可周轉(zhuǎn)使用電動(dòng)液壓伸縮桿吊筋裝置在樁基工程中的應(yīng)用

王 剛 龐程程 楊媛鵬 謝燕輝 李承龍 趙 武

中國(guó)建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

我國(guó)南方地區(qū)受地下水位影響，軟土地區(qū)基礎(chǔ)工程一般采用鉆孔灌注樁或預(yù)制樁，基坑圍護(hù)形式多為三軸止水帷幕（TRD水泥土攪拌墻止水帷幕）＋鉆孔灌注樁排樁組合體系。在工程樁及排樁施工過(guò)程中，鋼筋籠下放時(shí)采用圓鋼鋼筋作為吊筋，吊筋對(duì)稱焊接到主筋上，吊筋上部焊接吊環(huán)，利用吊裝裝置將鋼筋籠放于成孔中[1-3]。

在施工過(guò)程中使用大量的圓鋼鋼筋作為措施吊筋，在混凝土澆筑完成后吊筋無(wú)法取出重復(fù)利用，無(wú)形中增加了大量的施工成本，造成了材料的浪費(fèi)，同時(shí)在基坑開挖過(guò)程中吊筋纏繞機(jī)械的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，從而降低了基坑開挖的效率。

本文以杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目新建T4航站樓及交通中心工程的基坑施工為背景，以吊筋的可周轉(zhuǎn)使用為基本出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)闡述了可周轉(zhuǎn)使用的電動(dòng)液壓伸縮桿吊筋裝置的原理，并對(duì)在項(xiàng)目中的應(yīng)用效果進(jìn)行了詳細(xì)闡述。應(yīng)用結(jié)果顯示，采用可周轉(zhuǎn)使用的電動(dòng)液壓伸縮桿吊筋裝置進(jìn)行施工，在節(jié)約施工成本的同時(shí)，也為后續(xù)基坑開挖作業(yè)創(chuàng)造了有利的條件。

1 工程概況

杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目新建T4航站樓及交通中心工程為省重點(diǎn)工程，同時(shí)為2022年亞運(yùn)會(huì)重要基礎(chǔ)設(shè)施配套工程。該工程建筑面積約670 000 m2，樁基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)使用年限為100年，共計(jì)有7 000余根鉆孔灌注樁、3 600余根圍護(hù)樁，樁基工程體量巨大。按照傳統(tǒng)施工方法，每根工程樁均需焊接吊筋并一次性投入使用，而采用可周轉(zhuǎn)使用電動(dòng)液壓伸縮桿吊筋裝置后，實(shí)現(xiàn)了吊筋與鋼筋籠的快速拆裝及周轉(zhuǎn)使用，降低了施工成本。

2 工作原理

如圖1所示，該可周轉(zhuǎn)使用電動(dòng)液壓伸縮桿吊筋裝置包括控制盒、三級(jí)伸縮桿組件、鋼絲繩圈、鋼絲繩、吊環(huán)插銷、底部吊環(huán)、推桿外殼和頂部吊環(huán)。

圖1 可周轉(zhuǎn)使用電動(dòng)液壓伸縮桿吊筋裝置構(gòu)造原理

控制盒內(nèi)設(shè)電動(dòng)控制器及插銷電動(dòng)控制器。電動(dòng)控制器可采用現(xiàn)有技術(shù)的大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使其能帶動(dòng)第1級(jí)推桿轉(zhuǎn)動(dòng)。由于第1級(jí)推桿與第1級(jí)螺母通過(guò)螺紋連接，故第1級(jí)螺母可通過(guò)滑塊安裝在推桿外殼內(nèi)壁上的滑軌上并能沿滑軌移動(dòng)。滑軌、第1級(jí)推桿和推桿外殼的長(zhǎng)度方向即軸向相互平行，通過(guò)滑塊和滑軌限制第1級(jí)螺母的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)第1級(jí)螺母與第1級(jí)推桿之間的螺紋傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)第1級(jí)螺母沿第1級(jí)推桿軸向的直線運(yùn)動(dòng)，并將第2級(jí)推桿同步推出。第1級(jí)液壓控制器可采用現(xiàn)有技術(shù)液壓油缸，在第1級(jí)推桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，第1級(jí)液壓控制器控制第1級(jí)活塞桿同步伸出。第1級(jí)推桿限位器可采用現(xiàn)有技術(shù)的壓力傳感器并與第1級(jí)液壓控制器聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)?shù)?級(jí)螺母與第1級(jí)推桿限位器接觸時(shí)，壓力傳感器通過(guò)壓力變化與第1級(jí)液壓控制器聯(lián)動(dòng)，第1級(jí)液壓控制器控制壓力油處于保壓自鎖狀態(tài)，確保第2級(jí)推桿的穩(wěn)定。此時(shí)，第2級(jí)推桿運(yùn)動(dòng)到第2級(jí)推桿控制器的輸出端，從而啟動(dòng)第2級(jí)推桿控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)第2級(jí)推桿轉(zhuǎn)動(dòng)。第2級(jí)推桿控制器可采用現(xiàn)有技術(shù)的大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以確保對(duì)第2級(jí)推桿的可靠驅(qū)動(dòng)。第2級(jí)推桿的一端通過(guò)軸承與第1級(jí)螺母連接，從而使第2級(jí)推桿能通過(guò)軸承相對(duì)第1級(jí)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，不影響第1級(jí)螺母的穩(wěn)定性。第2級(jí)推桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，使第2級(jí)螺母沿第2級(jí)推桿的軸向運(yùn)動(dòng)。第2級(jí)螺母和第2級(jí)推桿的傳動(dòng)方式與第1級(jí)螺母和第1級(jí)推桿的傳動(dòng)方式相同，此處不再贅述。第2級(jí)螺母運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)第3級(jí)推桿同步運(yùn)動(dòng)，從而將第3級(jí)推桿的末端伸出推桿外殼。與此同時(shí)，第2級(jí)液壓控制器可采用現(xiàn)有技術(shù)液壓油缸，在第2級(jí)推桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，第2級(jí)液壓控制器控制第2級(jí)活塞桿同步伸出。第2級(jí)推桿控制器上可設(shè)置與第2級(jí)液壓控制器聯(lián)動(dòng)控制的壓力傳感器，通過(guò)壓力變化控制第2級(jí)液壓控制器保壓自鎖，從而確保第3級(jí)推桿的穩(wěn)定。底部吊環(huán)隨第3級(jí)推桿同步伸出后能通過(guò)底部吊環(huán)的開口處鉤掛在鋼筋籠的鋼筋上。插銷電動(dòng)控制器可采用現(xiàn)有技術(shù)的小型電機(jī)，鋼絲繩能繞置在插銷電動(dòng)控制器的輸出軸上。在插銷電動(dòng)控制器控制其輸出軸正反轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可將鋼絲繩繞置在輸出軸上用于收起鋼絲繩，也可將鋼絲繩放出。插銷電動(dòng)控制器通電并啟動(dòng)，鋼絲繩被放出，吊環(huán)插銷伸出推桿外殼并插接在底部吊環(huán)的開口處，閉合底部吊環(huán)，防止底部吊環(huán)與鋼筋籠的鋼筋脫離。最后，通過(guò)頂部吊環(huán)連接至吊車，即可通過(guò)本裝置吊裝下放鋼筋籠。當(dāng)混凝土澆筑至樁頂時(shí)，反向轉(zhuǎn)動(dòng)插銷電動(dòng)控制器使吊環(huán)插銷與底部吊環(huán)脫離，從而能將底部吊環(huán)從鋼筋籠上卸下，實(shí)現(xiàn)本裝置與鋼筋籠的分離，使本裝置能應(yīng)用于下一套鋼筋籠的施工。

本裝置使用完畢后，可通過(guò)第2級(jí)推桿控制器的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使第2級(jí)螺母沿第2級(jí)推桿的軸向反向運(yùn)動(dòng)回到初始位置，從而帶動(dòng)第3級(jí)推桿的回收，第2級(jí)液壓控制器控制第2級(jí)活塞桿同步收回。再通過(guò)電動(dòng)控制器的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，使第1級(jí)螺母沿第1級(jí)推桿的軸向反向運(yùn)動(dòng)回到初始位置，第1級(jí)液壓控制器控制第1級(jí)活塞桿同步收回，從而帶動(dòng)第2級(jí)推桿的回收，將三級(jí)伸縮桿組件回收到推桿外殼內(nèi)，便于收納和運(yùn)輸。

3 操作方法

頂部吊環(huán)固定安裝在控制盒的頂部，用于與吊車的連接，控制盒內(nèi)設(shè)電動(dòng)控制器及插銷電動(dòng)控制器。推桿外殼連接在控制盒的底部，三級(jí)伸縮桿組件、鋼絲繩圈和鋼絲繩均安裝在推桿外殼內(nèi)，且三級(jí)伸縮桿組件的一端與電動(dòng)控制器的輸出端連接，使三級(jí)伸縮桿組件通過(guò)電動(dòng)控制器伸縮。底部吊環(huán)設(shè)置在三級(jí)伸縮桿組件的末端并與三級(jí)伸縮桿組件同步伸縮，從而實(shí)現(xiàn)吊筋長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)，以滿足不同的施工要求。底部吊環(huán)為開口環(huán)結(jié)構(gòu)，吊環(huán)插銷與底部吊環(huán)的開口端匹配插接，使底部吊環(huán)和吊環(huán)插銷形成能連接鋼筋籠的閉口吊環(huán)結(jié)構(gòu)，用于與鋼筋籠的快速連接鎖定和拆卸。插銷電動(dòng)控制器的輸出端通過(guò)鋼絲繩圈與鋼絲繩的一端連接，吊環(huán)插銷連接在鋼絲繩的另一端，使吊環(huán)插銷通過(guò)插銷電動(dòng)控制器經(jīng)鋼絲繩伸縮，便于吊環(huán)插銷的長(zhǎng)度控制，使其能與底部吊環(huán)配合使用。

三級(jí)伸縮桿組件包括第1級(jí)推桿、第1級(jí)螺母、第2級(jí)螺母、第2級(jí)推桿、第3級(jí)推桿、第1級(jí)推桿限位器和第2級(jí)推桿控制器。第1級(jí)推桿的一端與電動(dòng)控制器的輸出端連接并同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第1級(jí)推桿為螺桿結(jié)構(gòu)并與第1級(jí)螺母通過(guò)螺紋匹配旋接，使第1級(jí)螺母能沿第1級(jí)推桿的軸向運(yùn)動(dòng)。第1級(jí)推桿限位器固定安裝在推桿外殼內(nèi)，且第1級(jí)推桿限位器位于第1級(jí)推桿的另一端端部，用于限制第1級(jí)螺母的行程。第2級(jí)推桿的一端通過(guò)軸承連接在第1級(jí)螺母的一側(cè)端面上，使第2級(jí)推桿能與第1級(jí)螺母同步運(yùn)動(dòng)且通過(guò)軸承相對(duì)第1級(jí)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)。第2級(jí)推桿控制器固定安裝在推桿外殼內(nèi)。第2級(jí)推桿的另一端與第2級(jí)推桿控制器的輸出軸同軸連接并同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第2級(jí)推桿為螺桿結(jié)構(gòu)并通過(guò)螺紋與第2級(jí)螺母匹配旋接，使第2級(jí)螺母能沿第2級(jí)推桿的軸向運(yùn)動(dòng)。第2級(jí)推桿控制器的輸出軸優(yōu)選為套筒結(jié)構(gòu)，使第2級(jí)推桿能貫穿第2級(jí)推桿控制器的輸出軸，不影響第2級(jí)推桿沿軸向的運(yùn)動(dòng)。第3級(jí)推桿的一端連接在第2級(jí)螺母的一側(cè)端面上，使第3級(jí)推桿能與第2級(jí)螺母同步運(yùn)動(dòng)。底部吊環(huán)安裝在第3級(jí)推桿的另一端，用于與鋼筋籠連接。

4 技術(shù)效果

在杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目樁基工程及基坑圍護(hù)鉆孔灌注樁排樁施工過(guò)程中，均可使用本裝置代替吊筋周轉(zhuǎn)使用，節(jié)約大量鋼筋，同時(shí)能節(jié)省吊筋加工制作與焊接的人工成本，以及電焊條和焊機(jī)等的投入成本。另外，還避免了人工割除吊筋環(huán)節(jié)，提高基坑開挖效率，極大地降低了施工成本。

5 成果價(jià)值分析

目前，城市建筑群中有95%的建筑基礎(chǔ)工程均采用樁基礎(chǔ)，基坑圍護(hù)形式大多采用圍護(hù)排樁＋止水帷幕。本裝置采用電動(dòng)液壓控制原理，構(gòu)造簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高。只要涉及鉆孔灌注樁鋼筋籠吊裝均可投入使用，應(yīng)用前景十分廣泛。

以杭州蕭山國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期項(xiàng)目樁基工程為例，本工程鉆孔灌注樁共計(jì)10 600根，吊筋平均長(zhǎng)度為8 m，每根鉆孔灌注樁需2根吊筋，共計(jì)需吊筋267 t，按照鋼筋市場(chǎng)價(jià)格4 000元/t計(jì)算，共計(jì)約1 070 000元。同時(shí)，吊筋的加工制作與焊接共計(jì)約130 000元，電焊條及焊機(jī)的投入預(yù)計(jì)約30 000元，因此共計(jì)需要成本1 230 000元。如果投入使用該裝置，每臺(tái)設(shè)備預(yù)計(jì)50 000元，共計(jì)投入4臺(tái)，需200 000元，故可節(jié)約成本1 030 000元，成果轉(zhuǎn)化價(jià)值非常高。

6 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)可周轉(zhuǎn)使用電動(dòng)液壓伸縮桿吊筋裝置的使用原理及操作方法進(jìn)行了介紹，并以實(shí)際工程中的應(yīng)用證明其在施工過(guò)程中的可行性及適用性。該裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，安全可靠，能保證成樁質(zhì)量，且節(jié)約了大量的人力、材料、機(jī)械，提高了施工效率，降低了對(duì)周邊環(huán)境的影響，尤其在機(jī)場(chǎng)不停航施工中意義重大，得到了業(yè)內(nèi)人士的一致認(rèn)可和好評(píng)，為后續(xù)樁基工程提供了借鑒和參考。