李少利

(中鐵隧道集團三處有限公司，廣東深圳 518052)

0 引言

隨著社會生產力的發(fā)展，城市建設規(guī)模不斷擴大，深基礎工程越來越多，施工條件也越來越受到周圍環(huán)境的限制，部分深基礎工程已經不能再用傳統的方法進行施工。如地鐵車站深基礎工程平面尺寸大、基坑開挖深、水文地質條件差、環(huán)境保護要求高，若采用鋼板樁、灌注樁或攪拌樁等支護結構，難以保證工程自身和周圍環(huán)境的安全，只有采用地下連續(xù)墻施工方法［1］。根據功能需求和地質條件的特殊性，超深地下連續(xù)墻鋼筋籠制作與吊裝決定著后續(xù)工藝能否順利開展，要求工程界對此進行深入研究。

李偉［2］在介紹55 m超深地下連續(xù)墻的施工技術中，將重量達到475 kN的鋼筋籠分為3節(jié)制作，采用主吊320t、副吊150t的履帶吊車，空中搭接焊接，分段鋼筋籠采用鋼板制作的鐵扁擔擱置在導墻上。程瑞明［3］在闡述76.6 m穿黃工程北岸豎井的圍護結構超深地下連續(xù)墻中，將鋼筋籠分為3節(jié)分別制作，所用吊車為1臺250 t履帶吊和1臺100 t履帶吊，用型鋼插在吊點鋼板下面，將鋼筋籠架立在導墻上，定位后采用鋼筋接駁器連接主筋、焊接箍筋、連接預埋管等。

張志威［4］、奧海波［5］、葛漢清［6］、秦鵬等［7］結合地下連續(xù)墻施工，介紹在保證吊裝長大鋼筋籠和接頭樁的安全性、可靠性、使被吊物體不發(fā)生彈性變形和降低抗彎強度的情況下，選擇起重設備、確定吊點位置、配備吊具，并介紹接頭樁、鋼筋籠的吊裝過程及注意事項。趙興波等［8］通過對鋼筋籠吊裝進行有限元建模計算分析，確定施工參數，指導現場施工。

對比上述工程，天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠最大重量達到了880 kN，分段鋼筋籠制作精度、空中連接方法以及在特定工程環(huán)境下的吊裝安全性控制都將有所不同。本文通過天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠的制作與吊裝技術的介紹，對以上問題進行深入的研究。

1 工程概況

天津文化中心交通樞紐工程地鐵Z1線為負3層3跨結構，基坑開挖深26 m，寬25.7 m，采用地下連續(xù)墻作為圍護結構。地下連續(xù)墻厚1 m，最大墻深67 m，在天津屬于首次進行如此深的地下連續(xù)墻施工，在國內也名列前茅。鋼筋籠存在大量的Z型、T型、V型、L型、Y異型幅。鋼筋籠制作與吊裝采用了“二段制作、二段吊裝，空中對接、一次就位”的施工工藝。

該工程地下連續(xù)墻鋼筋籠標準幅寬6 m，長64 m，鑒于Z1線鋼筋籠較長，其鋼筋籠分2段制作和吊裝。其中鋼筋籠最長段為34 m，重量達到450 kN(含接頭工字鋼和接駁器重量)，吊具安全核算將按長度為34 m最重的鋼筋籠進行。

2 超長鋼筋籠制作

鋼筋籠按設計要求加工制作，在場地內設16號槽鋼拼裝而成的鋼筋籠加工平臺。鋼筋籠制作前應核對單元槽段實際寬度與成型鋼筋尺寸，無差異才能上平臺制作。地下連續(xù)墻主筋及加勁箍筋為HRB335級、HRB400級，箍筋為HPB235級。為保證鋼筋籠在起吊過程中具有足夠的剛度，采用增設縱、橫向鋼筋桁架及主筋平面上的斜拉條等措施。

鋼筋籠主筋(＜φ28)接頭采用“預熱－閃光焊”，鋼筋連接接頭應相互錯開，在同一截面內的接頭面積百分率:綁扎連接不宜大于50%，焊接連接不應大于50%。

鋼筋籠主筋(≥φ28)接頭采用機械連接，鋼筋應嚴格按有關規(guī)定及標準要求進行除銹。鋼筋下料準確，切斷鋼筋嚴禁采用氣割方法，保證鋼筋的搭接長度、套筒的連接深度。

施工中為確保開挖后地下連續(xù)墻的鋼筋預埋件位置正確，在鋼筋籠上的預埋件均采用張拉麻線進行定位，并用經緯儀進行核正，各預埋件采用鋼絲固定牢固。安放鋼筋籠時先測量擱置點、導墻頂的標高，計算出吊筋的長度，確保鋼筋籠的位置正確，從而保證各預埋件位置的正確。

地面壓接好半個接頭的鋼筋，應用方木墊好，防止接頭部位被磕碰或污染，不得隨意蹬踩鋼筋或接頭。異形槽段鋼筋籠在正常鋼筋平臺上加工，在鋼筋籠加工的過程搭設鋼管架，增強鋼筋籠加工過程中的穩(wěn)定。為保證鋼筋籠的幾何位置，根據技術規(guī)范和工程經驗，制定了超深地下連續(xù)墻鋼筋籠制作規(guī)范(見表1)。

表1 鋼筋籠的制作允許偏差Table 1 Allowed error in rebar cage manufacturing

3 連續(xù)墻槽孔尺寸控制

在鋼筋籠安放過程中，由于成槽垂直度不夠、鋼筋籠隨意吊裝等原因，出現了鋼筋籠不能下放而需要切割的情況?？刂拼怪倍鹊拇胧┯?1)在墻體外側進行加固處理;2)在成槽過程中，進入砂層之前，采用超聲波對槽壁垂直度進行檢測。若不能滿足要求，必須進行修整，提高砂層段垂直度精度。成槽完成后，需再次進行超聲波檢測槽壁垂直度，確保鋼筋籠順利下放。檢測斷面包括橫向3個斷面和縱向兩端端頭，共5個斷面(見圖1)。

圖1 槽段垂直度檢查斷面Fig.1 Cross-sections for checking of verticality of diaphragm wall trenches

由于鋼筋籠較長且采用剛度較大的工字鋼接頭，槽壁垂直度判定標準需比規(guī)范要求提高，即整個槽壁最大垂直度不超過3‰，局部10 m范圍內垂直度不應超過2‰。

4 超長鋼筋籠吊裝

4.1 吊機選型

對于墻厚1 m的鋼筋籠，當鋼筋籠完全由主吊吊起時，起吊高度為以下幾項相加:1)鋼筋籠長度(以最長的鋼筋籠計算)34 m;2)扁擔下鋼絲繩長度(鋼絲繩角度以50°計算)=(22－14)/2－0.95=3.05 m;3)扁擔以上鋼絲繩長度=2.7/2×31/2=2.34，取2.5m;4)吊機吊鉤約1m。起吊高度H=34m+3.05m+2.5m+1m= 40.55m。

4.1.1 主吊機選型

主吊機采用400 t履帶吊車，當拔桿長取54 m，回轉半徑為12 m時，提升高度為52.8 m＞40.55 m，最大起重量為963 kN＞450 kN(經對設計圖紙計算得到的鋼筋籠最大重量)，滿足施工要求，所以主吊車選400 t，拔桿長取54 m(見表2)。

表2 CKE4000 400 t履帶吊參數Table 2 Parameters of CKE4000 400 t caterpillar crane

4.1.2 副吊機選型

副吊機采用150 t履帶吊車，當拔桿取48.75 m，回轉半徑為12 m時，提升高度為47.08 m＞40.55 m，最大起重量為497 kN＞450 kN(見表3)。

表3 SC1500 150 t履帶吊參數Table 3 Parameters of SC1 500 150 t caterpillar crane

4.2 吊具核算

4.2.1 鋼絲繩強度驗算

4.2.1.1 主吊機扁擔上掛鉤下鋼絲繩驗算

見圖2。

1)鋼絲繩直徑為43 mm，查得破斷拉力總和p= 975.5 kN，鋼絲繩破斷拉力換算系數a=0.82，強度儲備系數k=5。

2)換算強度S=ap/k=0.82×975.5/5=160 kN。

3)鋼絲繩受力(夾角按60°計算)p′=450 kN× 2/31/2/4=130＜S=160 kN。

安全系數F=160/130=1.23，此部位鋼絲繩滿足要求。

4.2.1.2 主吊機扁擔下掛鋼絲繩驗算

見圖3。

1)鋼絲繩直徑為43mm，查得破斷拉力p=975.5kN。

2)換算強度S=ap/k=0.82×975.5/5=160kN。

3)本鋼絲繩在鋼筋籠立起時受力最大。

4)鋼絲繩受力p′=450 kN/4=112.5＜S。

安全系數F=160/112.5=1.42，此部位鋼絲繩滿足要求。

4.2.1.3 副吊機扁擔上吊機掛鉤下鋼絲繩驗算

見圖4。

1)副吊機最大起重力計算。經過分析，鋼筋籠平放時副吊機受力最大。

2)鋼筋籠重量為450 kN。

3)p′=450×80%=360 kN(假定副吊機在最不利情況下承受80%重量)。

4)此部位鋼絲繩使用直徑為43 mm，換算強度S= 160 kN。

5)鋼絲繩受力(夾角按60°計算)p′=360 kN× 2/31/2/4=103.9 kN＜S。

安全系數F=160/103.9=1.54，此部位鋼絲繩滿足要求。

4.2.1.4 副吊機扁擔下鋼絲繩驗算

見圖5。

1)本部位使用的直徑為28mm，查得p=414.6kN。

2)換算強度S=ap/k=0.82×414.6/5=68 kN。

3)根據鋼絲繩的纏繞方式，設鋼絲繩受拉力為p′，由力的平衡:2p′+21/2/2×2p′=180 kN，可求得p′= 52.7 kN＜S。

安全系數F=68/52.7=1.29，此部位鋼絲繩滿足要求。

4.2.2 主、副起吊扁擔驗算

本工程主吊機采用800 kN，副吊機采用500 kN的扁擔，而鋼筋籠最重約為450kN，副吊機在最不利情況下承受80%重量為360 kN，故主、副起吊扁擔滿足起吊安全的要求。

4.2.3 卸扣驗算

由抬吊過程可知，當鋼筋籠安全豎起時，對主吊機卸扣來說為最不利情況，此時由4只卸扣承擔整幅鋼筋籠重量。

本工程主吊機均采用250 kN卸扣，鋼筋籠豎起時主吊卸扣為250kN×4=1 000 kN＞450 kN，滿足起吊安全要求。

副吊機均采用160 kN卸扣，抬吊過程中160 kN× 4=640 kN＞450 kN×80%=360 kN，滿足起吊安全要求。

4.3 接長鋼筋籠吊裝驗算

根據表2的數據，400t吊車在起吊2節(jié)鋼筋籠時，離槽邊最大距離不超過12 m，既滿足起重要求，也將滿足起吊高度要求。吊裝效果如圖6所示。

圖6 單節(jié)鋼筋籠準備吊裝Fig.6 Hoisting of singe-section rebar cage

2節(jié)鋼筋籠在孔口連接后的起吊如圖7所示。計算過程同前，采用雙扁擔吊裝，其中主扁擔承載力為800 kN、副扁擔承載力為500 kN，鋼筋籠最重約為880 kN，安全系數F達到1 300/880=1.48;扁擔上、下的鋼絲繩直徑尺寸都采用43 mm，主副扁擔承擔荷載分別為540 kN和340 kN，主扁擔鋼絲繩安全系數F= 160/(540×2/31/2/4)=1.02，副扁擔鋼絲繩F=160/ (340×2/31/2/4)=1.60，滿足強度設計要求。

圖7 2節(jié)鋼筋籠吊裝Fig.7 Hoisting of double-section rebar cage

4.4 起吊的關鍵安全措施

1)吊鉤準確定位，保證起吊過程鋼筋籠的平衡，檢查吊鉤焊接質量。

2)清理鋼筋籠體雜物，防止起吊過程中墜落傷人，檢查起吊卡具及鋼絲繩。

3)2臺吊車將鋼筋籠吊離地面0.5 m后，再次對各部位檢查，沒有異常情況后，方可進入下一步驟，直到鋼筋籠完全豎起。

4)鋼筋籠在豎起過程中，需設專人指揮主吊與副吊，主吊與副吊在起吊過程中應平穩(wěn)、慢速，相互配合，避免拉扯鋼筋籠，防止2臺吊車受力不均或鋼筋籠變形。

5)在鋼筋籠頂板采用6個吊環(huán)，每側3個，每個吊環(huán)采用φ32的圓鋼制作，為防止吊環(huán)頂部斷裂，在吊環(huán)弧形部位綁焊1個吊環(huán)，保證受力要求。

4.5 超長鋼筋籠空中連接

第1節(jié)鋼筋籠入槽后，采用2根型鋼懸掛在導墻上。型鋼平面位置距鋼筋籠兩側必須均等，型鋼頂面必須在同一標高，保證鋼筋籠處于垂直狀態(tài)。

施工過程中，首幅鋼筋籠空中對接采用了直螺紋套筒，出現了鋼筋對接困難，主要是由于嚴寒條件下鋼筋收縮變形、套筒太短和鋼筋籠吊裝變形等原因造成。經與設計方協商，后期的各幅鋼筋籠空中對接均采用焊接和綁扎形式(見圖8和圖9)。

在鋼筋籠下放到位后，由于吊點位置與測點不完全一致、吊筋會拉長等，鋼筋籠的標高將會受到影響。為確保鋼筋籠頂的標高，應立即采用水準儀測量，根據實際情況進行調整，將籠頂標高調整至設計標高。

4.6 實施情況及效果

第1節(jié)鋼筋籠入槽前，必須保證鋼筋籠中軸線與成槽中軸線重合，并在導墻上標出，在入槽過程中必須隨時檢查和調整，避免鋼筋籠到槽底后被縱向筋抵住。第1節(jié)鋼筋籠入槽后，采用2根型鋼懸掛在導墻上，型鋼平面位置距鋼筋籠兩側必須均等，型鋼頂面必須在同一標高，保證鋼筋籠處于垂直狀態(tài)。第2節(jié)鋼筋籠起吊后，通過定滑輪使其處于垂直狀態(tài)，并使用纜風繩定位，與第1節(jié)鋼筋籠對齊后，首先焊接控制部位(工字鋼和桁架筋)，一是定位上下2節(jié)鋼筋籠，保證在同一軸線上;二是固定上節(jié)鋼筋籠，滿足鋼筋連接過程中的穩(wěn)定性。

鋼筋籠入槽過程要緩慢自然吊入，不得強行快速插入，隨時注意吊車起吊重量的變化。變化異常時，必須立即停止下放，起拔一定高度后再重新下放，防止鋼筋籠插入泥土或被槽壁卡住。2節(jié)鋼筋籠對接完成后，不得立即向下插入，必須重新起吊一定高度后，再緩緩下放。一方面利用第1節(jié)鋼筋籠的重力，使整個鋼筋籠處于垂直狀態(tài);另一方面防止第1節(jié)鋼筋籠在對接過程中被槽壁縮頸卡住。

以上措施采用前，出現了幾次異常:1)有1幅鋼筋籠下放到離設計標高差9 m時被卡住，不能下放，也不能起吊，最后采取了截籠;2)有1幅鋼筋籠在第2節(jié)對接完成后，僅下放1 m就被卡住，最后全部鋼筋籠報廢;3)保護層加厚前，由于成槽垂直度較差，鋼筋籠下放過程中被多次卡住，最終導致塌槽。

采取措施以后，鋼筋籠基本都能順利下放到位，個別在下放過程中遇到阻力較大時，拔出后重新下放或刷壁后下放，均按設計下放到位，避免了質量事故的發(fā)生。

5 結論與建議

根據技術規(guī)范和工程經驗，設定了天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠的制作標準;通過計算分析，掌握了超長鋼筋籠吊裝過程中需要注意的技術要領，從而有效保證后續(xù)施工工藝進行。得出以下結論:1)為了保證超長鋼筋籠順利進入槽孔，應制定比現行規(guī)范更為嚴格的允許偏差要求;2)為了保證超長鋼筋籠起重量的要求，工程采用400 t和150 t履帶吊車雙機抬吊方案;3)吊具安全驗算中，鋼絲繩、主、副吊扁擔和卸扣驗算均符合安全要求;4)超長鋼筋籠在嚴寒條件下，焊接與接駁器連接相比，質量和可操作性好，為后續(xù)接長和吊裝工作奠定了基礎。

以上討論基于以往工程界的研究工作，著重就天津文化中心交通樞紐地鐵工程超深地下連續(xù)墻鋼筋籠制作與吊裝技術進行了論述，有較強的工程針對性和實踐性。在進一步工作中，將對如何保證超長的鋼筋籠中軸線與成槽中軸線重合及超深槽壁垂直度檢測技術進行探討。

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