地下连续墙超长钢筋笼吊装技术

翁奔哲，陈南桥，何侃侃

WENG Benzhe，CHEN Nanqiao，HE Kankan

(浙江省地矿建设有限公司，浙江 杭州310012)

1 工程概况

中国人寿大厦工程位于钱江新城，在市民中心的东北侧，围护采用1000 mm 厚地下连续墙，接头采用十字钢板刚性接头，成槽深度要求进入强风化基岩层不小于1000 mm，连续墙成槽平均深度约为62 m。

本工程连续墙总长为697 m，共分为135 个槽段，其中“一”字型墙117 幅，“L”型槽段18 幅，首开8 幅，经计算首开幅B17 钢筋笼最重(幅宽5 m)，达到了67.8 t。其中上段钢筋笼长41.4 m，重54.9 t;下段钢筋笼长19 m(构造段)，重12.9 t。见图1。

图1 钢筋笼现场制作图

2 吊装方案

2.1 吊装方案的选择

在地下连续墙的吊装中一般采用整体制作整体吊装。但是在本工程中，下部19 m 钢筋笼为正常配筋的一半的构造段，强度、刚度和重量都无法与上半部相比，采用整体吊装的方法，无法确保下部钢筋笼的整体性，很有可能因为强度不够导致变形，所以通过分析，在本次施工中采用了整体制作、分段吊装的方法来进行钢筋笼的吊装施工。

2.1.1 主吊主臂长度及吨位确定

2.1.1.1 主臂长度确定 主吊先需要确定主臂的长度、钢筋笼的长度，扁担及钢丝绳的长度(包括扁担上部和下部的钢丝绳)以及吊钩顶部的距离。见图2。

图2 主吊示意图

在计算中需要复核BC 的距离，需要大于钢筋笼宽度的一半以上，因为在吊装过程中，钢筋笼开挖面一侧背对吊车，需要进行“180°翻身”;在所有的这些计算复核满足条件下，可以确定主臂的长度。本工程最重钢筋笼宽度为5 m，即BC 距离须大于钢筋笼一半宽度2.5 m，为安全起见，BC 距离取3 m。因此:

AC = BC·tg75° = 11.20 m(为最小距离)

需要复核AC ＜h0+ h1+ h2+ b = 12.15

满足要求

式中:b—起重滑轮组定滑轮到吊钩中心距离，取2 m;

h0—起吊扁担净高，0.5 m;

h1—扁担吊索钢丝绳高度，2 m;

h2—钢筋笼吊索高度，根据钢丝绳的配置计算长度为7.45 m;

h3—钢筋笼的长度，为41.4 m;

h4—起吊时钢筋笼距地面高度，0.5 m。

主吊机起重臂长度L = (H + b - C)/sin75° =52.64(m)，故取54 m。

式中:C—起重臂下轴距地面的高度3 m(300 t 履带

吊实际为3041 mm)。

2.1.1.2 吊车吨位的确定 主吊最大起重量是在上下两端对接后，两段钢筋笼连接后总重量由主吊承担。钢筋笼拼装好整体下放时钢筋笼及索具重W =54.9(上段)+12.9(下段)+5(吊具)= 72.8 t(吊钩及索具5 t)。

根据钢筋笼及索具的重量，初步选定主吊使用300 t 履带吊。300 t 吊车主要性能见表1。

300 t 吊车在9 m 半径工作时，吊车带载行走状况下吊装上段钢筋笼，吊车允许起重量:P1= 110 ×0.7 = 77 t(吊车带载行走时，吊重不超过设计最大重量的70%)［1］。

钢筋笼及索具重W1= 59.9 t

P1＞W1，满足要求。

300 t 吊车在12 m 半径工作时，吊车不行走状况下吊装钢筋笼拼接好整体钢筋笼，吊车允许起重量:P2= 109 ×0.8 = 87.2 t(吊车非行走状态，吊重不超过设计最大重量的80%)［2］。

钢筋笼及索具重W2= 72.8 t

P2＞W2，满足要求。

注:主机作业半径控制在12 m 以内。

2.1.2 副吊主臂长度及吨位确定

副吊的主臂长度主要考虑的是在竖直的情况下，钢丝绳长度加上下半部分的钢筋笼长度，以及离地距离和顶部安全距离确定。这和钢筋笼的吊点设置有一定的关系，一般情况下，我们要考虑到与钢筋笼长度基本相等的长度，根据经验按照这种方式来选择主臂长度，一般情况下能够满足吊车顶部的安全距离。

在确定主臂长度后，选择吨位时与主吊选择方法相同。

2.2 方案的设计

2.2.1 吊点钢筋

钢筋笼主吊点第1 道采用40 mm 钢板，其余主吊点及副吊点均采用φ40 mm 圆钢。见图3。

图3 吊点示意图

2.2.2 桁架钢筋

为了防止钢筋笼在起吊过程中产生不可复原的变形，各种形状钢筋笼均设置纵、横向桁架，包括每幅钢筋笼设置两榀起吊主桁架和中间一道加强桁架，主纵桁架由Φ25“X”形钢筋构成。横向桁架采用Φ25@3000“X”型布置。见图4。

图4 钢筋笼纵、横向桁架设置图

将60.4 m 的钢筋笼分割成41.4 m 和19 m 的两个钢筋笼，分割点为加筋底部，上下截钢筋笼采用接驳器对接的形式入槽。对接流程见图5，对接接头满足相关规范要求，相邻接头50% 错开，错开长度40 d。

图5 接驳器连接工艺图

2.3 吊装计算

2.3.1 主吊扁担安全计算

主吊扁担采用30 mm 厚钢板，再加4 块肋板组成(图6)。

图6 主吊扁担形状图

根据实际受力情况绘制了扁担的剪力图和弯矩图，见图7。

图7 扁担受力图

由图7 可知:

根据扁担的组成情况，主板和肋板的组合惯性矩为:

主扁担的最大弯矩σmax= Mmaxh/2∑I =3.456E4 (kN/m2)= 34.56 MPa ＜205 MPa

远远小于钢板的许用应力(205 MPa)［3］，强度满足安全要求。

2.改革户籍制度，为赋役征调提供基础。秦国改革户籍制度开始于秦献公改革时期，当时只是为了掌握全国的丁口数。商鞅变法再次对户籍制度进行改革，按什伍编造户籍，“令四境之内，丈夫女子皆有名于上，生者著，死者削”（《商君书·境内》），使户籍制度更臻完备。其改革意义在于将全国人口直接置于国君控制之下，掌控全国兵源情况，另一方面也使人民摆脱对封建领主的人身依附。商鞅整顿户籍并不限于下民，贵族人口也要登记户籍。在对贵族登记户籍时，不仅要登记贵族本人及其家人的户籍，而且还包括贵族家庭的奴仆等人口。整顿户籍使贵族领主原来隐匿的人口均登记在籍，使赋税的征收及徭役的征派有了更为可靠的依据。

主扁担上部吊孔抗剪强度V 见下式:

V ＜ft(89.1 MPa ＜120 MPa)，强度满足吊装要求。

式中:F—实际受力值;

a—受力面积;

α—动力系数(取1.1);

γ—荷载分项系数(取1.35［3］)。

受剪强度设计值ft= 120 MPa(《钢结构设计规范(GB 50017—2003)》)［3］。

2.3.2 钢筋笼吊点安全计算

2.3.2.1 横向吊点的设置 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，计算如下(图8):

图8 横向吊点弯矩示意图

其中:+ M = 1/2 qL21，

故:L2=

又:2L1+ L2= L(q—均布载荷;M—弯矩)

可得L1= 0.207 L，L2= 0.585 L。

因此可知横向吊点按左右0.207 L 布置为佳。钢筋笼宽5 m，吊点左右悬臂均为1.05 m。

2.3.2.2 纵向吊点设置 采用理正结构计算软件进行了计算，自重作为均布恒载，超载系数按1.1 考虑，动载系数按1.35 考虑，重新计算的弯矩和剪力图如下(图9)。复核剪力和弯矩是否超出钢筋的受力范围。

图9 弯矩剪力计算简图

2.3.2.3 吊点的计算 (1)计算参数钢筋笼重量WT1

承受最大钢筋笼重量时的吊点数量Nh1

3 块吊点钢板，每块吊点钢板2 个吊孔，共6 个吊孔。

吊耳板荷载P = WT1/Nh1

(2)吊点钢板计算

动力系数α

荷载分项系数γ

受拉强度设计值ftj

ftj= 205 MPa(《钢结构设计规范(GB 50017—2003)》［3］)受剪强度设计值ft

ft= 120 MPa(《钢结构设计规范(GB 50017—2003)》)［3］

吊点钢板厚度δ

吊耳孔抗剪强度V

(3)吊点钢筋计算

起吊时15 个吊点同时受力，在吊装、翻转的整个过程中，150 t 吊车吊6 个吊点所承受的重量不大于钢筋笼重量的60%。最不利的情况是在钢筋笼完成对接后，钢筋笼再次下放时，主吊采用圆钢的6 个吊点，每个吊点圆钢将承受1/6 钢筋笼的重量。

计算如下:

每个吊点承受重量F = 67.8/6 = 11.3 t

每个吊点钢筋抗剪面积S2

钢筋抗剪fS

F ＜fv(11.3 t ＜15.07 t)，主筋和吊筋共同受力，满足吊装要求。

2.3.3 吊车行走路面承载力计算

地基承载力最不利情况发生在钢筋笼拼接好后由主吊300 t 吊起时(第四工况)，对地基最大压力N =300 t +70.8 t = 370.8 t ×10 kN/t = 3708 kN，300 t 吊车通过钢筋混凝土路面对地基产生荷载，对地基荷载作用面积为S = 8.71 m × 1.22 m × 2 =21.25 m2。吊车行走道路采用C30 混凝土，轴心抗压强度设计值为14300 kN/m2。所以钢筋混凝土路面强度足够满足300 t 履带吊车施工作业，关键是钢筋混凝土路面下的地基土体的承载力是否满足要求，在施工前，已经对路面进行压实，并且地基承载力能够达到120 kPa。

吊车履带落地面积为21.25 m2。300 mm 钢筋混凝土路面扩散角按45° 计算，实际通过钢筋混凝土路面作用到混凝土面底部的作用面积为33.89 m2。

作用在土体上的荷载

故符合荷载要求。

3 钢筋笼的吊装施工

3.1 吊装流程

钢筋笼吊放采用双机抬吊，空中回直。起吊时必须使吊钩中心与钢筋笼重心相重合，保证起吊平衡，主吊机用16 m +14 m 长的钢丝绳，副吊机用16 m 长的钢丝绳。

钢筋笼吊放具体分六步走:

第一步:指挥主吊、副吊两吊机转移到起吊位置，起重工分别安装吊点的卸扣。

第二步:检查两吊机钢丝绳的安装情况及受力重心后，开始同时平吊。

第三步:钢筋笼吊至离地面0.3～0.5 m 后，应检查钢筋笼是否平稳，后主吊起钩，根据钢筋笼尾部距地面距离，随时指挥副机配合起钩。

第四步:钢筋笼吊起后，主吊吊机向左(或向右)侧旋转、副吊吊机顺转至合适位置，让钢筋笼垂直于地面。

第五步:指挥起重工卸除钢筋笼上副吊吊机起吊点的卸扣，然后远离起吊作业范围。

第六步:指挥主吊吊机吊笼入槽并与下部钢筋笼连接、定位，吊机走行应平稳，钢筋笼上应拉牵引绳。

3.2 吊装工况分解及受力分析

3.2.1 吊装工况一

该工况下，主、副吊车将在钢筋笼平台上已经制作好的钢筋笼平抬吊起，此时钢筋笼的重量由主吊、副吊同时承担，由于钢筋笼的重心在钢筋笼的中心位置偏向主吊侧，所有主吊受力较大，而副吊受力较小。见图10。

图10 工况一示意图

3.2.2 吊装工况二

在该工况下，主吊、副吊受力不停地变化，主吊受力逐渐增加，而副吊受力逐渐减小，直到副吊不再受力，钢筋笼重量完全由主吊承担;但是，在实际施工过程中，该工况为动态工况，实际的受力情况与吊车停置的位置、角度、旋转方向等都有很大关系，受力情况复杂，根据以往经验，在该工况下副吊的受力并不是逐渐减小的过程，在中间还有一个增加再减小的过程，但是最大受力不超过钢筋笼重量的60%。见图11。

图11 工况二示意图

3.2.3 吊装工况三

在该工况条件下，副吊脱离吊装过程，由主吊完全承担整个钢筋笼的重量，并通过施工道路，将钢筋笼运送至需要沉放钢筋笼的槽段。在该工况条件下由于吊车需要负荷情况下进行行走操作，吊车吊重需要在最大设计吊重的70%以内(根据上海市《地下连续墙施工规程(DG/TJ 08—2073—2010)》［1］要求为80%，而《起重吊装常用数据手册》［2］上双机抬吊为70%)。并且需要将吊车的回转半径控制在最小，以获得最大的起重量，从而确保钢筋笼运输的安全。见图12。

图12 工况三示意图

3.2.4 吊装工况四

在该工况下，上下两段钢筋笼需要在槽段口进行对接，上下两段钢筋笼的总重量都需要由主吊来承担。在该工况下已经有部分钢筋笼进入槽段内，泥浆对钢筋笼的浮力可以忽略不计;并且吊车处在非行走状态，吊车吊重需要控制在设计最大吊重的80%以内。

如果采用该工况，那么在钢筋笼上下两段完成对接后，钢筋笼将无法再提出孔外，否则就需要再将钢筋笼割断后再进行操作。见图13。

3.3 吊装注意事项

(1)钢筋笼起吊之前，再派专人对钢筋笼进行巡检，确保钢筋笼内无短钢筋等遗留物，并清除干净。

(2)钢筋笼吊装时，配备专职起重指挥，以主机起重指挥为主，副机起重指挥配合主机起重指挥，确保钢筋笼在吊装过程中合理受力。

(3)钢筋笼吊装时，先由双机进行抬吊同步起吊，起吊到一定高度后，钢筋笼受力稳定，副机配合

图13 工况四示意图

主机进行钢筋笼吊装回直。

(4)吊点附近集中受力区100%网点焊接。

(5)焊缝检查，避免咬肉，转角幅必须设置角撑。

(6)吊放钢筋笼专职安全员，钢筋笼制作督查员必须到场，分别配合检查吊放环境及钢筋笼各吊点及料索的情况，符合安全吊放要求后才可正式吊放。

4 结 语

连续墙钢筋笼吊装属于一个在建筑施工领域内的综合多门学科的安全技术课题，其中包含结构、机械、吊装等专业知识，通过本次吊装施工，在超长、超重钢筋笼的吊装施工中有如下体会:

(1)主、副吊的选择过程中，一定要留够安全系数。

(2)钢筋笼在70 t 以下的，可以不用对扁担进行计算复核，通过计算知道扁担强度等级较高。

(3)笼头的稳定是个关键，建议采用钢板代替原来的圆钢，以增加强度。

(4)要严格检查吊点与桁架之间的焊接质量，这直接关系到吊装的成败。

(5)一定要复核地基承载力的强度，否则可能引起吊车的倾覆。

［1]上海建工(集团)总公司. DG/TJ 08—2073—2010 地下连续墙施工规程［S］.上海:上海市城乡建设和交通委员会，2010.

［2]杨文渊.起重吊装常用数据手册［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3]北京钢铁设计研究总院. GB50017—2003 钢结构设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.