超大地下连续墙钢筋笼吊装施工与验算

谢 琰 王 艳 胡解平

（1.武汉市市政道路排水工程有限公司，湖北 武汉 430000；2.武汉市市政建设集团有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

超大超深地下连续墙具有刚度大、安全性高、防水性好、工期短、施工影响小等优点，被广泛地运用于各类地下工程，尤其是地质条件较差的大型顶管工作井。但由于地下管道结构复杂、人流密集、交通流量大，钢筋笼自身重量大、长度大，钢筋笼整体挠性大、刚度小、容易产生变形，吊点处局部应力大，超大地下连续墙施工技术中钢筋笼的吊装就显得很不容易。如果吊点的位置和加强措施不到位，钢筋笼在垂直方向上会有较大的变形，也就是说，钢筋笼的两端都会被吊离地面，但钢筋笼的中部还在平台上，如果强行提升的话，钢筋笼很有可能会变形、散架，甚至使吊车受力不稳而出现安全事故。施工前需要对钢筋笼的吊装作业方案进行优化设计，通过优化吊点设置，合理布置吊具索具，细化吊装措施，确保钢筋笼吊装作业的整体安全性[1-2]。本文以黄孝河综合管廊超大地下连续墙钢筋笼吊装工程为案例，介绍方案的比选与优化，与业内同行交流。

1 工程概况

黄孝河综合管廊金桥大道顶管段两端设置始发及接收井，始发井基坑平面尺寸为14.1m×15.8m，深度18.71m，接收井基坑平面尺寸为14.1m×12.8m，深度18.96m。采用1000mm厚地下连续墙+内支撑支护体系，地下连续墙混凝土强度等级为C35，抗渗等级P6，地下连续墙主要形式有“一”、“L”两种形式，共18幅。“一”字型标准分幅长度为6m，“L”形幅长度为4.95m（始发井）和6.45m（接收井），连续墙采用C35混凝土（水下）、P6浇筑，接头为工字钢型钢接头。

经计算单幅地下连续墙钢筋笼重量最重为39.5t（首开幅包括两端工字钢接头、预埋钢筋等），长度最长为30.41m；验算及方案比选时取钢筋笼最大重量和最长长度作为吊装施工方案的控制节段，则该验算钢筋笼节段长度为30.41m，重量为39.5t。

2 吊装方式的选择

确定吊装方案时主要考虑的因素如下：

（1）吊装安全。在地下连续墙工程中，钢筋笼的吊装存在最大的安全隐患，其安全保障是工程设计中的第一要务。为了提高吊装的安全性，在施工过程中，要尽可能地加大钢筋笼的纵向吊点。在安装钢筋笼过程中，应加大钢筋笼的重量和受力，以保证钢筋笼的受力均匀，避免因钢筋笼的受力过大而导致钢筋笼变形或解体。

（2）吊装工效。不同吊装方案的施工步骤是不一样的，在施工中要尽可能地简化吊装工序，以确保工程的效率。在传统的起重方式下，在主吊点超过2列的情况下，钢筋笼在空中回直后，由于入槽过长，需再进行一次钢索倒置，因此，钢筋笼的吊装工作时间相对较长。如有条件，可将主吊吊点设在2排，当钢筋笼悬于半空，由主吊单独吊起后，可将副吊具取下，在进入槽道时，仅需更换一次，不需要重新安装钢索，即可大幅缩短吊装时间，提高工作效率。

（3）吊装成本。由于吊装方案的选择将直接关系到钢筋笼吊装设备的选择及施工方法的安排，因此，不同的吊装方案会对吊装措施的造价产生直接的影响。在一般的钢筋笼吊装方案中，如果副吊点数比主吊点多，则表示在钢筋笼的吊运过程中，副吊所承受的重量会增大。这就导致副起重机需要配置比较大的机型，从而导致租赁费用的提高。吊点的数目和位置直接影响吊环位置、横纵向桁架筋的排列方式，并对吊索的钢筋用量产生影响，从而产生不同的工程造价。在确定吊装方案时，需要对各种方案的吊装费用进行细致地计算，以便为制定吊装方案提供参考。

3 超大地下连续墙钢筋笼吊装施工

3.1 吊装场地规划

始发井位于华岭路旁，接收井位于金桥大道旁，施工时可利用现有华岭路和金桥大道及施工场内主便道作为吊装通道。场内主要便道路面为C30混凝土路面，厚度为30～35cm，布设双层双向钢筋网片，横向布置Φ16@200钢筋，纵向布置Φ14@200钢筋，主便道宽度为9m。地下连续墙钢筋笼吊装方案的规划过程，主要是在结合已有施工经验的基础上，对钢筋笼的吊装方案进行分析、验算、论证。最后，依据计算结果调整和优化初始方案，最终确定采用起重方案。

地下连续墙的钢筋笼长度不同，其纵向吊点的设置一般是由经验决定的。然后，通过对钢筋笼的配筋，对其进行重心定位，对钢筋笼吊装过程中的扭矩进行了校核。确定各垂直吊点的位置、距离及相应的吊具、滑轮组、钢丝绳规格，并确定初步选择的主、副吊机的参数。对所选吊具的参数进行了校核，并针对不符合要求的项目，调整优化吊点位置、吊具的规格和参数，确定吊具。

3.2 钢筋笼吊装总体方案

该项目采用整体吊装、整体回直、一次入槽，以保证其整体性能。采用了可靠、高效的吊装施工方案，即在理论上达到了设计的要求，在吊装过程中，吊装方案达到了安全的要求。结合上述特点和以往地铁建设的经验，提出了采用双机吊装、整体回直入槽吊装的方案。

钢筋笼吊放采用双机抬吊，空中回直。起吊时必须使吊钩中心与钢筋笼重心相重合，保证起吊平衡，吊装流程如图1。

图1 吊装流程

3.3 变幅操作

在变幅过程中，注意不要超过安全仰角区；在变幅时，要使停机动作平稳；在有载荷变化时，要使被吊物与吊杆之间的距离保持一致。吊杆在水平方向上可降低吊杆的起重力矩，而吊杆在水平方向上的倾斜会增加吊杆的扭矩，并有倾覆的风险。通常，臂架的工作角度在50~80°之间，但不能超过80°，除非有特别的条件。在吊装重物的过程中，变幅钢索的变形和延伸使其工作半径随之增大。尤其是吊杆长度越大，其振幅变化越大。

3.4 钢筋笼试吊

在吊装第一幅地下连续墙钢筋笼之前，先进行一次试吊，吊索固定，吊车缓慢抬升，吊索拉紧后稍停，吊挂不能太高。在试吊时，指挥信号工、挂钩工、司机必须协调。如果出现吊物重心偏斜或与其它物体连接的情形，应立即停止吊装，并采取相应的措施，确保安全后方可吊装。

地下连续墙钢筋笼吊装，在双机抬吊时，钢筋笼吊离地面50cm后暂停，检查起重机的稳定性、制动装置的可靠性、构件的平衡性、钢筋笼的牢固性、吊点焊缝的焊接质量、钢丝绳及卸扣的表观状况等，检查确认无风险后，方可继续起吊。

3.5 转角幅加强钢筋

对于转角幅及特殊幅钢筋笼除设置纵、横向起吊桁架和吊点之外，另要增设斜拉杆进行加强，加强筋直径、间距同连续墙水平筋，以防钢筋笼在空中翻转角度时发生变形。

4 超大钢筋笼吊装验算

4.1 吊点设置及受力计算

4.1.1 纵向吊点设置及验算

根据弯矩平衡原理，正负弯矩相等,所受弯矩变形影响最小[3]。钢筋笼纵向受力弯矩见图2。

图2 钢筋笼纵向受力弯矩图

钢筋笼吊点位置计算如下：

其中：

q——分布荷载，

M——弯矩。

因此选取B、C、D、E四点，钢筋笼起吊时弯矩最小，但实际过程中B、C中心为主吊位置，A、B距离影响吊装钢筋笼。根据实际吊装经验以及本工程钢筋笼钢筋分布以及预埋件等特点，对各吊点位置进行调整：笼顶下1m+11m+7.5m+7.5m+3.41m。

4.1.2 横向吊点设置及验算

根据弯矩平衡原理，正负弯矩相等，所受弯矩变形影响最小，钢筋笼横向受力弯矩：

+M = -M；其中+M =(1/2)ql12；-M = 1/8(qL2²)-1/2(qL2²)；q为分布荷载，M为弯矩。

因此选取B、C 二点为横向吊点位置，横向1.24m+3.52m+1.24m。

5.3 主吊起重高度验算

考虑主吊臂架仰角76.8°，大臂长48.75m，工作半径14m，钢筋笼起吊后旋转180°，确保最宽钢筋笼（6m）不碰撞主吊臂架，同时满足起吊高度要求。

A+(钢筋笼宽度一半)=(b+h1+h0+h2)/tan 76.8°=(8+3+0.5+3)/4.25=3.41，A=3.46-3=0.46，钢筋笼起吊后旋转180°不会碰撞主吊臂架，满足要求。

4.4 钢扁担设计及验算

钢扁担采用45号钢板加工制作而成。钢扁担厚度为50mm，孔直径均为90mm。从最大拉伸考虑，钢扁担可承受最大起吊质量为10650t；从扁担最小截面承受最大剪力来考虑，钢扁担可起吊重量为845t；而从单孔周边最大承载来考虑，钢扁担可起吊最大重量为492t和410t（横向两点吊）或615t（横向三点吊）。

故比较以上可知，此种型号钢扁担可起吊最大重量为410t（横向两点吊）或615t（横向三点吊），取安全系数为5，则此种型号扁担最大起吊重量为82t（横向两点吊）或123t（横向三点吊），满足现场吊装要求。

4.5 搁置钢板验算

搁置钢板采用250×100×20钢板，烧焊在每道主吊点下方30cm左右的钢筋笼两侧，主要用于其下穿过钢扁担后临时搁住钢筋笼，然后换钢丝绳变换吊点以便继续下放钢筋笼和作为最终临时搁置钢筋笼到设计标高，待混凝土浇灌完成24h后方可割除吊点钢筋，取出钢扁担。

4.6 其他验算

验算时还要考虑钢丝绳强度，主副吊扁担，吊点卸扣及滑轮，吊筋焊缝，焊缝所受剪应力等各方面的验算，确保满足要求。

5 钢筋笼起重吊装检查验收

5.1 起重吊装设备检查验收

地下连续墙钢筋笼吊装前应该检查起重吊装设备的安全性，检查验收标准如下：

外观验收：灯光正常，仪表正常,齐全有效，轮胎螺丝紧固无缺少，传动轴螺丝紧固无缺少，方向机横竖拉杆无松动，无任何部位的漏油、漏气、漏水，全车各部位无变形。

检查各油位水位：水箱水位正常，机油油位正常，方向机油油位正常，刹车制动油正常，变速箱油位正常，液压油位正常，各齿轮油位正常，电瓶水位正常。

发动机部位：机油压力怠速时不少于1.5kg/cm²，水温正常，发动机运转正常无异响，各附属机构齐全正常。

液压传动部位：液压泵压力正常，支腿正常伸缩，无下滑拖滞现象，变幅油缸无下滑现象，主臂伸缩油缸正常，无下滑，回转正常，液压油温无异常。

底盘部分：离合器正常无打滑，变速箱正常，刹车系统正常，各操控机构正常，行走系统正常。

安全防护部分：有产品合格证，起重钢丝绳无断丝、断股，润滑良好；直径缩颈不大于10%，吊钩及滑轮无裂纹，危险断面磨损不大于原尺寸的10%，起重量-幅度指示器正常，力矩限制器（安全载荷限制器）装置灵敏可靠，起升高度限位器的报警切断动力功能正常，水平仪的指示正常，防过放绳装置的功能正常，卷筒无裂纹、无乱绳现象，吊钩防脱装置工作可靠，操作人员持证上岗，驾驶室内挂设安全技术操作规程。

5.2 钢筋笼检查验收内容

地下连续墙钢筋笼检查验收内容包括钢筋原材验收和钢筋笼加工制作验收，其中钢筋原材的验收内容主要是：

（1）外观检查:钢筋进场时，应平直、无损伤，表面不得有裂纹、油污、颗粒状或片状老锈。

（2）规格尺寸:对钢筋规格尺寸进行实测，规格必须符合国家标准《钢筋混凝土用钢》GB1499规定。

6 结束语

总之，地下连续墙施工具有噪声小、刚度大、防水性能好、施工速度快的特点，将其运用于地下综合管廊、地铁、大型顶管工作井等工程建设中，能够更快更好地促进城市建设发展，但在市区空间受限的情况下，必须切实落实好每一个施工细节，确保工程质量。施工前做好超大地下连续墙钢筋笼吊装方案的选择和优化设计是确保其工程施工安全和保证结构稳定性的重要基础，但在实际过程中需要结合现场实际情况比选吊装系统配置，需要考虑钢筋笼结构尺寸、配筋等选择合适的主吊机、副吊机，明确吊机的荷载分配，对钢筋笼受力点以及各项吊装参数进行验算，通过比选、优化进而选择经济、合理的钢筋笼吊装方案，防止吊装过程中出现钢筋笼变形、散架、侧翻等事故。同时在吊装过程中要梳理关键技术控制点、质量安全控制要点，并进行有效的监督和控制。