大型地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝技術(shù)

白楠

[摘要] 結(jié)合天津市某深基坑工程地下連續(xù)墻施工，簡(jiǎn)要分析地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝施工技術(shù)及難點(diǎn)，通過分析重點(diǎn)闡述起吊吊點(diǎn)位置確定、吊環(huán)強(qiáng)度驗(yàn)算、鋼絲繩強(qiáng)度驗(yàn)算，為確保地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝施工安全起到一定指導(dǎo)作用。

[關(guān)鍵詞] 地下連續(xù)墻、鋼筋籠、吊裝

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1、前言

隨著地下連續(xù)墻施工技術(shù)越趨成熟，深基坑工程已逐漸應(yīng)用于地鐵施工中。由于基坑深度的不斷加大，地下連續(xù)墻鋼筋籠變得更長(zhǎng)更重，相應(yīng)施工難度越來(lái)越大。為保證地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，縮短施工周期，超大超深地連墻施工時(shí)其鋼筋籠更需要一次性整體吊裝。天津市某基坑工程地下連續(xù)墻工程深度大，通過科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匿摻罨\吊裝設(shè)計(jì)驗(yàn)算，利用切實(shí)可行的組織措施和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)成功完成了184幅地下連續(xù)墻鋼筋籠的起吊，為優(yōu)質(zhì)、高效、安全的完成地鐵深基坑施工奠定了基礎(chǔ)。

2、鋼筋籠吊裝施工難點(diǎn)

該基坑工程地下連續(xù)墻標(biāo)準(zhǔn)幅寬5m，墻與墻之間采用工字鋼接頭形式。鋼筋籠最長(zhǎng)49.95m，首開幅最重約72.16t，并有“一”、“L”、“T”三種形式，由此可見鋼筋籠具有長(zhǎng)、大、重的特點(diǎn)。由于地下連續(xù)墻長(zhǎng)60m，根據(jù)塘沽地區(qū)土質(zhì)情況，成槽時(shí)間過長(zhǎng)，為保證地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，為縮短涼槽時(shí)間，故要求每幅地下連續(xù)墻鋼筋籠均需整體吊裝入槽。故地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝施工有兩大難點(diǎn)：①吊裝剛度差，在吊裝過程中容易發(fā)生嚴(yán)重變形，因此需加強(qiáng)鋼筋籠的剛度；②鋼筋籠吊裝時(shí)垂直度要求高，而鋼筋籠起吊后無(wú)法在空中進(jìn)行垂直度校正，故對(duì)鋼筋籠的重心計(jì)算精確度要求高。

3、鋼筋籠吊裝設(shè)計(jì)

3.1鋼筋籠施工用筋的設(shè)置

（1）“一”字型鋼筋籠施工用筋設(shè)置

鋼筋籠均設(shè)置豎向起吊桁架、橫向起吊桁架、X型剪刀筋，來(lái)保證鋼筋籠起吊時(shí)有足夠的剛度。

主吊主鉤4吊環(huán)，吊環(huán)采用2根大直徑Q235圓鋼；主吊副鉤6吊環(huán)，每吊環(huán)采用1根大直徑Q235圓鋼；副吊6吊環(huán)，每吊環(huán)采用1根大直徑Q235圓。

（2）“T”、“L”型鋼筋籠施工用筋設(shè)置

異型鋼筋籠施工用筋除上述普通鋼筋籠所用的基本施工用筋以外，另需增加斜撐鋼筋，避免轉(zhuǎn)角部位發(fā)生變形。

圖2異型鋼筋籠轉(zhuǎn)角加固示意圖

圖3鋼筋籠彎矩計(jì)算圖

3.2吊裝機(jī)具選擇

采用兩臺(tái)履帶吊雙機(jī)抬吊，大噸位主吊下放鋼筋籠。起吊吊梁根據(jù)起吊重量選擇合適的工字鋼。

計(jì)算雙機(jī)抬吊系數(shù)（K）：

K主、副＝N主機(jī)、副機(jī)／（Q吊重+ N索）

N主機(jī)、副機(jī)—主機(jī)和副機(jī)的最大起重量

Q吊重—起吊鋼筋籠重量

N索—吊梁和索具自重，主吊分別有與副吊共同平抬起吊和獨(dú)自立吊兩套吊梁和索具，計(jì)算時(shí)應(yīng)相加，副吊只有一套吊梁和索具。

另外還需要根據(jù)履帶吊出廠參數(shù)表查詢回轉(zhuǎn)半徑、有效高度和仰角，起吊鋼筋籠過程中主副吊起重半徑及起重角度均需控制在額定的范圍內(nèi)。

圖4首開、閉合幅鋼筋籠主吊主鉤橫向吊點(diǎn)

圖5順序幅鋼筋籠主吊主鉤橫向吊點(diǎn)

3.3吊點(diǎn)位置確定

（1）橫向吊點(diǎn)

①首開幅和閉合幅

由于首開幅和閉合幅對(duì)鋼筋籠縱向中心在重量上對(duì)稱，所以在鋼筋籠橫向上，吊點(diǎn)也關(guān)于鋼筋籠縱向中心對(duì)稱。（見圖4）

橫向吊點(diǎn)設(shè)置，按鋼筋籠寬度，吊點(diǎn)布置在距離邊緣1/5的位置為宜。

②順序幅

由于順序幅只有一側(cè)有工字鋼，所以按照重心公式

i= M總/G總

M總—鋼筋籠橫向總彎矩

G總—鋼筋籠總重量

重心在工字鋼板一側(cè)，然后在橫向上，兩吊點(diǎn)位置應(yīng)關(guān)于重心對(duì)稱，吊點(diǎn)間距為鋼筋籠寬度的3/5。（見圖5）

（2）縱向吊點(diǎn)

根據(jù)彎矩平衡定律，正負(fù)彎矩相等時(shí)所受彎矩變形最小的原理。（見圖3）

+M=-M 即：

（1/2）qL12=（1/8）qL22-（1/2）L12

其中：q為均布荷載、M為彎矩

另：2L1+5L2=L總

可求得L1和L2。

A端為鋼筋籠頂端，A、B、C為主吊副鉤3吊點(diǎn)，D、E、F為副吊3吊點(diǎn)。

鋼筋籠吊裝需采用16個(gè)吊環(huán)。其中主吊主鉤吊環(huán)4個(gè)，主吊副鉤吊環(huán)6個(gè)，副吊吊環(huán)6個(gè)。

計(jì)算鋼筋籠縱向重心：

I= M總/G總

M總—鋼筋籠縱向總彎矩

結(jié)合以上計(jì)算結(jié)果，確定鋼筋籠縱向吊點(diǎn)布置。

圖6鋼筋籠吊點(diǎn)布置圖

3.4鋼筋籠撓度計(jì)算

首開幅鋼筋籠最重、撓度最大，共6排縱向桁架，橫向桁架每隔5m一道,在吊點(diǎn)位置另加設(shè)橫向桁架。假設(shè)縱向桁架在橫向上不會(huì)失穩(wěn)，對(duì)縱向強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。

圖7縱向桁架平面分布示意圖

根據(jù)上圖可知縱向桁架并非平均分布，故每榀桁架受力不相同，故需對(duì)每榀桁架進(jìn)行分析求解比較，然后取其最大值即最不利情況進(jìn)行下一步驗(yàn)算。

根據(jù)公式qn= G總*Ln/S

Ln—每榀桁架所承受部分重力的尺寸；

S—鋼筋籠的平面面積：

求出q1；q2；q3；q4；q5；q6。

取其中的最大值對(duì)一榀縱向桁架進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證：

ωmax=5qL4/(384EIz)

Iz—慣性矩

Wz—抗彎截面模量，取Iz/ymax

E—?jiǎng)偠热?10GPa

3.5吊點(diǎn)受力分析

圖8鋼筋籠吊點(diǎn)受力圖

根據(jù)起吊時(shí)鋼筋籠平衡得：

2T1+2T2= G總……………………①

L1T1+（L1+L2）T1/2+（L1+ L2*2）T1/2+（L1+ L2*3）T2+（L1+ L2*4）T2/2+（L1+ L2*5）T2/2= G總*i= M總……………②

由①、②兩式可得：T1；T2

則鋼絲繩受力T1= T1/（2*sin45o）；T2= T2/（2*sin45o）

平抬鋼筋籠時(shí)，主吊副鉤受力為2 T1，副吊受力為2 T2

副吊在鋼筋籠回直過程中隨角度的增大受力也越大，故考慮副吊的最大受力為4T2。

3.6吊點(diǎn)強(qiáng)度驗(yàn)算

吊點(diǎn)選擇在橫縱桁架交匯處，并對(duì)吊點(diǎn)進(jìn)行加強(qiáng)，在整個(gè)吊裝過程中，主吊主鉤吊環(huán)在鋼筋籠完全豎直時(shí)受力最大，承受整個(gè)鋼筋籠的重量。吊點(diǎn)吊環(huán)采用Q235鋼筋，鋼筋直徑d根據(jù)吊環(huán)鋼筋抗拉強(qiáng)度試算：

（1）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002中第10.9.8條中，在構(gòu)件自重標(biāo)準(zhǔn)值作用下，每個(gè)吊環(huán)按2個(gè)截面計(jì)算，吊環(huán)應(yīng)力（受拉應(yīng)力）不大于50N/mm2,此應(yīng)力中已考慮五個(gè)因素：① 構(gòu)件自重荷載分項(xiàng)系數(shù)取為1.2，② 吸附作用引起的超載系數(shù)取為1.2，③ 鋼筋彎折后的應(yīng)力集中對(duì)強(qiáng)度的折減系數(shù)取為1.4，④ 動(dòng)力系數(shù)取為1.5，⑤ 鋼絲繩角度對(duì)吊環(huán)承載力的影響系數(shù)取為1.4。于是，當(dāng)取HPB235級(jí)鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為fy=210N/mm2時(shí)，吊環(huán)鋼筋實(shí)際去用的允許拉應(yīng)力值為：210/（1.2*1.2*1.4*1.5*1.4）=210/4.23≈50N/mm2。

對(duì)于本工程多點(diǎn)吊的情況，應(yīng)考慮受力不均勻系數(shù)0.9，1/0.9=1.11，但本工程關(guān)于②吸附作用引起的超載系數(shù)是不存在的。故針對(duì)本工程吊環(huán)鋼筋實(shí)際取用的允許拉應(yīng)力值為：210/（1.2*1.4*1.5*1.4*1.11）=53.63 N/mm2。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002中第10.9.8條中，當(dāng)在一個(gè)構(gòu)件上設(shè)有4個(gè)吊環(huán)時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)僅取3個(gè)吊環(huán)進(jìn)行計(jì)算。但本工程鋼筋籠吊環(huán)均是用滑輪相互連接起來(lái)，當(dāng)起吊時(shí)，由于滑輪的作用，吊環(huán)均受力，故取吊環(huán)個(gè)數(shù)計(jì)算時(shí)不需對(duì)其進(jìn)行折減。

吊環(huán)的應(yīng)力可按下式計(jì)算：σ=9807G/（nA）<[σ]

σ—吊環(huán)拉應(yīng)力（N/mm2）；

n—吊環(huán)的截面?zhèn)€數(shù)；

A—一個(gè)吊環(huán)的鋼筋截面面積（mm2）；A=πd2/4

G—構(gòu)件的重量（t），乘以9807是t（噸）換算成N（牛頓）；

[σ]—吊環(huán)的允許拉應(yīng)力。

（1）主吊主鉤4吊環(huán)，每吊環(huán)采用2根鋼筋，主吊主鉤采用2根鋼筋時(shí)，由于受力不均勻，故應(yīng)取受力不均勻系數(shù)0.9，則吊環(huán)鋼筋實(shí)際取用的允許拉應(yīng)力值[σ]=53.63N/mm2*0.9=48.27N/mm2。

吊環(huán)采用2根鋼筋，在滿足10倍鋼筋直徑焊接長(zhǎng)度的同時(shí)采用間斷焊縫，并且2根鋼筋應(yīng)豎直方向疊加焊接，避免2根鋼筋不均勻受力。

（2）主吊副鉤6吊環(huán)，每吊環(huán)采用1根鋼筋，不考慮不均勻系數(shù)，取 [σ]= 53.63N/mm2。

（3）副吊6吊環(huán)，每吊環(huán)采用1根Φ42鋼筋，不考慮不均勻系數(shù)，取 [σ]= 53.63N/mm2。

3.7鋼絲繩強(qiáng)度驗(yàn)算

鋼絲繩的容許拉力可按下式計(jì)算：

[Fg]= аFg/K

式中：

[Fg]——鋼絲繩的容許拉力（kN）；

Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；

а——考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)；

K——鋼絲繩使用安全系數(shù)，取6

由上公式可求得對(duì)應(yīng)表3中鋼絲繩的容許拉力[T]=[Fg]/g

以上數(shù)據(jù)可查表得到，然后根據(jù)前面數(shù)據(jù)計(jì)算出的鋼絲繩最大拉力，使得T＜ [T]。

3.8吊臂驗(yàn)算

根據(jù)履帶吊參數(shù)表格得到吊臂長(zhǎng)度，起吊角度，有效高度，回轉(zhuǎn)半徑等參數(shù)，起吊時(shí)必須保證鋼筋籠能順利吊起，此時(shí)需要吊機(jī)的起吊高度為：

h=鋼筋籠長(zhǎng)度+主扁擔(dān)上方鋼絲繩高度+扁擔(dān)下鋼絲繩高度+扁擔(dān)高度+吊裝余裕高度<履帶吊有效高度+機(jī)高

必須保證鋼筋籠不能碰到吊臂，最易碰臂為順序幅墻，此時(shí)需要吊機(jī)的起吊高度為：

h=鋼筋籠長(zhǎng)度+吊裝余裕高度+（鋼筋籠寬度-橫向重心在工字鋼一側(cè)數(shù)值i）*tan（起吊角度）＜履帶吊有效高度+機(jī)高

必須保證扁擔(dān)不能碰到吊臂，此時(shí)需要吊機(jī)的起吊高度為：

H=鋼筋籠長(zhǎng)度+吊裝余裕高度+扁擔(dān)下鋼絲繩高度+2*tan（起吊角度）＜履帶吊有效高度+機(jī)高

由于鋼筋籠較重較長(zhǎng)，在鋼筋籠不能碰到吊臂的前提下，可以增大吊臂仰角，增加起吊高度，但此時(shí)應(yīng)注意增加上部鋼絲繩的長(zhǎng)度。

3.9異型幅鋼筋籠吊點(diǎn)分析

異型幅鋼筋籠在縱向上吊點(diǎn)布設(shè)與“一”字幅相同，主要考慮在橫向上吊點(diǎn)布設(shè)問題，橫向上吊點(diǎn)布設(shè)和鋼筋籠重心在橫截面上的位置有關(guān)。由于橫向上吊點(diǎn)位置的選擇正確與否直接關(guān)系到鋼筋籠吊裝回直后的垂直度，因此L型鋼筋籠的橫向吊點(diǎn)選擇，須先計(jì)算出重心在橫截面上的位置，然后再用直角坐標(biāo)方法得出主、副吊點(diǎn)在橫截面上的位置。

如圖9所示，L型鋼筋籠重心坐標(biāo)G（x, y）。

則吊點(diǎn)坐標(biāo)：

A（2x-b/2, 0）B（2x-b/2, b） C（b, 2y-b/2）D（0, 2y-b/2）

E(b, (8xy-6yb+b2)/2(2x-b))

其中主吊主鉤吊點(diǎn)A、B、C、D兩點(diǎn)，主吊副鉤上、中、下吊點(diǎn)均為B、E兩點(diǎn)；副吊上、中、下吊點(diǎn)均為B、E兩點(diǎn)位置。

圖 9異型鋼筋籠重心計(jì)算圖

注：1、M、N分別為CD、AB的中點(diǎn)，EB∥MN。

2、MN為主吊主鉤鐵扁擔(dān)上選用的寬度，MN=[(2y-b)2+(2y-b)2]1/2。

3、EB為主吊副鉤和副吊鐵扁擔(dān)上選用的寬度，EB= MN (4x-3b)/ (4x-2b)。

本工程共有“L”、“Z”、“T”三類異型幅，以上針對(duì)“L”型鋼筋籠吊裝分析，“Z”型幅地連墻鋼筋籠分為兩“L”型鋼筋籠制作吊裝，“T”型幅可參照“L”型方法計(jì)算分析。

4、結(jié)論

實(shí)踐證明，通過對(duì)地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝的施工設(shè)計(jì)，很好的完成了184幅地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝施工，有效的控制了鋼筋籠的變形，確保了鋼筋籠在槽內(nèi)的準(zhǔn)確就位，施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)、規(guī)范要求，在吊裝過程中未發(fā)生任何安全質(zhì)量事故，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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