超深地連墻鋼筋籠吊裝設計分析與實踐

沈杰超 張國亮 蔡 靖 陳云峰

(1.浙江工業大學工程設計集團有限公司，浙江 杭州 310014； 2.浙江績豐巖土技術股份有限公司，浙江 杭州 310013)

1 工程概況

本工程位于杭州錢塘江沿岸，項目為地鐵項目的大小盾構井轉換井。風井圍護墻采用1 000 mm～1 200 mm地下連續墻，地連墻墻深均為61.2 m，地連墻接頭形式為H型鋼。該項目最重的一字幅鋼筋籠重達91.5 t，本文對最重的鋼筋籠進行吊裝方案設計并展開論證。

2 鋼筋籠吊裝方案設計與論證

2.1 總體吊裝方法與工況分析

2.1.1 總體吊裝方法

該項目連續墻深度均為61.2 m，單個鋼筋最重為幅寬5.6 m V字幅，籠長61.15 m，籠重為91.5 t。擬采用分截起吊對接入槽即分節吊裝法施工，將鋼筋籠分段為上段42.15 m，重約73.8 t，下段19 m，重約17.7 t。采用主吊400 t+副吊180 t雙機十八點抬吊，起吊時使吊鉤中心與鋼筋籠重心相重合，保證起吊平衡，并在空中回直，分兩節入槽的方法吊裝。

吊裝時先吊裝下段鋼筋籠，起吊過程中主鉤起吊鋼筋籠頂部，副鉤同時起吊鋼筋籠中下部，緩慢吊離地面，主鉤緩慢提升，改變鋼筋籠角度，使其逐漸垂直。然后去掉180 t副吊，400 t主吊將鋼筋籠移到槽段邊緣，鋼筋籠吊入槽內，用鋼梁挑住暫擱在導墻上，然后吊裝上段鋼筋籠。上段鋼筋籠在自然垂直狀態下對準下段鋼筋籠，緩慢下放上段鋼筋籠，使各組縱向主筋配對理順，對鋼筋籠四周有對接限位標志的幾組縱向主筋擰緊接駁器。重新拎起鋼筋籠，使上下段鋼筋籠呈自然垂直狀態，對其余各組縱向主筋擰緊接駁器，完善導管插入通道與導管導向筋，補焊水平鋼筋、保護層墊塊，焊接接頭工字鋼。最后將對接成整幅的鋼筋籠下放入槽，下放導管準備澆筑混凝土。

2.1.2 吊裝工況分析

本次鋼筋籠吊裝主要分5個吊裝工況，經4次吊鉤轉換后入槽，每個工況下主副吊車受力各不相同。

1)工況一：雙機十八點抬吊(上段73.8 t)。該工況下(見圖1)，此時鋼筋籠的重量由主吊、副吊同時承擔，結合吊點設置及受力分析，計算主副吊車的受力情況。

鋼筋籠吊點布置的原則是使得鋼筋籠受到的彎矩最小，根據彎矩平衡定律[1]，計算如下(見圖2)。

計算分析如下：

其中，q為均布載；M為彎矩。

又2L1+5L2=42.15 m;因此L1=2.6,L2=7.4。

由此計算分析可以計算出鋼筋籠的吊點布置位置，吊點位置為：

籠頂下1.4 m+8.5 m+8.5 m+7.15 m+7 m+7 m+2.6 m=42.15 m，重心距籠頂約21.1 m。

根據起吊時鋼筋籠平衡得：

2T1+2T2=73.8 t

(1)

T1×1.4+T1/2×9.9+T1/2×17.4+T2×
25.55+T2/2×32.55+T2/2×39.55=73.8×21.1

(2)

由以上式(1),式(2)得：T1=16.26 t；T2=20.64 t。

平抬鋼筋籠時主吊起重量為32.52，副吊起吊重量為41.28 t，因此為使得副吊吊重相對較小，可以適當調整吊點位置，以利于減小副吊吊重。

2)工況二[2-4]：鋼筋籠轉體至垂直(上段73.8 t)。該工況下(見圖3)，為副吊的最大受力工況，受力為73.8×60%=44.28 t，而此時吊點總數為18點。

3)工況三：鋼筋籠垂直運送至槽段(上段73.8 t)。

該工況下進行第一次吊點轉換(見圖4)，即副吊脫離吊裝過程，吊點個數由18點轉換為9點。此時，由主吊9吊點完全承擔整個鋼筋籠的重量，并通過施工道路將鋼筋籠垂直運送至相應槽段。在該工況下，需要考慮行走狀況下吊裝驗算，吊車吊重(鋼筋籠重+吊具重)不得超過最大設計吊重的70%。為確保鋼筋籠運輸安全，同時獲得吊車最大起重量，需要將吊車的回轉半徑控制在最小值。

4)工況四：上、下兩段鋼筋籠對接(鋼筋籠總重91.5 t)。在該工況下(見圖5)，上下兩段鋼筋籠在槽段口進行對接，對接完畢后繼續下放鋼筋籠。此時主吊受到的總重量為上下段鋼筋籠及吊具重量之和，即95.5 t。該工況下，若鋼筋籠下放順利，則下段鋼筋籠已進入槽段內，泥漿對鋼筋籠的浮力未計算在內，且吊車處在非行走狀態，吊車吊重控制在設計最大值之內。

考慮到實際施工中有可能需要將鋼筋籠提升后重新下放。此時，一方面鋼筋籠提升時，吊車不僅需要承受鋼筋籠的重量，還要考慮到槽段側壁對鋼筋籠的摩阻力；而重新下放鋼筋籠時，有可能出現往下的沖擊力；因此在考慮鋼筋籠整體下放時，考慮了1.1的動力系數。

5)工況五：鋼筋籠對接后整體下放時的吊點轉換。

該工況下，鋼筋籠逐漸下放，當鋼筋籠下放到吊點4位置時，需進行第二次吊點轉換，即卸下吊點4處吊具；當繼續下放到吊點3位置時，進行第三次吊點轉換，將吊點移動至上方吊點2位置；當鋼筋籠繼續下放到吊點2位置時，進行第四次吊點轉換，即移動吊點至吊攀1位置，吊點轉換及吊點數量如圖6吊點轉換示意圖。因此，在進行吊點受力計算時，最不利工況為6個吊點。

2.2 設計計算

吊裝方案設計計算內容主要是吊裝機械的選擇與驗算、鋼筋籠吊點布置、施工用筋布置、鋼絲繩驗算、地基承載力驗算等。

1)吊機選擇與吊重驗算。

該項目鋼筋籠吊裝采用18點雙機抬吊法起吊，鋼筋籠采用分節吊裝，吊車選用主吊400 t和副吊180 t，主副吊機驗算時，需要注意以下幾個方面的內容:

最大吊重應分別考慮主副吊機在最不利工況下的荷載；考慮吊車負荷行走；考慮一定的動力(阻力)系數。

本吊裝方案設計中對主吊的驗算，考慮了兩種不利工況組合。一是主吊最大負荷行走，即吊車負荷77.8 t(含吊具4 t)，吊車行走時安全折減系數0.7；二是主吊不行走時最大吊重95.5 t(上、下兩段鋼筋籠對接后)，此時考慮了實際施工時鋼筋籠無法順利下放這一不利工況，因此考慮鋼筋籠需重新提升時槽段對鋼筋籠的側阻力，取動力(阻力)系數1.1。

2)焊縫驗算。

施工各節點焊接要求必須滿足規范要求[5,6]。實際施工中，需考慮操作的可行性，難免出現焊接部位單面焊，因此計算擱置鋼板、吊點鋼筋、吊點鋼板等部位時需按單面焊縫進行計算復核；同時，施工中難免出現焊縫質量偏差，焊縫設計需留一定的安全余量，本次方案設計焊縫安全系數為1.5。

2.3 方案論證與建議

該項目經方案論證專家組評審，主要提出了以下幾點建議：

1)考慮到鋼筋籠吊裝施工的便利，可根據鋼筋籠規格重量的不同，分別進行吊裝設計，以方便實際施工；

2)主吊最大吊重需要考慮上、下兩段鋼筋籠對接后的工況，尤其是遇到鋼筋籠難以下放的情況，并考慮一定的動力系數；

3)鋼筋籠吊裝不僅需要進行吊機起吊能力、吊點鋼筋受力、吊具受力等主要部位的驗算，同時也需要重視主要受力點焊縫的驗算。

3 鋼筋籠吊裝施工實踐

3.1 合理安排地連墻首開與閉合幅

如圖7所示，地下連續墻首開幅鋼筋籠必須在鋼筋籠兩端設置止水板，即H型鋼接頭；連接幅是在鋼筋籠的一側設置H型鋼接頭；而閉合幅是與兩個已完成的地連墻連接，無需在閉合幅鋼筋籠設置H型鋼接頭。

結合地下連續墻鋼筋籠籠重進行分析，鋼筋籠重量可以分為H型鋼接頭重量和鋼筋籠結構自身重量。該項目中采用的地連墻鋼筋籠最重為91.5 t，若將其設置為首開幅，則鋼筋籠總重91.5 t；若將其設置為閉合幅，則無需設置H型鋼接頭，鋼筋籠重量可減輕至74 t(扣除2個H型鋼接頭約17.5 t)。

實際施工過程中通過合理安排首開幅、連接幅和閉合幅來調整鋼筋籠重量，以降低鋼筋籠實際吊重，達到降低風險、提高吊裝安全系數的目的。

3.2 合理設置吊點鋼筋與吊點數量

結合地下連續墻分幅與鋼筋籠重量計算分析，鋼筋籠最輕的僅46.1 t，而最重的鋼筋籠重91.5 t。吊裝設計方案中，一般僅考慮了最重的鋼筋籠的吊裝，本次吊裝設計方案鋼筋籠重91.5 t(吊具重達4 t)，那么對于重50 t的鋼筋籠采用91.5 t的吊裝方案顯然是不合理的。為便于施工，節約材料，實際施工時對不同重量區間的鋼筋籠分別進行吊裝設計。通過合理選擇吊具，合理配置吊點鋼筋，適當減少吊點數量以便于實際施工。

4 結語

1)超深超重地連墻鋼筋籠吊裝設計時，需重點對吊點鋼筋、擱置鋼板等部位的受力情況進行分析設計，同時不能忽視這些部位的焊縫情況；避免出現總體吊裝滿足要求，而焊縫等細微環節出現問題。

2)鋼筋籠吊裝設計時，需根據吊裝方法、吊裝工況的不同，分別進行工況分析，以確定最不利工況；不同環節的受力分析，其最不利工況也可能不同。

3)對于H型鋼接頭的地連墻，H型鋼重量占比較大，實際施工過程中通過合理安排首開幅、連接幅和閉合幅來調整鋼筋籠重量，以降低鋼筋籠實際吊重。

4)同一地連墻項目，若鋼筋籠重量相差較大，實際施工時宜根據不同重量區間分別進行吊裝驗算，以便于吊裝作業；通過合理選擇吊具，合理配置吊點鋼筋，適當減少吊點數量以便于施工。