地下连续墙钢筋笼吊装技术应用研究★

2020-07-14刘朋亮

山西建筑 2020年14期

刘朋亮

(中铁二十一局集团第二工程有限公司，甘肃兰州 730030)

1 概述

在深基坑开挖过程中，地下连续墙围护形式作为一种有效的围护形式取得较好发展，然而在地下连续墙施工中，钢筋笼吊装属危大工程。吊装时不仅要保证钢筋笼的精确到位，同时还应注意吊装过程中的安全问题。黄河等[1-3]结合具体工程实例,对超大尺寸地下连续墙钢筋笼吊装技术进行探讨,包含吊点设置、吊装方法及洞门处加强处理等内容。王志华等[4,5]以钢筋笼从水平到竖直的起吊过程中不同角度建立能够模拟动态吊装过程的有限元模型，并进行现场试验。结合数值模拟和现场试验结果分析了动力效应影响下的笼体受力规律，确定了吊装过程的最不利工况。田维彪[6]以穗莞深城际深圳机场站工程为例,对地下连续墙钢筋笼分段吊装施工技术进行了分析,具体包括钢筋笼吊装设计和钢筋笼制作和吊装,最终取得良好的施工效果。巩玲娜[7]通过对大型钢筋笼吊装安全风险分析及安全风险控制措施研究,结合工程实例,对吊装作业中的吊装方案设计、安全风险控制等关键技术进行了详细论述。张功英[8]分析超厚砂层旋挖扩孔灌注桩施工技术应用,总结了旋挖扩孔灌注桩施工技术要点。论文结合某城市轨道交通工程深基坑中地下连续墙施工，对超长超重钢筋笼吊装作出深入研究，从计算环节入手，合理布置吊具索具，细化吊装措施，以期提高超厚砂层地质条件钻孔灌注桩施工技术水平,保证桩基工程施工质量。

2 起重设备选型

本工程地下连续墙钢筋笼几何尺寸为27 m×6 m×0.66 m，主要为“—”形式，钢筋笼厚度为660 mm，最大钢筋笼重量为26.4 t(含措施钢筋及吊具等)。现场配置一主吊和一副吊双机抬吊钢筋笼。施工便道路面是钢筋混凝土结构，施工道路地基处理采用抛石挤淤下垫50 cm后，采用HRB400 Φ8单层钢筋网片、采用C25混凝土硬化厚度为20 cm，保证路面平整度在±2 cm以内，以保证吊车行走平稳安全。

2.1 钢筋笼吊装主吊机伸臂高度的选定

本设计钢筋笼大小尺寸为27 m×6 m×0.66 m。在选定主吊机竖直高度的时候不仅要考虑主吊最大仰角为75°，还要考虑钢筋笼在吊起后能自由旋转180°，且不碰撞主吊大臂(见图1)，满足BC>3 m；取为3.2 m。

根据加工吊具的尺寸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为扁担高度；h1为扁担吊索钢丝绳高度；h2为钢筋笼吊索高度；h3为钢筋笼高度；h4为钢筋笼距地面高度；b为起重滑轮到吊钩距离，取2 m。

计算可得起吊机大臂长度为(H+b)/sin75°=40.83 m，由于地面距大臂下轴底高约2 m，故取主吊大臂长度为40.83-2=38.83 m，取整数39 m。因此吊机大臂长度取39 m，满足施工要求。

2.2 吊车吨位的选定

根据以上计算可知，需选能够满足在作业半径最少12 m范围内吊起26.4 t钢筋笼的履带吊，为满足施工安全需要，故选择主吊为130 t履带吊、副吊为80 t履带吊，可知主吊130 t履带吊大臂伸长为39 m，作业半径为12 m时，最大起吊重量为36.7 t>26.4 t，满足施工安全需要。

3 吊点布置及检算

在结构力学中，根据弯矩平衡原理可知，当结构的正弯矩和负弯矩相等时，结构整体所受的变形影响最小。因此，钢筋笼吊点位置设置与验算如下。

3.1 钢筋笼纵向吊点布置及验算

纵向吊点布置及其检算示意图见图2。

如图2所示，纵向设置5组吊点，根据弯矩平衡原理，计算公式如下：

+M=-M

(1)

+M=qb/8-qa/2

(2)

-M=qa/2

(3)

4b+2a=27

(4)

按照以往吊装施工经验，为便于后期卸扣拆除，将钢筋笼顶吊点移动至距左端0.8 m处，具体吊点布置如下：0.7 m，7.6 m，5.7 m，5.7 m，5.7 m，1.5 m(如图3所示)。

由受力平衡可知，当钢筋笼起吊时满足：

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。

主吊机130 t履带吊在钢筋笼回直的过程中受力逐渐增大，钢筋完全竖直时达最大受力状态，即为钢筋笼及吊具的总重26.4 t。

3.2 钢筋笼横向吊点布置及其验算

同样由弯矩平衡定理得，正弯矩和负弯矩相等时钢筋笼整体变形最小。长度27 m钢筋笼横向吊点布置示意图见图4。

计算公式如下：

+M=-M

(8)

+M=qb/8-qa/2

(9)

-M=qa/2

(10)

b+2a=6

(11)

计算可得:a=1.24 m，则b=3.52 m。

因此横向吊点布置形式为：1.24 m+3.52 m+1.24 m。

3.3 吊具、吊点受力计算

3.3.1钢丝绳受力计算

扁担受力示意图见图5。

吊装钢笼的主吊钢丝绳直径长为56 mm，纵向单根长20 m，钢丝绳采用6×37+1，由《起重吊装常用数据手册》查得钢丝绳数据，安全系数K取值为8。

1)130 t主吊钢丝绳卸扣强度验算。吊具与钢筋笼的重量之和约为26.4 t。当主吊单机吊钢筋笼时，钢丝绳处于受拉状态，其单根拉力为：26.4/2sin60°=15.24 t，选择直径为60 mm的6×37+1，应力为1 668 MPa的钢丝绳；安全系数取值K=8，可以计算出该钢丝绳的临界破断拉力为23.802 t>15.24 t；满足施工安全要求。由图5可知，扁担下部钢丝绳单根所受最大拉力为26.4 t/4sin60°=7.62 t，选择直径为43 mm的6×37+1，应力1 668 MPa的钢丝绳；安全系数取值K=8，得出该钢丝绳的临界破断拉力为12.159 t>7.62 t满足施工安全要求，因此主吊卸扣可采用25 t卸扣。

2)80 t副吊钢丝绳卸扣强度验算。由上计算已知，副吊最大受力为21.8 t，因此副吊扁担上部单根钢丝绳最大受力为21.8 t/2sin60°=12.58 t，查询可得，选择直径为52 mm的6×37+1，σ=1 668 MPa的钢丝绳；取其安全系数K=8，则可以计算出该钢丝绳的临界破断拉力17.469 t>12.58 t，满足施工安全要求。由受力分析可知，副吊扁担下部钢丝绳的受力最大可达到21.8 t/4sin60°=6.29 t，选择直径为39 mm的6×37+1，应力1 668 MPa的钢丝绳；取其安全系数K=6，则可以计算出该钢丝绳的临界破断拉力为9.845 t>6.29 t，满足受力要求。因此副吊卸扣可采用16 t卸扣。

3.3.2钢筋笼吊点受力计算

钢筋笼吊装施工过程中，共布置了10个吊点(4个主吊点，6个副吊点)，当钢筋笼竖直时，主吊点的受力达到最大状态，并且此状态下仅有主吊点受力，因此主吊点满足强度要求时能保证吊装施工过程的安全。

根据计算公式(吊点受钢筋笼全部荷载时)：

As=K×G/(η×2×fy)×sinα

(12)

其中，As为吊点钢筋横截面面积；K为安全系数,取值为2；G为钢筋笼及吊具重量；η为吊点系数；fy为HPB300钢筋设计标准抗拉强度，取值为270 N/mm2；sinα为吊点钢筋与卸扣始终保持垂直，故取α=90°。

计算可得：As=2 400 mm2。

如选择HPB300 Φ28钢筋，该钢筋截面面积Ag=2.8×2.8×3.14=2 461.76 mm2>2 400 mm2。

故选择HPB300 Φ28钢筋满足施工安全要求。

3.3.3吊点处焊缝计算

吊点U型加固筋采用HPB300 Φ28钢筋，与钢筋笼HRB400主筋焊接，采用双面搭接焊，按照规范要求，焊缝长度为5d=28 cm；施工过程中为更加安全可靠的完成施工作业，焊缝长度采用双面焊，焊缝长度为10d=56 cm，厚度为0.3d=9.6 mm，宽度不小于0.7d；焊条采用J502型(熔敷抗拉强度420 N/mm2)。

1)钢筋抗拉力。钢筋抗拉力N=σcon×As。其中，N为钢筋抗拉力；σcon为钢筋冷拉控制应力，根据建筑手册取值530 N/mm2；As为钢筋冷拉前的截面面积，计算得615 mm2。计算可得焊缝的抗剪能力为N=325 950 N。

2)焊缝抗剪能力计算。焊缝抗剪面积为：9.6×128×2=2 457.6 mm2。计算可得焊缝的抗剪能力,抗剪能力为标准抗拉能力的0.6倍，考虑钢筋的标准抗拉强度270 N/mm2，因此取小值。

3)焊缝最大受力计算。当钢筋笼处于竖直状态时，焊缝处所受力达到最大，计算得：0.6×270×2 457.6=39.81 t。已知钢筋笼重26.4 t，分摊到每个吊点受力为26.4/4=6.6 t，远小于焊缝最大受力39.81 t，由此可确定，吊点焊缝强度满足施工安全要求。