裝配式步道及扶梯吊裝吊具選擇與施工研究

李春塔

（福建省永泰建筑工程公司廈門分公司）

0 引言

近年來，隨著城市的迅速發展，為促進生態環保和低碳節能，裝配式技術被越來越多地運用到建設城市山體步道項目中。其中涉及到的預制構件及自動扶梯等大件設備的吊裝對吊裝要求較高。為避免吊裝施工過程中由于吊具選擇失誤而導致工期拖延甚至事故的發生，已有部分學者針對吊具選擇和吊裝施工方案展開研究，如余桂亮（2014）[1]依托武鋼冷軋工程實例對牌坊的吊裝工程施工展開研究，計算行車及吊裝工具的承受荷載，并分析吊裝的實施過程，確保了施工安全。王志勇等（2017）[2]通過對水電站金屬結構安裝大件吊裝常涉及的吊耳、鋼絲繩、卸扣等吊具的選擇及受力分析方法展開研究，認為應基于工作環境，充分考慮吊具使用場合和技術要求，經過檢算后才確定吊裝方案。李凡等（2021）[3]結合金安金沙江大橋工程，對非對稱鋼桁梁節段吊具的結構和吊點設計展開分析與計算，以確定采用荷載可分配式吊具，施工實踐表明能夠滿足鋼桁梁吊裝需求。吊裝施工方案方面，李建軍等（2017）[4]結合實際工程案例，對既有線扶梯吊裝施工方案展開研究，并結合吊裝過程力學計算提出臨近既有線安全措施。李卓文等（2020）[5]基于某大型城市綜合體大跨度自動扶梯工程，重點探討了自動扶梯的吊裝工藝，并總結出一些施工建議。甕松峰等[6]也針對類似吊裝工程吊具的選擇以及施工要點進行了相關研究。盡管關于這方面的研究成果較多，但未見涉及城市山體步道吊裝施工可供借鑒的工程案例研究成果。

為此，本文以廈門市植物園南門入口區步道及扶梯工程為例，基于工程環境、結構設計、施工條件等特點，經檢算吊裝吊具的安全性以確定吊具設備，并重點分析臺階步道以及自動扶梯吊裝施工要點及關鍵技術，總結出一些對類似工程在吊具選擇及施工方面具有參考價值的結論。

1 工程概況

1.1 工程簡介

廈門市思明區植物園南門入口區步道及扶梯工程主要由臺階步道與自動扶梯組成，其中臺階步道串聯7個建筑平臺（1#～7#），包含A～F 共6 段，步道全長333.1m，垂直高差97.5m，凈寬3m，全寬3.4m，荔枝面花崗巖鋪裝；自動扶梯工程包括1#～6#扶梯。項目總體效果圖如圖1 所示。

圖1 項目總體效果圖

1.2 工程地質概況

工程所屬區域西北側為東宅山及后厝山，東南側地形較低洼，區域地勢整體呈西北向東南傾斜，場地地貌單元總體屬丘陵地貌。工程坡腳附近為東宅坑水庫、廈門大學學生公寓和種植地、空地、拆遷廢墟，爬升至植物園內部萬石路。沿線植被發育，樹木茂盛，自然山坡整體坡度在50°以內，部分區域較陡，坡體自上而下主要以雜填土、砂礫狀強風化花崗巖、碎塊狀強風化花崗巖及中風化花崗巖為主，坡面上到處分布大小不一的滾石、孤石，屬巖土復合型山坡。

1.3 結構設計概況

步道設計采用預制裝配式結構，梯道、平臺板、橫梁等構件均在工廠預制，再運輸至施工現場后吊裝。梯道主要分為上部和下部結構，上部采用鋼筋混凝土梁板式結構，下部為鋼筋混凝土矩形立柱接擴大基礎。

⑴上部結構：采用鋼筋混凝土梁板式結構，于步道兩側設置兩根縱梁，縱梁寬0.45m，高0.5m，步道板厚0.15m。臺階步道每級臺階高0.15m，寬0.3m，每個梯段踏步不超過15 級，梯段間設置緩步平臺，緩步平臺深度不小于2m，改向平臺深度不小于3m。

⑵下部結構：采用鋼筋混凝土矩形立柱接擴大基礎，橫向布置兩根立柱。當立柱截面尺寸為0.4×0.4m時，基礎采用1.5×1.5m 的擴大基礎，基礎高0.7m；當立柱截面尺寸為0.7×0.4m 時，基礎采用2.0×1.5m 的擴大基礎，基礎高0.7m。

提取臺階步道各預制結構和扶梯結構中最重及最遠吊裝構件參數匯編分別如表1 和表2 所示。

表1 最重吊裝預制構件參數

表2 最遠吊裝預制構件參數

1.4 技術難點分析

該工程跨度大、吊裝構件重量較重、施工部位高，梯道預制構件就位及如何保證吊裝安全是本工程的主要施工重難點。不僅如此，工程涉及的預制構件運輸為超限運輸，構件超寬超長，運輸困難；高空施工面條件有限，施工難度大，危險性大。

2 吊裝用具的安全性計算與選擇

為確保吊裝吊具選用方案的安全合理性，應對其是否滿足規范要求展開計算。

2.1 履帶吊選型及地基承載力計算

2.1.1 履帶吊選型計算

⑴最重預制梯道AT-1L

以A 段梯道最重預制梯道AT-1L 為例進行驗算，構件重量為14.716t，吊裝距離14m，采取4 點吊裝。（預制平臺板及橫梁吊裝參照驗算）。

吊裝重量Gj=KG0⑴

式中：

G0——被吊物重量，梯道重量14.716t+鋼絲繩、吊鉤、風荷載等重量1.670t=16.386t；

K——動載系數，取1；吊車自身起重已考慮安全系數及動載系數。

由此可以計算出Gj=1×16.386=16.386t。

吊裝最大高度H 為起重機的起重高度（從停機面算起至吊鉤），取1.081m；工作半徑R 為吊點至履帶吊中心距離，取14m。吊重以不超過所允許起重量的85%進行控制，吊裝作業需求與選用的吊裝設備性能比較見表3，可知100t 履帶吊滿足要求。

表3 吊裝作業需求與100t 履帶吊性能對比

⑵最遠預制梯道CT-5L

以C 段梯道最遠預制梯道CT-5L 為例，結合公式⑴，性能比較見表4，可知100t 履帶吊滿足要求。

表4 吊裝作業需求與100t 履帶吊性能對比

⑶最遠預制縱梁3#KL1-3L

以3#扶梯最遠預制縱梁3#KL1-3L 為例進行驗算，結合公式⑴，性能比較見表5，可知100t 履帶吊滿足要求。

表5 吊裝作業需求與100t 履帶吊性能對比

綜上可知，最終選用100t 履帶吊進行預制構件及扶梯設備吊裝滿足要求。

2.1.2 履帶吊地基承載力

履帶吊為左右雙排支腿，以極限狀態受力分析可得，吊裝過程對地面的最大壓強為全部荷載偏心在單側支腿上，受力側的單個支腿最大受力為整臺吊車重量的一半，即單個支腿最大承載力為147.358t，其受力作用面積S 為9m，可得履帶吊不利的情況下對地面的壓強為160.5kPa，滿足吊裝要求。

2.2 吊裝鋼絲繩計算與選擇

通過對每根鋼絲繩所受的拉力P 和鋼絲繩的鋼絲破斷拉力S0展開計算，可得，P=56.7kN，S0=484kN。最終以6×37+1 鋼絲繩作為吊裝鋼絲繩，根據鋼絲繩最小破斷拉力，經查表選取公稱抗拉強度1470MPa、直徑Φ36鋼芯鋼絲繩。

2.3 卷揚機選型及基礎計算

2.3.1 卷揚機牽引鋼絲繩計算

輪胎與地面的摩阻系數按照舊輪胎（0.090）考慮，沿著便道的總下滑力Q 為92kN；繞出繩頭的拉力S=0.52Q（含滑車摩阻力），可得S=47.84kN，10t 卷揚機的額定牽引力為100kN，安全系數為2.09，故能滿足要求。計算鋼絲繩容許拉力可得Fg為282kN，經查《建筑施工計算手冊》[7]表14-4 可知，10t 卷揚機選用6×19 鋼絲繩直徑24.5mm，鋼絲直徑1.6mm，鋼絲繩公稱抗拉強度1400N/mm2，破斷力總和320.5kN，可以滿足要求。

2.3.2 卷揚機錨固件及導向輪基礎驗算

卷揚機額定牽引力100kN，導向角大于120°導向滑車系數為1.0，導向滑車受壓力100kN。設置2 個導向輪，鋼絲繩出繩與回繩各1 個，采用獨立基礎1m×1.5m×0.5m，基地壓力為134kPa，基底土層為砂礫狀強風化花崗巖，地基承載力特征值450kPa，滿足要求。

據《建筑樁基技術規范》[8]，土層以砂礫狀強風化花崗巖考慮，基樁抗拔極限承載力標準值T=353.25kN，則基樁抗拔承載力N=225.7kN，安全系數K=225.7/100=2.26，故樁基抗拔承載力滿足要求。預埋工字鋼剪應力為34MPa，遠小于I25a 的受剪承載力。

綜上可知，卷揚機基礎設計及預埋型鋼能夠滿足使用要求。

3 裝配式步道及扶梯吊裝施工方案

預制梁、板、柱及扶梯設備采用20t 吊汽車吊卸車，預制梯道采用35t 履帶吊卸車。在待安裝梯道北側設置臨時便道，供履帶吊和拖拉平板車行駛，采用3 臺100t履帶吊進行吊裝，吊裝工藝流程圖見圖2。

圖2 吊裝施工工藝流程圖

其中，臺階步道在橫梁與梯道或平臺連接時，應將梯道或平臺的預留孔洞與梁頂的預埋螺栓對位，正式對位后灌漿固定。柱頂與橫梁連接也采用同樣的方法。

3.1 預制構件運輸

將預制梯道、預制平臺板、預制橫梁、預制扶梯縱橫梁、扶梯設備分節段分部運輸。構件運輸工具為重型牽引平板車，既要滿足沿途橋梁和道路的軸載要求，同時也要滿足運輸過程中的機動性要求。工程選用4 臺斯太爾王320 馬力牽引車同時配備與構件相匹配的平板車作為載運工具。

構件運輸裝車時，將枕木放置于構件下方防止運輸過程中構件變形。為防止構件側向移動，還應在構件兩側與車箱之間加焊連接板，使構件固定在車廂上不能產生位移，然后將構件用倒鏈與車廂綁緊。

3.2 預制構件場內倒運

預制梯道、預制平臺板、預制橫梁等預制構件采用平板車運輸至1#平臺附近，由吊車卸車后存放在1#平臺臨時堆場。

根據現場情況，施工便道由1#平臺附近的壩體修筑至7#平臺，在1#平臺設置構件臨時裝卸及堆放平臺。在2#、4#、5#、7#平臺分別設置1 臺10t 卷揚機，為平板車提供動力，并設置不小于12m×12m 調轉平臺（見圖3），用于平板車調轉行進方向，在調轉平臺通過換鉤方式，將鄰近下一平臺的卷揚機滑車組掛鉤掛到平板車耳板上，進行下步拖拉至該鄰近平臺，依此類推，一直將板車拖拉至相應位置，如圖4 所示。

圖3 平板車調轉示意圖

圖4 構件運輸工作圖

3.3 綁扎

吊點采用吊索具與預埋件固定，不設置吊耳。暗埋吊點在構件工廠預制時已安裝預埋件，吊裝脫模預埋件規格為M20，L=150mm。梯道、平臺板以及橫梁吊點立面示意圖見圖5。

圖5 吊點立面示意圖

每一連接處鋼絲繩夾的最少連接數量不得少于4個，每個節點間距8～10cm。繩夾在實際使用中受荷1～2 次后螺母應進一步擰緊。鋼絲繩夾布置示意圖如圖6所示。

圖6 鋼絲繩夾布置示意圖

3.4 現場吊裝順序

所有構件在吊裝前應做好吊裝記號，并制定吊裝順序計劃。在構件吊裝時，履帶吊站立于各平臺附近，由西向東進行吊裝，整體吊裝順序為：F 段→E 段→D 段→C段→B 段→A 段。

3.5 吊裝施工

首先確定履帶吊在作業半徑內的站位，接好主吊臂。選用一彎二股的鋼絲繩吊索，套連環節，吊鉤處采用雙套結。構件一側綁扎后通過吊鉤，再由吊鉤至吊點，依次綁扎。

采用低位試吊的方法來逐步找到重心，確定吊點的綁扎位置，吊裝過程應保持吊鉤處在垂直狀態。在待吊物兩端頭各綁一根牽引繩（麻繩或棕繩）牽引來防止吊裝過程失穩。

構件起吊時，應在整體構件離地面300mm 時停車靜置。檢查構件的平穩度是否符合組裝的要求，并對吊車的性能及各項指標進行全面檢查和核實，觀察承壓地面是否存在下沉跡象、各條鋼絲繩受力是否均衡、是否能滿足載荷要求。

在構件起重吊裝前，先仔細復核標高。待確認無安全隱患后正式起吊至安裝位置上方，調整位置，然后慢慢松鉤放至指定位置。起重工指揮吊車垂直將構件起吊至約高于就位點標高500mm 后回轉至安裝位置上空，就位后由施工人員將構件進行臨時固定后吊車落索。

構件提升或下降過程中應保持勻速進行，嚴禁急剎車，吊臂旋轉、變幅時應緩慢起步。搭接處的平整度可采用臨時卡板控制，使其平直度偏差在允許范圍內。待構件拼接完成，檢查確認后，才松開鋼絲繩，撤走履帶吊。

4 結論及建議

針對廈門市植物園南門入口區臺階步道及扶梯吊裝工程的吊具選擇以及施工展開研究，施工實踐表明，該裝配式吊裝工程的吊具選型與施工方案合理可靠，施工進度快，結構穩定，同時改善了作業環境，可為今后類似工程施工提供借鑒。