超深地下连续墙钢筋笼制作与吊装技术

李少利

(中铁隧道集团三处有限公司，广东深圳 518052)

0 引言

随着社会生产力的发展，城市建设规模不断扩大，深基础工程越来越多，施工条件也越来越受到周围环境的限制，部分深基础工程已经不能再用传统的方法进行施工。如地铁车站深基础工程平面尺寸大、基坑开挖深、水文地质条件差、环境保护要求高，若采用钢板桩、灌注桩或搅拌桩等支护结构，难以保证工程自身和周围环境的安全，只有采用地下连续墙施工方法［1］。根据功能需求和地质条件的特殊性，超深地下连续墙钢筋笼制作与吊装决定着后续工艺能否顺利开展，要求工程界对此进行深入研究。

李伟［2］在介绍55 m超深地下连续墙的施工技术中，将重量达到475 kN的钢筋笼分为3节制作，采用主吊320t、副吊150t的履带吊车，空中搭接焊接，分段钢筋笼采用钢板制作的铁扁担搁置在导墙上。程瑞明［3］在阐述76.6 m穿黄工程北岸竖井的围护结构超深地下连续墙中，将钢筋笼分为3节分别制作，所用吊车为1台250 t履带吊和1台100 t履带吊，用型钢插在吊点钢板下面，将钢筋笼架立在导墙上，定位后采用钢筋接驳器连接主筋、焊接箍筋、连接预埋管等。

张志威［4］、奥海波［5］、葛汉清［6］、秦鹏等［7］结合地下连续墙施工，介绍在保证吊装长大钢筋笼和接头桩的安全性、可靠性、使被吊物体不发生弹性变形和降低抗弯强度的情况下，选择起重设备、确定吊点位置、配备吊具，并介绍接头桩、钢筋笼的吊装过程及注意事项。赵兴波等［8］通过对钢筋笼吊装进行有限元建模计算分析，确定施工参数，指导现场施工。

对比上述工程，天津文化中心交通枢纽地铁工程超深地下连续墙钢筋笼最大重量达到了880 kN，分段钢筋笼制作精度、空中连接方法以及在特定工程环境下的吊装安全性控制都将有所不同。本文通过天津文化中心交通枢纽地铁工程超深地下连续墙钢筋笼的制作与吊装技术的介绍，对以上问题进行深入的研究。

1 工程概况

天津文化中心交通枢纽工程地铁Z1线为负3层3跨结构，基坑开挖深26 m，宽25.7 m，采用地下连续墙作为围护结构。地下连续墙厚1 m，最大墙深67 m，在天津属于首次进行如此深的地下连续墙施工，在国内也名列前茅。钢筋笼存在大量的Z型、T型、V型、L型、Y异型幅。钢筋笼制作与吊装采用了“二段制作、二段吊装，空中对接、一次就位”的施工工艺。

该工程地下连续墙钢筋笼标准幅宽6 m，长64 m，鉴于Z1线钢筋笼较长，其钢筋笼分2段制作和吊装。其中钢筋笼最长段为34 m，重量达到450 kN(含接头工字钢和接驳器重量)，吊具安全核算将按长度为34 m最重的钢筋笼进行。

2 超长钢筋笼制作

钢筋笼按设计要求加工制作，在场地内设16号槽钢拼装而成的钢筋笼加工平台。钢筋笼制作前应核对单元槽段实际宽度与成型钢筋尺寸，无差异才能上平台制作。地下连续墙主筋及加劲箍筋为HRB335级、HRB400级，箍筋为HPB235级。为保证钢筋笼在起吊过程中具有足够的刚度，采用增设纵、横向钢筋桁架及主筋平面上的斜拉条等措施。

钢筋笼主筋(＜φ28)接头采用“预热－闪光焊”，钢筋连接接头应相互错开，在同一截面内的接头面积百分率:绑扎连接不宜大于50%，焊接连接不应大于50%。

钢筋笼主筋(≥φ28)接头采用机械连接，钢筋应严格按有关规定及标准要求进行除锈。钢筋下料准确，切断钢筋严禁采用气割方法，保证钢筋的搭接长度、套筒的连接深度。

施工中为确保开挖后地下连续墙的钢筋预埋件位置正确，在钢筋笼上的预埋件均采用张拉麻线进行定位，并用经纬仪进行核正，各预埋件采用钢丝固定牢固。安放钢筋笼时先测量搁置点、导墙顶的标高，计算出吊筋的长度，确保钢筋笼的位置正确，从而保证各预埋件位置的正确。

地面压接好半个接头的钢筋，应用方木垫好，防止接头部位被磕碰或污染，不得随意蹬踩钢筋或接头。异形槽段钢筋笼在正常钢筋平台上加工，在钢筋笼加工的过程搭设钢管架，增强钢筋笼加工过程中的稳定。为保证钢筋笼的几何位置，根据技术规范和工程经验，制定了超深地下连续墙钢筋笼制作规范(见表1)。

表1 钢筋笼的制作允许偏差Table 1 Allowed error in rebar cage manufacturing

3 连续墙槽孔尺寸控制

在钢筋笼安放过程中，由于成槽垂直度不够、钢筋笼随意吊装等原因，出现了钢筋笼不能下放而需要切割的情况。控制垂直度的措施有:1)在墙体外侧进行加固处理;2)在成槽过程中，进入砂层之前，采用超声波对槽壁垂直度进行检测。若不能满足要求，必须进行修整，提高砂层段垂直度精度。成槽完成后，需再次进行超声波检测槽壁垂直度，确保钢筋笼顺利下放。检测断面包括横向3个断面和纵向两端端头，共5个断面(见图1)。

图1 槽段垂直度检查断面Fig.1 Cross-sections for checking of verticality of diaphragm wall trenches

由于钢筋笼较长且采用刚度较大的工字钢接头，槽壁垂直度判定标准需比规范要求提高，即整个槽壁最大垂直度不超过3‰，局部10 m范围内垂直度不应超过2‰。

4 超长钢筋笼吊装

4.1 吊机选型

对于墙厚1 m的钢筋笼，当钢筋笼完全由主吊吊起时，起吊高度为以下几项相加:1)钢筋笼长度(以最长的钢筋笼计算)34 m;2)扁担下钢丝绳长度(钢丝绳角度以50°计算)=(22－14)/2－0.95=3.05 m;3)扁担以上钢丝绳长度=2.7/2×31/2=2.34，取2.5m;4)吊机吊钩约1m。起吊高度H=34m+3.05m+2.5m+1m= 40.55m。

4.1.1 主吊机选型

主吊机采用400 t履带吊车，当拔杆长取54 m，回转半径为12 m时，提升高度为52.8 m＞40.55 m，最大起重量为963 kN＞450 kN(经对设计图纸计算得到的钢筋笼最大重量)，满足施工要求，所以主吊车选400 t，拔杆长取54 m(见表2)。

表2 CKE4000 400 t履带吊参数Table 2 Parameters of CKE4000 400 t caterpillar crane

4.1.2 副吊机选型

副吊机采用150 t履带吊车，当拔杆取48.75 m，回转半径为12 m时，提升高度为47.08 m＞40.55 m，最大起重量为497 kN＞450 kN(见表3)。

表3 SC1500 150 t履带吊参数Table 3 Parameters of SC1 500 150 t caterpillar crane

4.2 吊具核算

4.2.1 钢丝绳强度验算

4.2.1.1 主吊机扁担上挂钩下钢丝绳验算

见图2。

1)钢丝绳直径为43 mm，查得破断拉力总和p= 975.5 kN，钢丝绳破断拉力换算系数a=0.82，强度储备系数k=5。

2)换算强度S=ap/k=0.82×975.5/5=160 kN。

3)钢丝绳受力(夹角按60°计算)p′=450 kN× 2/31/2/4=130＜S=160 kN。

安全系数F=160/130=1.23，此部位钢丝绳满足要求。

4.2.1.2 主吊机扁担下挂钢丝绳验算

见图3。

1)钢丝绳直径为43mm，查得破断拉力p=975.5kN。

2)换算强度S=ap/k=0.82×975.5/5=160kN。

3)本钢丝绳在钢筋笼立起时受力最大。

4)钢丝绳受力p′=450 kN/4=112.5＜S。

安全系数F=160/112.5=1.42，此部位钢丝绳满足要求。

4.2.1.3 副吊机扁担上吊机挂钩下钢丝绳验算

见图4。

1)副吊机最大起重力计算。经过分析，钢筋笼平放时副吊机受力最大。

2)钢筋笼重量为450 kN。

3)p′=450×80%=360 kN(假定副吊机在最不利情况下承受80%重量)。

4)此部位钢丝绳使用直径为43 mm，换算强度S= 160 kN。

5)钢丝绳受力(夹角按60°计算)p′=360 kN× 2/31/2/4=103.9 kN＜S。

安全系数F=160/103.9=1.54，此部位钢丝绳满足要求。

4.2.1.4 副吊机扁担下钢丝绳验算

见图5。

1)本部位使用的直径为28mm，查得p=414.6kN。

2)换算强度S=ap/k=0.82×414.6/5=68 kN。

3)根据钢丝绳的缠绕方式，设钢丝绳受拉力为p′，由力的平衡:2p′+21/2/2×2p′=180 kN，可求得p′= 52.7 kN＜S。

安全系数F=68/52.7=1.29，此部位钢丝绳满足要求。

4.2.2 主、副起吊扁担验算

本工程主吊机采用800 kN，副吊机采用500 kN的扁担，而钢筋笼最重约为450kN，副吊机在最不利情况下承受80%重量为360 kN，故主、副起吊扁担满足起吊安全的要求。

4.2.3 卸扣验算

由抬吊过程可知，当钢筋笼安全竖起时，对主吊机卸扣来说为最不利情况，此时由4只卸扣承担整幅钢筋笼重量。

本工程主吊机均采用250 kN卸扣，钢筋笼竖起时主吊卸扣为250kN×4=1 000 kN＞450 kN，满足起吊安全要求。

副吊机均采用160 kN卸扣，抬吊过程中160 kN× 4=640 kN＞450 kN×80%=360 kN，满足起吊安全要求。

4.3 接长钢筋笼吊装验算

根据表2的数据，400t吊车在起吊2节钢筋笼时，离槽边最大距离不超过12 m，既满足起重要求，也将满足起吊高度要求。吊装效果如图6所示。

图6 单节钢筋笼准备吊装Fig.6 Hoisting of singe-section rebar cage

2节钢筋笼在孔口连接后的起吊如图7所示。计算过程同前，采用双扁担吊装，其中主扁担承载力为800 kN、副扁担承载力为500 kN，钢筋笼最重约为880 kN，安全系数F达到1 300/880=1.48;扁担上、下的钢丝绳直径尺寸都采用43 mm，主副扁担承担荷载分别为540 kN和340 kN，主扁担钢丝绳安全系数F= 160/(540×2/31/2/4)=1.02，副扁担钢丝绳F=160/ (340×2/31/2/4)=1.60，满足强度设计要求。

图7 2节钢筋笼吊装Fig.7 Hoisting of double-section rebar cage

4.4 起吊的关键安全措施

1)吊钩准确定位，保证起吊过程钢筋笼的平衡，检查吊钩焊接质量。

2)清理钢筋笼体杂物，防止起吊过程中坠落伤人，检查起吊卡具及钢丝绳。

3)2台吊车将钢筋笼吊离地面0.5 m后，再次对各部位检查，没有异常情况后，方可进入下一步骤，直到钢筋笼完全竖起。

4)钢筋笼在竖起过程中，需设专人指挥主吊与副吊，主吊与副吊在起吊过程中应平稳、慢速，相互配合，避免拉扯钢筋笼，防止2台吊车受力不均或钢筋笼变形。

5)在钢筋笼顶板采用6个吊环，每侧3个，每个吊环采用φ32的圆钢制作，为防止吊环顶部断裂，在吊环弧形部位绑焊1个吊环，保证受力要求。

4.5 超长钢筋笼空中连接

第1节钢筋笼入槽后，采用2根型钢悬挂在导墙上。型钢平面位置距钢筋笼两侧必须均等，型钢顶面必须在同一标高，保证钢筋笼处于垂直状态。

施工过程中，首幅钢筋笼空中对接采用了直螺纹套筒，出现了钢筋对接困难，主要是由于严寒条件下钢筋收缩变形、套筒太短和钢筋笼吊装变形等原因造成。经与设计方协商，后期的各幅钢筋笼空中对接均采用焊接和绑扎形式(见图8和图9)。

在钢筋笼下放到位后，由于吊点位置与测点不完全一致、吊筋会拉长等，钢筋笼的标高将会受到影响。为确保钢筋笼顶的标高，应立即采用水准仪测量，根据实际情况进行调整，将笼顶标高调整至设计标高。

4.6 实施情况及效果

第1节钢筋笼入槽前，必须保证钢筋笼中轴线与成槽中轴线重合，并在导墙上标出，在入槽过程中必须随时检查和调整，避免钢筋笼到槽底后被纵向筋抵住。第1节钢筋笼入槽后，采用2根型钢悬挂在导墙上，型钢平面位置距钢筋笼两侧必须均等，型钢顶面必须在同一标高，保证钢筋笼处于垂直状态。第2节钢筋笼起吊后，通过定滑轮使其处于垂直状态，并使用缆风绳定位，与第1节钢筋笼对齐后，首先焊接控制部位(工字钢和桁架筋)，一是定位上下2节钢筋笼，保证在同一轴线上;二是固定上节钢筋笼，满足钢筋连接过程中的稳定性。

钢筋笼入槽过程要缓慢自然吊入，不得强行快速插入，随时注意吊车起吊重量的变化。变化异常时，必须立即停止下放，起拔一定高度后再重新下放，防止钢筋笼插入泥土或被槽壁卡住。2节钢筋笼对接完成后，不得立即向下插入，必须重新起吊一定高度后，再缓缓下放。一方面利用第1节钢筋笼的重力，使整个钢筋笼处于垂直状态;另一方面防止第1节钢筋笼在对接过程中被槽壁缩颈卡住。

以上措施采用前，出现了几次异常:1)有1幅钢筋笼下放到离设计标高差9 m时被卡住，不能下放，也不能起吊，最后采取了截笼;2)有1幅钢筋笼在第2节对接完成后，仅下放1 m就被卡住，最后全部钢筋笼报废;3)保护层加厚前，由于成槽垂直度较差，钢筋笼下放过程中被多次卡住，最终导致塌槽。

采取措施以后，钢筋笼基本都能顺利下放到位，个别在下放过程中遇到阻力较大时，拔出后重新下放或刷壁后下放，均按设计下放到位，避免了质量事故的发生。

5 结论与建议

根据技术规范和工程经验，设定了天津文化中心交通枢纽地铁工程超深地下连续墙钢筋笼的制作标准;通过计算分析，掌握了超长钢筋笼吊装过程中需要注意的技术要领，从而有效保证后续施工工艺进行。得出以下结论:1)为了保证超长钢筋笼顺利进入槽孔，应制定比现行规范更为严格的允许偏差要求;2)为了保证超长钢筋笼起重量的要求，工程采用400 t和150 t履带吊车双机抬吊方案;3)吊具安全验算中，钢丝绳、主、副吊扁担和卸扣验算均符合安全要求;4)超长钢筋笼在严寒条件下，焊接与接驳器连接相比，质量和可操作性好，为后续接长和吊装工作奠定了基础。

以上讨论基于以往工程界的研究工作，着重就天津文化中心交通枢纽地铁工程超深地下连续墙钢筋笼制作与吊装技术进行了论述，有较强的工程针对性和实践性。在进一步工作中，将对如何保证超长的钢筋笼中轴线与成槽中轴线重合及超深槽壁垂直度检测技术进行探讨。

［1］ 姜朋明，胡中雄，刘建航.地下连续墙槽壁稳定性时空效应分析［J］.岩土工程学报，1999，21(3):338－342.(JIANG Pengming， HU Zhongxiong， LIU Jianhang.Analysis of space time effect on the stability for slurry trench of diaphragm wall［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，1999，21(3):338－342.(in Chinese))

［2］ 李伟.55 m超深地下连续墙的施工技术［J］.建筑施工，2010，32(4):330－331，336.(LI Wei.Construction technology for 55 m super deep diaphragm wall［J］.Building Construction，2010，32(4): 330 －331，336.(in Chinese))

［3］ 程瑞明，怀小刚.超深地下连续墙施工技术及常见问题处理［J］.隧道建设，2007，27(4):65－67.(CHENG Ruiming，HUAI Xiaogang.Construction technology for extradeep diaphragm walls and countermeasures of usual problems［J］.Tunnel Construction，2007，27(4):65－67.(in Chinese))

［4］ 张志威，李芒原.大型非标准幅地下连续墙钢筋笼精准吊放入槽技术［J］.天津建设科技，2010(5):11－12.

［5］ 奥海波，范雄娃.地下连续墙钢筋笼、接头桩吊装技术［J］.隧道建设，2006，26(5):76－78.(AO Haibo，FANG Xiongwa.Rebar cages and connection piles hoisting technology in diaphragm wall construction［J］.Tunnel Construction，2006，26(5):76－78.(in Chinese))

［6］ 葛汉清，刘刚.地下连续墙钢筋笼安放施工技术［J］.地质学刊，2009，33(1):60－63.(GE Hanqing，LIU Gang.Construction technology of reinforcing steel bar cage emplacement for underground continuous wall［J］.Journal of Geology，2009，33(1):60－63.(in Chinese))

［7］ 秦鹏，张小涛，朱应新.南京地铁逸仙桥站地下连续墙钢筋笼吊装技术［J］.科技创新导报，2009(11):51－52.

［8］ 赵兴波，茅利华，龚振斌，等.上海M8线淮海路地铁车站

43.0 m超深地下连续墙钢筋笼吊装［J］.建筑施工，2004，26(1):10－11.(ZHAO Xingbo，MAO Lihua，GONG Zhenbin，et al.Erection of reinforcement cage for 43.0 m extra deep slurry wall in Huaihai Road subway station of Shanghai M8［J］.Building Construction，2004，26(1):10－11.(in Chinese))