大型地下连续墙钢筋笼吊装技术

白楠

[摘要] 结合天津市某深基坑工程地下连续墙施工，简要分析地下连续墙钢筋笼吊装施工技术及难点，通过分析重点阐述起吊吊点位置确定、吊环强度验算、钢丝绳强度验算，为确保地下连续墙钢筋笼吊装施工安全起到一定指导作用。

[关键词] 地下连续墙、钢筋笼、吊装

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

随着地下连续墙施工技术越趋成熟，深基坑工程已逐渐应用于地铁施工中。由于基坑深度的不断加大，地下连续墙钢筋笼变得更长更重，相应施工难度越来越大。为保证地下连续墙施工质量，缩短施工周期，超大超深地连墙施工时其钢筋笼更需要一次性整体吊装。天津市某基坑工程地下连续墙工程深度大，通过科学、严谨的钢筋笼吊装设计验算，利用切实可行的组织措施和实践经验成功完成了184幅地下连续墙钢筋笼的起吊，为优质、高效、安全的完成地铁深基坑施工奠定了基础。

2、钢筋笼吊装施工难点

该基坑工程地下连续墙标准幅宽5m，墙与墙之间采用工字钢接头形式。钢筋笼最长49.95m，首开幅最重约72.16t，并有“一”、“L”、“T”三种形式，由此可见钢筋笼具有长、大、重的特点。由于地下连续墙长60m，根据塘沽地区土质情况，成槽时间过长，为保证地下连续墙施工质量，为缩短凉槽时间，故要求每幅地下连续墙钢筋笼均需整体吊装入槽。故地下连续墙钢筋笼吊装施工有两大难点：①吊装刚度差，在吊装过程中容易发生严重变形，因此需加强钢筋笼的刚度；②钢筋笼吊装时垂直度要求高，而钢筋笼起吊后无法在空中进行垂直度校正，故对钢筋笼的重心计算精确度要求高。

3、钢筋笼吊装设计

3.1钢筋笼施工用筋的设置

（1）“一”字型钢筋笼施工用筋设置

钢筋笼均设置竖向起吊桁架、横向起吊桁架、X型剪刀筋，来保证钢筋笼起吊时有足够的刚度。

主吊主钩4吊环，吊环采用2根大直径Q235圆钢；主吊副钩6吊环，每吊环采用1根大直径Q235圆钢；副吊6吊环，每吊环采用1根大直径Q235圆。

（2）“T”、“L”型钢筋笼施工用筋设置

异型钢筋笼施工用筋除上述普通钢筋笼所用的基本施工用筋以外，另需增加斜撑钢筋，避免转角部位发生变形。

图2异型钢筋笼转角加固示意图

图3钢筋笼弯矩计算图

3.2吊装机具选择

采用两台履带吊双机抬吊，大吨位主吊下放钢筋笼。起吊吊梁根据起吊重量选择合适的工字钢。

计算双机抬吊系数（K）：

K主、副＝N主机、副机／（Q吊重+ N索）

N主机、副机—主机和副机的最大起重量

Q吊重—起吊钢筋笼重量

N索—吊梁和索具自重，主吊分别有与副吊共同平抬起吊和独自立吊两套吊梁和索具，计算时应相加，副吊只有一套吊梁和索具。

另外还需要根据履带吊出厂参数表查询回转半径、有效高度和仰角，起吊钢筋笼过程中主副吊起重半径及起重角度均需控制在额定的范围内。

图4首开、闭合幅钢筋笼主吊主钩横向吊点

图5顺序幅钢筋笼主吊主钩横向吊点

3.3吊点位置确定

（1）横向吊点

①首开幅和闭合幅

由于首开幅和闭合幅对钢筋笼纵向中心在重量上对称，所以在钢筋笼横向上，吊点也关于钢筋笼纵向中心对称。（见图4）

横向吊点设置，按钢筋笼宽度，吊点布置在距离边缘1/5的位置为宜。

②顺序幅

由于顺序幅只有一侧有工字钢，所以按照重心公式

i= M总/G总

M总—钢筋笼横向总弯矩

G总—钢筋笼总重量

重心在工字钢板一侧，然后在横向上，两吊点位置应关于重心对称，吊点间距为钢筋笼宽度的3/5。（见图5）

（2）纵向吊点

根据弯矩平衡定律，正负弯矩相等时所受弯矩变形最小的原理。（见图3）

+M=-M 即：

（1/2）qL12=（1/8）qL22-（1/2）L12

其中：q为均布荷载、M为弯矩

另：2L1+5L2=L总

可求得L1和L2。

A端为钢筋笼顶端，A、B、C为主吊副钩3吊点，D、E、F为副吊3吊点。

钢筋笼吊装需采用16个吊环。其中主吊主钩吊环4个，主吊副钩吊环6个，副吊吊环6个。

计算钢筋笼纵向重心：

I= M总/G总

M总—钢筋笼纵向总弯矩

结合以上计算结果，确定钢筋笼纵向吊点布置。

图6钢筋笼吊点布置图

3.4钢筋笼挠度计算

首开幅钢筋笼最重、挠度最大，共6排纵向桁架，横向桁架每隔5m一道,在吊点位置另加设横向桁架。假设纵向桁架在横向上不会失稳，对纵向强度进行验算。

图7纵向桁架平面分布示意图

根据上图可知纵向桁架并非平均分布，故每榀桁架受力不相同，故需对每榀桁架进行分析求解比较，然后取其最大值即最不利情况进行下一步验算。

根据公式qn= G总*Ln/S

Ln—每榀桁架所承受部分重力的尺寸；

S—钢筋笼的平面面积：

求出q1；q2；q3；q4；q5；q6。

取其中的最大值对一榀纵向桁架进行计算验证：

ωmax=5qL4/(384EIz)

Iz—惯性矩

Wz—抗弯截面模量，取Iz/ymax

E—刚度取210GPa

3.5吊点受力分析

图8钢筋笼吊点受力图

根据起吊时钢筋笼平衡得：

2T1+2T2= G总……………………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总*i= M总……………②

由①、②两式可得：T1；T2

则钢丝绳受力T1= T1/（2*sin45o）；T2= T2/（2*sin45o）

平抬钢筋笼时，主吊副钩受力为2 T1，副吊受力为2 T2

副吊在钢筋笼回直过程中随角度的增大受力也越大，故考虑副吊的最大受力为4T2。

3.6吊点强度验算

吊点选择在横纵桁架交汇处，并对吊点进行加强，在整个吊装过程中，主吊主钩吊环在钢筋笼完全竖直时受力最大，承受整个钢筋笼的重量。吊点吊环采用Q235钢筋，钢筋直径d根据吊环钢筋抗拉强度试算：

（1）混凝土结构设计规范GB50010-2002中第10.9.8条中，在构件自重标准值作用下，每个吊环按2个截面计算，吊环应力（受拉应力）不大于50N/mm2,此应力中已考虑五个因素：① 构件自重荷载分项系数取为1.2，② 吸附作用引起的超载系数取为1.2，③ 钢筋弯折后的应力集中对强度的折减系数取为1.4，④ 动力系数取为1.5，⑤ 钢丝绳角度对吊环承载力的影响系数取为1.4。于是，当取HPB235级钢筋的抗拉强度设计值为fy=210N/mm2时，吊环钢筋实际去用的允许拉应力值为：210/（1.2*1.2*1.4*1.5*1.4）=210/4.23≈50N/mm2。

对于本工程多点吊的情况，应考虑受力不均匀系数0.9，1/0.9=1.11，但本工程关于②吸附作用引起的超载系数是不存在的。故针对本工程吊环钢筋实际取用的允许拉应力值为：210/（1.2*1.4*1.5*1.4*1.11）=53.63 N/mm2。

（2）混凝土结构设计规范GB50010-2002中第10.9.8条中，当在一个构件上设有4个吊环时，设计时应仅取3个吊环进行计算。但本工程钢筋笼吊环均是用滑轮相互连接起来，当起吊时，由于滑轮的作用，吊环均受力，故取吊环个数计算时不需对其进行折减。

吊环的应力可按下式计算：σ=9807G/（nA）<[σ]

σ—吊环拉应力（N/mm2）；

n—吊环的截面个数；

A—一个吊环的钢筋截面面积（mm2）；A=πd2/4

G—构件的重量（t），乘以9807是t（吨）换算成N（牛顿）；

[σ]—吊环的允许拉应力。

（1）主吊主钩4吊环，每吊环采用2根钢筋，主吊主钩采用2根钢筋时，由于受力不均匀，故应取受力不均匀系数0.9，则吊环钢筋实际取用的允许拉应力值[σ]=53.63N/mm2*0.9=48.27N/mm2。

吊环采用2根钢筋，在满足10倍钢筋直径焊接长度的同时采用间断焊缝，并且2根钢筋应竖直方向叠加焊接，避免2根钢筋不均匀受力。

（2）主吊副钩6吊环，每吊环采用1根钢筋，不考虑不均匀系数，取 [σ]= 53.63N/mm2。

（3）副吊6吊环，每吊环采用1根Φ42钢筋，不考虑不均匀系数，取 [σ]= 53.63N/mm2。

3.7钢丝绳强度验算

钢丝绳的容许拉力可按下式计算：

[Fg]= аFg/K

式中：

[Fg]——钢丝绳的容许拉力（kN）；

Fg——钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）；

а——考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数；

K——钢丝绳使用安全系数，取6

由上公式可求得对应表3中钢丝绳的容许拉力[T]=[Fg]/g

以上数据可查表得到，然后根据前面数据计算出的钢丝绳最大拉力，使得T＜ [T]。

3.8吊臂验算

根据履带吊参数表格得到吊臂长度，起吊角度，有效高度，回转半径等参数，起吊时必须保证钢筋笼能顺利吊起，此时需要吊机的起吊高度为：

h=钢筋笼长度+主扁担上方钢丝绳高度+扁担下钢丝绳高度+扁担高度+吊装余裕高度<履带吊有效高度+机高

必须保证钢筋笼不能碰到吊臂，最易碰臂为顺序幅墙，此时需要吊机的起吊高度为：

h=钢筋笼长度+吊装余裕高度+（钢筋笼宽度-横向重心在工字钢一侧数值i）*tan（起吊角度）＜履带吊有效高度+机高

必须保证扁担不能碰到吊臂，此时需要吊机的起吊高度为：

H=钢筋笼长度+吊装余裕高度+扁担下钢丝绳高度+2*tan（起吊角度）＜履带吊有效高度+机高

由于钢筋笼较重较长，在钢筋笼不能碰到吊臂的前提下，可以增大吊臂仰角，增加起吊高度，但此时应注意增加上部钢丝绳的长度。

3.9异型幅钢筋笼吊点分析

异型幅钢筋笼在纵向上吊点布设与“一”字幅相同，主要考虑在横向上吊点布设问题，横向上吊点布设和钢筋笼重心在横截面上的位置有关。由于横向上吊点位置的选择正确与否直接关系到钢筋笼吊装回直后的垂直度，因此L型钢筋笼的横向吊点选择，须先计算出重心在横截面上的位置，然后再用直角坐标方法得出主、副吊点在横截面上的位置。

如图9所示，L型钢筋笼重心坐标G（x, y）。

则吊点坐标：

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))

其中主吊主钩吊点A、B、C、D两点，主吊副钩上、中、下吊点均为B、E两点；副吊上、中、下吊点均为B、E两点位置。

图 9异型钢筋笼重心计算图

注：1、M、N分别为CD、AB的中点，EB∥MN。

2、MN为主吊主钩铁扁担上选用的宽度，MN=[(2y-b)2+(2y-b)2]1/2。

3、EB为主吊副钩和副吊铁扁担上选用的宽度，EB= MN (4x-3b)/ (4x-2b)。

本工程共有“L”、“Z”、“T”三类异型幅，以上针对“L”型钢筋笼吊装分析，“Z”型幅地连墙钢筋笼分为两“L”型钢筋笼制作吊装，“T”型幅可参照“L”型方法计算分析。

4、结论

实践证明，通过对地下连续墙钢筋笼吊装的施工设计，很好的完成了184幅地下连续墙钢筋笼吊装施工，有效的控制了钢筋笼的变形，确保了钢筋笼在槽内的准确就位，施工质量达到设计、规范要求，在吊装过程中未发生任何安全质量事故，取得了很好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；

[2] 起重吊装常用数据手册[M] 北京，人民交通出版社，2002；

[3] 建筑施工计算手册（第二版），中国建筑工业出版社；

[4] 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（科技创新导报2009NO.11）；

[5] 邓子才地下连续墙钢筋笼吊装设计（山西建筑第34卷第20期2008年7月）；

[6] 杨堃超深地下连续墙钢筋笼整体吊装技术。