超大地下連續墻鋼筋籠吊裝施工與驗算

謝 琰 王 艷 胡解平

（1.武漢市市政道路排水工程有限公司，湖北 武漢 430000；2.武漢市市政建設集團有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

超大超深地下連續墻具有剛度大、安全性高、防水性好、工期短、施工影響小等優點，被廣泛地運用于各類地下工程，尤其是地質條件較差的大型頂管工作井。但由于地下管道結構復雜、人流密集、交通流量大，鋼筋籠自身重量大、長度大，鋼筋籠整體撓性大、剛度小、容易產生變形，吊點處局部應力大，超大地下連續墻施工技術中鋼筋籠的吊裝就顯得很不容易。如果吊點的位置和加強措施不到位，鋼筋籠在垂直方向上會有較大的變形，也就是說，鋼筋籠的兩端都會被吊離地面，但鋼筋籠的中部還在平臺上，如果強行提升的話，鋼筋籠很有可能會變形、散架，甚至使吊車受力不穩而出現安全事故。施工前需要對鋼筋籠的吊裝作業方案進行優化設計，通過優化吊點設置，合理布置吊具索具，細化吊裝措施，確保鋼筋籠吊裝作業的整體安全性[1-2]。本文以黃孝河綜合管廊超大地下連續墻鋼筋籠吊裝工程為案例，介紹方案的比選與優化，與業內同行交流。

1 工程概況

黃孝河綜合管廊金橋大道頂管段兩端設置始發及接收井，始發井基坑平面尺寸為14.1m×15.8m，深度18.71m，接收井基坑平面尺寸為14.1m×12.8m，深度18.96m。采用1000mm厚地下連續墻+內支撐支護體系，地下連續墻混凝土強度等級為C35，抗滲等級P6，地下連續墻主要形式有“一”、“L”兩種形式，共18幅。“一”字型標準分幅長度為6m，“L”形幅長度為4.95m（始發井）和6.45m（接收井），連續墻采用C35混凝土（水下）、P6澆筑，接頭為工字鋼型鋼接頭。

經計算單幅地下連續墻鋼筋籠重量最重為39.5t（首開幅包括兩端工字鋼接頭、預埋鋼筋等），長度最長為30.41m；驗算及方案比選時取鋼筋籠最大重量和最長長度作為吊裝施工方案的控制節段，則該驗算鋼筋籠節段長度為30.41m，重量為39.5t。

2 吊裝方式的選擇

確定吊裝方案時主要考慮的因素如下：

（1）吊裝安全。在地下連續墻工程中，鋼筋籠的吊裝存在最大的安全隱患，其安全保障是工程設計中的第一要務。為了提高吊裝的安全性，在施工過程中，要盡可能地加大鋼筋籠的縱向吊點。在安裝鋼筋籠過程中，應加大鋼筋籠的重量和受力，以保證鋼筋籠的受力均勻，避免因鋼筋籠的受力過大而導致鋼筋籠變形或解體。

（2）吊裝工效。不同吊裝方案的施工步驟是不一樣的，在施工中要盡可能地簡化吊裝工序，以確保工程的效率。在傳統的起重方式下，在主吊點超過2列的情況下，鋼筋籠在空中回直后，由于入槽過長，需再進行一次鋼索倒置，因此，鋼筋籠的吊裝工作時間相對較長。如有條件，可將主吊吊點設在2排，當鋼筋籠懸于半空，由主吊單獨吊起后，可將副吊具取下，在進入槽道時，僅需更換一次，不需要重新安裝鋼索，即可大幅縮短吊裝時間，提高工作效率。

（3）吊裝成本。由于吊裝方案的選擇將直接關系到鋼筋籠吊裝設備的選擇及施工方法的安排，因此，不同的吊裝方案會對吊裝措施的造價產生直接的影響。在一般的鋼筋籠吊裝方案中，如果副吊點數比主吊點多，則表示在鋼筋籠的吊運過程中，副吊所承受的重量會增大。這就導致副起重機需要配置比較大的機型，從而導致租賃費用的提高。吊點的數目和位置直接影響吊環位置、橫縱向桁架筋的排列方式，并對吊索的鋼筋用量產生影響，從而產生不同的工程造價。在確定吊裝方案時，需要對各種方案的吊裝費用進行細致地計算，以便為制定吊裝方案提供參考。

3 超大地下連續墻鋼筋籠吊裝施工

3.1 吊裝場地規劃

始發井位于華嶺路旁，接收井位于金橋大道旁，施工時可利用現有華嶺路和金橋大道及施工場內主便道作為吊裝通道。場內主要便道路面為C30混凝土路面，厚度為30～35cm，布設雙層雙向鋼筋網片，橫向布置Φ16@200鋼筋，縱向布置Φ14@200鋼筋，主便道寬度為9m。地下連續墻鋼筋籠吊裝方案的規劃過程，主要是在結合已有施工經驗的基礎上，對鋼筋籠的吊裝方案進行分析、驗算、論證。最后，依據計算結果調整和優化初始方案，最終確定采用起重方案。

地下連續墻的鋼筋籠長度不同，其縱向吊點的設置一般是由經驗決定的。然后，通過對鋼筋籠的配筋，對其進行重心定位，對鋼筋籠吊裝過程中的扭矩進行了校核。確定各垂直吊點的位置、距離及相應的吊具、滑輪組、鋼絲繩規格，并確定初步選擇的主、副吊機的參數。對所選吊具的參數進行了校核，并針對不符合要求的項目，調整優化吊點位置、吊具的規格和參數，確定吊具。

3.2 鋼筋籠吊裝總體方案

該項目采用整體吊裝、整體回直、一次入槽，以保證其整體性能。采用了可靠、高效的吊裝施工方案，即在理論上達到了設計的要求，在吊裝過程中，吊裝方案達到了安全的要求。結合上述特點和以往地鐵建設的經驗，提出了采用雙機吊裝、整體回直入槽吊裝的方案。

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，吊裝流程如圖1。

圖1 吊裝流程

3.3 變幅操作

在變幅過程中，注意不要超過安全仰角區；在變幅時，要使停機動作平穩；在有載荷變化時，要使被吊物與吊桿之間的距離保持一致。吊桿在水平方向上可降低吊桿的起重力矩，而吊桿在水平方向上的傾斜會增加吊桿的扭矩，并有傾覆的風險。通常，臂架的工作角度在50~80°之間，但不能超過80°，除非有特別的條件。在吊裝重物的過程中，變幅鋼索的變形和延伸使其工作半徑隨之增大。尤其是吊桿長度越大，其振幅變化越大。

3.4 鋼筋籠試吊

在吊裝第一幅地下連續墻鋼筋籠之前，先進行一次試吊，吊索固定，吊車緩慢抬升，吊索拉緊后稍停，吊掛不能太高。在試吊時，指揮信號工、掛鉤工、司機必須協調。如果出現吊物重心偏斜或與其它物體連接的情形，應立即停止吊裝，并采取相應的措施，確保安全后方可吊裝。

地下連續墻鋼筋籠吊裝，在雙機抬吊時，鋼筋籠吊離地面50cm后暫停，檢查起重機的穩定性、制動裝置的可靠性、構件的平衡性、鋼筋籠的牢固性、吊點焊縫的焊接質量、鋼絲繩及卸扣的表觀狀況等，檢查確認無風險后，方可繼續起吊。

3.5 轉角幅加強鋼筋

對于轉角幅及特殊幅鋼筋籠除設置縱、橫向起吊桁架和吊點之外，另要增設斜拉桿進行加強，加強筋直徑、間距同連續墻水平筋，以防鋼筋籠在空中翻轉角度時發生變形。

4 超大鋼筋籠吊裝驗算

4.1 吊點設置及受力計算

4.1.1 縱向吊點設置及驗算

根據彎矩平衡原理，正負彎矩相等,所受彎矩變形影響最小[3]。鋼筋籠縱向受力彎矩見圖2。

圖2 鋼筋籠縱向受力彎矩圖

鋼筋籠吊點位置計算如下：

其中：

q——分布荷載，

M——彎矩。

因此選取B、C、D、E四點，鋼筋籠起吊時彎矩最小，但實際過程中B、C中心為主吊位置，A、B距離影響吊裝鋼筋籠。根據實際吊裝經驗以及本工程鋼筋籠鋼筋分布以及預埋件等特點，對各吊點位置進行調整：籠頂下1m+11m+7.5m+7.5m+3.41m。

4.1.2 橫向吊點設置及驗算

根據彎矩平衡原理，正負彎矩相等，所受彎矩變形影響最小，鋼筋籠橫向受力彎矩：

+M = -M；其中+M =(1/2)ql12；-M = 1/8(qL22)-1/2(qL22)；q為分布荷載，M為彎矩。

因此選取B、C 二點為橫向吊點位置，橫向1.24m+3.52m+1.24m。

5.3 主吊起重高度驗算

考慮主吊臂架仰角76.8°，大臂長48.75m，工作半徑14m，鋼筋籠起吊后旋轉180°，確保最寬鋼筋籠（6m）不碰撞主吊臂架，同時滿足起吊高度要求。

A+(鋼筋籠寬度一半)=(b+h1+h0+h2)/tan 76.8°=(8+3+0.5+3)/4.25=3.41，A=3.46-3=0.46，鋼筋籠起吊后旋轉180°不會碰撞主吊臂架，滿足要求。

4.4 鋼扁擔設計及驗算

鋼扁擔采用45號鋼板加工制作而成。鋼扁擔厚度為50mm，孔直徑均為90mm。從最大拉伸考慮，鋼扁擔可承受最大起吊質量為10650t；從扁擔最小截面承受最大剪力來考慮，鋼扁擔可起吊重量為845t；而從單孔周邊最大承載來考慮，鋼扁擔可起吊最大重量為492t和410t（橫向兩點吊）或615t（橫向三點吊）。

故比較以上可知，此種型號鋼扁擔可起吊最大重量為410t（橫向兩點吊）或615t（橫向三點吊），取安全系數為5，則此種型號扁擔最大起吊重量為82t（橫向兩點吊）或123t（橫向三點吊），滿足現場吊裝要求。

4.5 擱置鋼板驗算

擱置鋼板采用250×100×20鋼板，燒焊在每道主吊點下方30cm左右的鋼筋籠兩側，主要用于其下穿過鋼扁擔后臨時擱住鋼筋籠，然后換鋼絲繩變換吊點以便繼續下放鋼筋籠和作為最終臨時擱置鋼筋籠到設計標高，待混凝土澆灌完成24h后方可割除吊點鋼筋，取出鋼扁擔。

4.6 其他驗算

驗算時還要考慮鋼絲繩強度，主副吊扁擔，吊點卸扣及滑輪，吊筋焊縫，焊縫所受剪應力等各方面的驗算，確保滿足要求。

5 鋼筋籠起重吊裝檢查驗收

5.1 起重吊裝設備檢查驗收

地下連續墻鋼筋籠吊裝前應該檢查起重吊裝設備的安全性，檢查驗收標準如下：

外觀驗收：燈光正常，儀表正常,齊全有效，輪胎螺絲緊固無缺少，傳動軸螺絲緊固無缺少，方向機橫豎拉桿無松動，無任何部位的漏油、漏氣、漏水，全車各部位無變形。

檢查各油位水位：水箱水位正常，機油油位正常，方向機油油位正常，剎車制動油正常，變速箱油位正常，液壓油位正常，各齒輪油位正常，電瓶水位正常。

發動機部位：機油壓力怠速時不少于1.5kg/cm2，水溫正常，發動機運轉正常無異響，各附屬機構齊全正常。

液壓傳動部位：液壓泵壓力正常，支腿正常伸縮，無下滑拖滯現象，變幅油缸無下滑現象，主臂伸縮油缸正常，無下滑，回轉正常，液壓油溫無異常。

底盤部分：離合器正常無打滑，變速箱正常，剎車系統正常，各操控機構正常，行走系統正常。

安全防護部分：有產品合格證，起重鋼絲繩無斷絲、斷股，潤滑良好；直徑縮頸不大于10%，吊鉤及滑輪無裂紋，危險斷面磨損不大于原尺寸的10%，起重量-幅度指示器正常，力矩限制器（安全載荷限制器）裝置靈敏可靠，起升高度限位器的報警切斷動力功能正常，水平儀的指示正常，防過放繩裝置的功能正常，卷筒無裂紋、無亂繩現象，吊鉤防脫裝置工作可靠，操作人員持證上崗，駕駛室內掛設安全技術操作規程。

5.2 鋼筋籠檢查驗收內容

地下連續墻鋼筋籠檢查驗收內容包括鋼筋原材驗收和鋼筋籠加工制作驗收，其中鋼筋原材的驗收內容主要是：

（1）外觀檢查:鋼筋進場時，應平直、無損傷，表面不得有裂紋、油污、顆粒狀或片狀老銹。

（2）規格尺寸:對鋼筋規格尺寸進行實測，規格必須符合國家標準《鋼筋混凝土用鋼》GB1499規定。

6 結束語

總之，地下連續墻施工具有噪聲小、剛度大、防水性能好、施工速度快的特點，將其運用于地下綜合管廊、地鐵、大型頂管工作井等工程建設中，能夠更快更好地促進城市建設發展，但在市區空間受限的情況下，必須切實落實好每一個施工細節，確保工程質量。施工前做好超大地下連續墻鋼筋籠吊裝方案的選擇和優化設計是確保其工程施工安全和保證結構穩定性的重要基礎，但在實際過程中需要結合現場實際情況比選吊裝系統配置，需要考慮鋼筋籠結構尺寸、配筋等選擇合適的主吊機、副吊機，明確吊機的荷載分配，對鋼筋籠受力點以及各項吊裝參數進行驗算，通過比選、優化進而選擇經濟、合理的鋼筋籠吊裝方案，防止吊裝過程中出現鋼筋籠變形、散架、側翻等事故。同時在吊裝過程中要梳理關鍵技術控制點、質量安全控制要點，并進行有效的監督和控制。