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        新型環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝的優(yōu)化與應(yīng)用

        2022-07-28 07:54:04張?chǎng)纹?/span>
        福建交通科技 2022年3期
        關(guān)鍵詞:吊耳主橋套筒

        ■張?chǎng)纹?/p>

        (泉州臺(tái)商投資區(qū)城市建設(shè)發(fā)展有限公司,泉州 362000)

        1 工程簡(jiǎn)介

        某大橋及連接線(xiàn)工程主線(xiàn)橋梁總長(zhǎng)1 427 m,主橋設(shè)計(jì)為(75+120+75)m 變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,雙幅設(shè)計(jì),單幅梁寬23.5 m。 其中12#、13#主墩基礎(chǔ)為32 根直徑2.5 m 鉆孔灌注樁。主橋橋型布置圖見(jiàn)圖1。

        圖1 主橋橋型布置圖

        主墩樁長(zhǎng)達(dá)59 m,樁基頂?shù)戒撈脚_(tái)空孔深度達(dá)15 m。鋼筋籠采用直徑32 mm 主筋,外徑為2.39 m,單個(gè)重量達(dá)24.86 t。由于鋼筋籠自重達(dá),空孔較深,采用常規(guī)的帶吊耳的吊筋與鋼筋主筋焊接,施工效率低,且鋼筋籠定位精度低,吊筋承重穿杠承載力要求高。

        2 鋼筋籠吊筋連接工藝對(duì)比優(yōu)化

        2.1 專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)吊筋吊具裝置施工工藝

        吊具設(shè)計(jì)及制作:根據(jù)鋼護(hù)筒和鋼筋籠直徑設(shè)計(jì)環(huán)形定位承重平臺(tái)[1](圖2),根據(jù)鋼筋籠自重,設(shè)計(jì)專(zhuān)用吊耳。 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行環(huán)形平臺(tái)及吊耳加工制作。 吊耳固定焊接:根據(jù)鋼筋籠直徑尺寸,在末節(jié)鋼筋籠設(shè)計(jì)位置將吊耳與鋼筋籠焊接,焊接應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求[2]。 鋼筋籠下放:將環(huán)形平臺(tái)吊至鋼護(hù)筒上方,并根據(jù)樁位中心精準(zhǔn)定位放置固定,下放至末節(jié)鋼筋籠時(shí)將吊筋與吊耳安裝固定,下放到位后將吊筋與環(huán)形承重平臺(tái)安裝固定。

        圖2 專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)吊筋吊具定位承重裝置

        2.2 傳統(tǒng)常規(guī)鋼筋籠吊筋施工工藝

        吊筋加工制作:根據(jù)鋼筋籠直徑選擇設(shè)置吊筋數(shù)量,計(jì)算單個(gè)鋼筋籠最大重量選擇大于等于鋼筋籠主筋直徑的鋼筋作為吊筋制作原材料。 通過(guò)鋼筋彎曲機(jī)將鋼筋制作加工成吊耳的吊筋。 吊筋下料長(zhǎng)度=吊筋與鋼筋籠焊接有效長(zhǎng)度(正常為10 d)+預(yù)留偏差調(diào)節(jié)長(zhǎng)度(20 cm)+吊筋有效長(zhǎng)度+吊耳制作長(zhǎng)度。 吊筋安裝:鋼筋籠下放到位后,量出吊筋的有效長(zhǎng)度并做好標(biāo)記, 將吊筋與鋼筋籠主筋進(jìn)行焊接[3],焊接完成后將支撐梁穿過(guò)吊耳進(jìn)行定位固定。 傳統(tǒng)吊筋安裝見(jiàn)圖3。

        圖3 傳統(tǒng)吊筋焊接與定位

        現(xiàn)場(chǎng)澆灌水上首根2.5 m 大直徑樁基為12#主墩12#-4 樁基,鋼筋籠定位固定采用傳統(tǒng)焊接吊筋工藝施工。 由于鋼筋籠直徑較大且吊筋有效長(zhǎng)度達(dá)14.3 m, 為保證鋼筋籠下放定位及樁基砼澆筑過(guò)程不發(fā)生鋼筋籠偏位上浮等現(xiàn)象,共設(shè)置4 根與主筋等直徑32 mm 鋼筋作為吊筋。 吊筋焊接就位后,將工12 支撐梁穿過(guò)吊耳進(jìn)行定位固定, 采用2 個(gè)吊耳共用1 根工12 的支撐梁作為支撐固定。

        由于樁基長(zhǎng)度較長(zhǎng)且鋼筋籠主筋數(shù)量多,鋼筋籠節(jié)段間連接時(shí)間較長(zhǎng),在吊筋焊接過(guò)程及最后定位產(chǎn)生了一系列問(wèn)題,具體如下:(1)鋼筋籠重達(dá)24.86 t,為保證接頭焊接質(zhì)量且焊縫長(zhǎng)度較長(zhǎng),焊接時(shí)間較長(zhǎng)、效率低;(2)吊筋長(zhǎng)度較長(zhǎng),與鋼筋籠主筋焊接時(shí)存在長(zhǎng)度偏差,導(dǎo)致吊筋受力不均勻;(3)吊筋采用鋼筋制作,由于鋼筋抗剪強(qiáng)度較小,吊耳受力點(diǎn)容易產(chǎn)生剪切破壞;(4)支撐梁承載能力考慮不周,在吊筋受力不均時(shí),容易產(chǎn)生局部變形。

        為保證水上大直徑深空孔的鋼筋籠快速精準(zhǔn)進(jìn)行吊筋安裝及定位,結(jié)合傳統(tǒng)吊筋施工和針對(duì)大直徑鋼筋籠下放專(zhuān)用吊具分析對(duì)比,研究出一種新型快速經(jīng)濟(jì)環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝。

        2.3 新型快速經(jīng)濟(jì)環(huán)保鋼筋籠吊筋施工工藝

        新型吊筋施工方式推翻傳統(tǒng)焊接工藝,全部改為機(jī)械連接方式,且取消吊耳,優(yōu)化改進(jìn)支撐梁,使吊點(diǎn)受力處亦可采用機(jī)械套筒受力,充分利用鋼筋抗拉強(qiáng)度。末節(jié)鋼筋籠主筋車(chē)絲:主墩2.5 m 樁基鋼筋籠主筋設(shè)計(jì)采用48 根直徑為32 mm 鋼筋,為保證吊筋受力均勻,在鋼筋籠末節(jié)制作時(shí),需保證第1、12、24、36 根主筋接頭車(chē)絲(可將相鄰主筋進(jìn)行車(chē)絲, 以防絲牙受損備用), 滿(mǎn)足與吊筋進(jìn)行套筒連接。 末節(jié)鋼筋籠制作完成后及時(shí)用保護(hù)套對(duì)外露絲牙進(jìn)行保護(hù)。 吊筋下料加工:計(jì)算吊筋有效長(zhǎng)度,根據(jù)長(zhǎng)度進(jìn)行下料車(chē)絲。 與鋼筋籠主筋連接接頭采用半絲加工(即1/2 套筒長(zhǎng)度),固定端采用全絲加工,保證固定時(shí)可進(jìn)行調(diào)節(jié)保持鋼筋籠受力平衡。 吊筋套筒連接:鋼筋籠末節(jié)下放完成后,通過(guò)履帶吊副鉤將4 根吊筋提升以便與鋼筋籠主筋進(jìn)行套筒連接, 連接完成后將套筒外部與吊筋進(jìn)行點(diǎn)焊成固定,方便后續(xù)拆除。 鋼筋籠吊筋定位安裝:根據(jù)樁位中心,固定支撐梁位置保證鋼筋籠中軸線(xiàn)不發(fā)生偏移,將吊筋穿過(guò)支撐梁,安裝鋼墊板調(diào)節(jié)吊筋長(zhǎng)度,安裝套筒進(jìn)行固定。 新型吊筋安裝見(jiàn)圖4。

        圖4 新型吊筋連接與定位固定圖

        吊筋回收利用:樁基砼灌注完成后,待砼終凝后,拆除固定端套筒后,將扭力扳手夾緊吊筋轉(zhuǎn)動(dòng)即可拆除吊筋和連接套筒進(jìn)行重復(fù)使用。

        3 新型吊筋施工工藝受力計(jì)算

        主橋?yàn)?.5 m 大直徑樁基且長(zhǎng)度達(dá)59 m,鋼筋籠重達(dá)24.86 t, 為保證鋼筋籠安全精準(zhǔn)下放到位,對(duì)吊筋系統(tǒng)進(jìn)行受力驗(yàn)算。

        3.1 單根吊筋受力驗(yàn)算

        單個(gè)鋼筋籠重24.86 t,單根吊筋需承擔(dān)62.15 kN,吊筋采用與主筋同直徑32 mm 鋼筋加工制作,Φ32 mm 鋼筋抗拉強(qiáng)度σ=540 MPa, 有效計(jì)算截面積As=804.2 mm2。

        吊筋本身破壞受拉力:F1=σAs=540×804.2=434.268 kN>62.15 kN,吊筋滿(mǎn)足受力要求。

        根據(jù)鋼筋機(jī)械連接檢驗(yàn)報(bào)告,套筒連接工藝強(qiáng)度大于鋼筋母材本身強(qiáng)度, 考慮到吊筋及套筒周轉(zhuǎn)重復(fù)使用,套筒連接接頭按母材強(qiáng)度0.5 系數(shù)進(jìn)行折減,吊筋連接接頭處破壞力:F2=0.5×F1=217.134 kN>62.15 kN,機(jī)械連接接頭滿(mǎn)足受力要求[4]。

        故采用4 根直徑32 mm 鋼筋作為吊筋能滿(mǎn)足鋼筋籠承重要求。

        3.2 單根支撐梁受力驗(yàn)算

        支撐材料為3 m 長(zhǎng)雙拼槽鋼20a, 截面上下對(duì)稱(chēng),截面面積A=5 704 mm2,自重W=0.439 kN/m 計(jì)算時(shí)考慮放大1.2 系數(shù),面積矩S=207 214 mm3,抗彎慣性矩I=35 296 061 mm4, 抗彎模量W=352 961 mm3,塑性發(fā)展系數(shù)γ= 1.05; 荷載組合按1.3 恒載考慮。荷載按集中荷載考慮,62.15 kN, 距離梁端0.66 m,受力示意見(jiàn)圖5。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]計(jì)算強(qiáng)度及穩(wěn)定性

        圖5 單根支撐梁受力示意圖

        驗(yàn)算。

        3.2.1 強(qiáng)度應(yīng)力

        最大剪應(yīng)力

        τ=Vmax·S/I/tw

        =1.3×(0.439×1.2×1.5+62.15)×207214/35296061/14

        ×1000

        =34.3 MPa≤fv=125 MPa,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

        最大正應(yīng)力

        σ=Mmax/γ/W

        =(81.82×0.66)/1.05/352961×106

        =145.7 MPa≤f=215 MPa,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

        3.2.2 穩(wěn)定應(yīng)力

        閉合截面,整體穩(wěn)定系數(shù)φb= 1.0

        最大壓應(yīng)力

        σ=Mmax/φb/W

        =(81.82×0.66)/1.00/352961×106

        =153 MPa≤f=215 MPa,滿(mǎn)足規(guī)范要求。

        3.2.3 局部穩(wěn)定

        腹板穩(wěn)定驗(yàn)算:

        腹板高h(yuǎn)w=178 mm,腹板厚tw=7.0 mm

        翼緣穩(wěn)定驗(yàn)算:

        兩腹板間受壓翼緣寬度b0=132.0 mm,厚度t=

        11.0 mm

        4 新型鋼筋籠吊筋工藝應(yīng)用

        為驗(yàn)證新型吊筋施工工藝優(yōu)越性,主橋13# 墩13#-5 樁基吊筋采用機(jī)械接頭及優(yōu)化后支撐梁施工。 吊筋安裝過(guò)程比傳統(tǒng)焊接速度快,時(shí)間短,且支撐梁為未發(fā)生局部變形。 為詳細(xì)分析該施工工藝的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性,將與傳統(tǒng)工藝、專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)吊具工藝進(jìn)行研究對(duì)比,具體分析見(jiàn)表1。

        表1 鋼筋籠吊筋工藝方案對(duì)比

        通過(guò)對(duì)比分析可知,采用機(jī)械連接吊筋施工工藝,大大提高安裝效率和鋼筋籠精準(zhǔn)定位,吊筋使用既有效減少材料投入又能實(shí)現(xiàn)可周轉(zhuǎn)重復(fù)利用,提高吊筋利用率,節(jié)約成本投入。 采用套筒連接,可減少有害氣體產(chǎn)生,安裝快速且環(huán)保。 該工藝操作簡(jiǎn)單,安裝迅速,精準(zhǔn)定位且節(jié)能環(huán)保,在后續(xù)主橋樁基鋼筋籠下放中得到了充分運(yùn)用。

        新型快速環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝在主橋樁基鋼筋籠下放中取得了一系列的成果,具體如下:(1)吊筋下料長(zhǎng)度減短,主橋64 根樁基可節(jié)約32 mm 鋼筋原材料約2.5 t, 節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本約5500×2.5=13750 元;(2)主橋64 根樁基,投入4 套吊筋系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)周轉(zhuǎn)使用, 減少吊筋投入約21.66 t,節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本約5500×21.66=119130 元(單根吊筋平均有效長(zhǎng)度14.3 m,單個(gè)鋼筋籠需投入吊筋約14.3×4×6.31=361 kg,減少60 套吊筋投入共計(jì)361×60=21.66 t);(3)施工功效提升,實(shí)現(xiàn)快速安裝,采用焊接時(shí)單套鋼筋籠吊筋焊接長(zhǎng)達(dá)60 min,采用套筒連接只需10 min 即可完成,施工速度較焊接快5 倍, 單根樁基可節(jié)省時(shí)間50 min,64 根樁基可節(jié)約53 個(gè)工時(shí);(4)鋼筋籠中心精準(zhǔn)定位,支撐梁根據(jù)樁位中心提前計(jì)算擺平,樁頭破除后鋼筋籠中整體偏位控制在0.5~1.5 cm;(5)綠色環(huán)保,機(jī)械連接過(guò)程不產(chǎn)生有害氣體減少對(duì)空氣污染。

        5 結(jié)語(yǔ)

        新型快速環(huán)保大直徑鋼筋籠吊筋施工工藝,在主橋大直徑鋼筋籠下放中得以成功運(yùn)用,為項(xiàng)目節(jié)省成本約13.29 萬(wàn)元,減少53 個(gè)工時(shí)投入,提高定位精度鋼筋籠中心偏差控制在0.5~1.5 cm。 該工藝不僅操作簡(jiǎn)單、快速且資源投入少,又可實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用、綠色環(huán)保無(wú)污染,對(duì)于超長(zhǎng)、大直徑、鋼筋籠自重大且位于環(huán)境敏感保護(hù)區(qū)樁基施工具有良好運(yùn)用前景。 該工藝在其他樁基類(lèi)型中同樣具有廣泛的運(yùn)用前景,不僅能提高樁基質(zhì)量控制,也可以為項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)創(chuàng)本增效,提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益。

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