǎn)受力計算

鋼筋籠吊裝施工過程中，共布置了10個吊點(diǎn)(4個主吊點(diǎn)，6個副吊點(diǎn))，當(dāng)鋼筋籠豎直時，主吊點(diǎn)的受力達(dá)到最大狀態(tài)，并且此狀態(tài)下僅有主吊點(diǎn)受力，因此主吊點(diǎn)滿足強(qiáng)度要求時能保證吊裝施工過程的安全。

根據(jù)計算公式(吊點(diǎn)受鋼筋籠全部荷載時)：

As=K×G/(η×2×fy)×sinα

(12)

其中，As為吊點(diǎn)鋼筋橫截面面積；K為安全系數(shù),取值為2；G為鋼筋籠及吊具重量；η為吊點(diǎn)系數(shù)；fy為HPB300鋼筋設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度，取值為270 N/mm2；sinα為吊點(diǎn)鋼筋與卸扣始終保持垂直，故取α=90°。

計算可得：As=2 400 mm2。

如選擇HPB300 Φ28鋼筋，該鋼筋截面面積Ag=2.8×2.8×3.14=2 461.76 mm2>2 400 mm2。

故選擇HPB300 Φ28鋼筋滿足施工安全要求。

3.3.3吊點(diǎn)處焊縫計算

吊點(diǎn)U型加固筋采用HPB300 Φ28鋼筋，與鋼筋籠HRB400主筋焊接，采用雙面搭接焊，按照規(guī)范要求，焊縫長度為5d=28 cm；施工過程中為更加安全可靠的完成施工作業(yè)，焊縫長度采用雙面焊，焊縫長度為10d=56 cm，厚度為0.3d=9.6 mm，寬度不小于0.7d；焊條采用J502型(熔敷抗拉強(qiáng)度420 N/mm2)。

1)鋼筋抗拉力。鋼筋抗拉力N=σcon×As。其中，N為鋼筋抗拉力；σcon為鋼筋冷拉控制應(yīng)力，根據(jù)建筑手冊取值530 N/mm2；As為鋼筋冷拉前的截面面積，計算得615 mm2。計算可得焊縫的抗剪能力為N=325 950 N。

2)焊縫抗剪能力計算。焊縫抗剪面積為：9.6×128×2=2 457.6 mm2。計算可得焊縫的抗剪能力,抗剪能力為標(biāo)準(zhǔn)抗拉能力的0.6倍，考慮鋼筋的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度270 N/mm2，因此取小值。

3)焊縫最大受力計算。當(dāng)鋼筋籠處于豎直狀態(tài)時，焊縫處所受力達(dá)到最大，計算得：0.6×270×2 457.6=39.81 t。已知鋼筋籠重26.4 t，分?jǐn)偟矫總€吊點(diǎn)受力為26.4/4=6.6 t，遠(yuǎn)小于焊縫最大受力39.81 t，由此可確定，吊點(diǎn)焊縫強(qiáng)度滿足施工安全要求。

4 結(jié)語

在某城市軌道交通工程地連墻施工的鋼筋籠吊裝過程中，通過確定主吊機(jī)伸臂高度，合理選定吊車噸位，優(yōu)化鋼筋籠吊點(diǎn)布置，吊具、吊點(diǎn)計算等措施，使地下連續(xù)墻鋼筋籠的吊裝順利完成，保證了工程的施工安全和施工質(zhì)量，取得了良好的效果。