超深地连墙钢筋笼吊装设计分析与实践

沈杰超 张国亮 蔡 靖 陈云峰

(1.浙江工业大学工程设计集团有限公司，浙江 杭州 310014； 2.浙江绩丰岩土技术股份有限公司，浙江 杭州 310013)

1 工程概况

本工程位于杭州钱塘江沿岸，项目为地铁项目的大小盾构井转换井。风井围护墙采用1 000 mm～1 200 mm地下连续墙，地连墙墙深均为61.2 m，地连墙接头形式为H型钢。该项目最重的一字幅钢筋笼重达91.5 t，本文对最重的钢筋笼进行吊装方案设计并展开论证。

2 钢筋笼吊装方案设计与论证

2.1 总体吊装方法与工况分析

2.1.1 总体吊装方法

该项目连续墙深度均为61.2 m，单个钢筋最重为幅宽5.6 m V字幅，笼长61.15 m，笼重为91.5 t。拟采用分截起吊对接入槽即分节吊装法施工，将钢筋笼分段为上段42.15 m，重约73.8 t，下段19 m，重约17.7 t。采用主吊400 t+副吊180 t双机十八点抬吊，起吊时使吊钩中心与钢筋笼重心相重合，保证起吊平衡，并在空中回直，分两节入槽的方法吊装。

吊装时先吊装下段钢筋笼，起吊过程中主钩起吊钢筋笼顶部，副钩同时起吊钢筋笼中下部，缓慢吊离地面，主钩缓慢提升，改变钢筋笼角度，使其逐渐垂直。然后去掉180 t副吊，400 t主吊将钢筋笼移到槽段边缘，钢筋笼吊入槽内，用钢梁挑住暂搁在导墙上，然后吊装上段钢筋笼。上段钢筋笼在自然垂直状态下对准下段钢筋笼，缓慢下放上段钢筋笼，使各组纵向主筋配对理顺，对钢筋笼四周有对接限位标志的几组纵向主筋拧紧接驳器。重新拎起钢筋笼，使上下段钢筋笼呈自然垂直状态，对其余各组纵向主筋拧紧接驳器，完善导管插入通道与导管导向筋，补焊水平钢筋、保护层垫块，焊接接头工字钢。最后将对接成整幅的钢筋笼下放入槽，下放导管准备浇筑混凝土。

2.1.2 吊装工况分析

本次钢筋笼吊装主要分5个吊装工况，经4次吊钩转换后入槽，每个工况下主副吊车受力各不相同。

1)工况一：双机十八点抬吊(上段73.8 t)。该工况下(见图1)，此时钢筋笼的重量由主吊、副吊同时承担，结合吊点设置及受力分析，计算主副吊车的受力情况。

钢筋笼吊点布置的原则是使得钢筋笼受到的弯矩最小，根据弯矩平衡定律[1]，计算如下(见图2)。

计算分析如下：

其中，q为均布载；M为弯矩。

又2L1+5L2=42.15 m;因此L1=2.6,L2=7.4。

由此计算分析可以计算出钢筋笼的吊点布置位置，吊点位置为：

笼顶下1.4 m+8.5 m+8.5 m+7.15 m+7 m+7 m+2.6 m=42.15 m，重心距笼顶约21.1 m。

根据起吊时钢筋笼平衡得：

2T1+2T2=73.8 t

(1)

T1×1.4+T1/2×9.9+T1/2×17.4+T2×
25.55+T2/2×32.55+T2/2×39.55=73.8×21.1

(2)

由以上式(1),式(2)得：T1=16.26 t；T2=20.64 t。

平抬钢筋笼时主吊起重量为32.52，副吊起吊重量为41.28 t，因此为使得副吊吊重相对较小，可以适当调整吊点位置，以利于减小副吊吊重。

2)工况二[2-4]：钢筋笼转体至垂直(上段73.8 t)。该工况下(见图3)，为副吊的最大受力工况，受力为73.8×60%=44.28 t，而此时吊点总数为18点。

3)工况三：钢筋笼垂直运送至槽段(上段73.8 t)。

该工况下进行第一次吊点转换(见图4)，即副吊脱离吊装过程，吊点个数由18点转换为9点。此时，由主吊9吊点完全承担整个钢筋笼的重量，并通过施工道路将钢筋笼垂直运送至相应槽段。在该工况下，需要考虑行走状况下吊装验算，吊车吊重(钢筋笼重+吊具重)不得超过最大设计吊重的70%。为确保钢筋笼运输安全，同时获得吊车最大起重量，需要将吊车的回转半径控制在最小值。

4)工况四：上、下两段钢筋笼对接(钢筋笼总重91.5 t)。在该工况下(见图5)，上下两段钢筋笼在槽段口进行对接，对接完毕后继续下放钢筋笼。此时主吊受到的总重量为上下段钢筋笼及吊具重量之和，即95.5 t。该工况下，若钢筋笼下放顺利，则下段钢筋笼已进入槽段内，泥浆对钢筋笼的浮力未计算在内，且吊车处在非行走状态，吊车吊重控制在设计最大值之内。

考虑到实际施工中有可能需要将钢筋笼提升后重新下放。此时，一方面钢筋笼提升时，吊车不仅需要承受钢筋笼的重量，还要考虑到槽段侧壁对钢筋笼的摩阻力；而重新下放钢筋笼时，有可能出现往下的冲击力；因此在考虑钢筋笼整体下放时，考虑了1.1的动力系数。

5)工况五：钢筋笼对接后整体下放时的吊点转换。

该工况下，钢筋笼逐渐下放，当钢筋笼下放到吊点4位置时，需进行第二次吊点转换，即卸下吊点4处吊具；当继续下放到吊点3位置时，进行第三次吊点转换，将吊点移动至上方吊点2位置；当钢筋笼继续下放到吊点2位置时，进行第四次吊点转换，即移动吊点至吊攀1位置，吊点转换及吊点数量如图6吊点转换示意图。因此，在进行吊点受力计算时，最不利工况为6个吊点。

2.2 设计计算

吊装方案设计计算内容主要是吊装机械的选择与验算、钢筋笼吊点布置、施工用筋布置、钢丝绳验算、地基承载力验算等。

1)吊机选择与吊重验算。

该项目钢筋笼吊装采用18点双机抬吊法起吊，钢筋笼采用分节吊装，吊车选用主吊400 t和副吊180 t，主副吊机验算时，需要注意以下几个方面的内容:

最大吊重应分别考虑主副吊机在最不利工况下的荷载；考虑吊车负荷行走；考虑一定的动力(阻力)系数。

本吊装方案设计中对主吊的验算，考虑了两种不利工况组合。一是主吊最大负荷行走，即吊车负荷77.8 t(含吊具4 t)，吊车行走时安全折减系数0.7；二是主吊不行走时最大吊重95.5 t(上、下两段钢筋笼对接后)，此时考虑了实际施工时钢筋笼无法顺利下放这一不利工况，因此考虑钢筋笼需重新提升时槽段对钢筋笼的侧阻力，取动力(阻力)系数1.1。

2)焊缝验算。

施工各节点焊接要求必须满足规范要求[5,6]。实际施工中，需考虑操作的可行性，难免出现焊接部位单面焊，因此计算搁置钢板、吊点钢筋、吊点钢板等部位时需按单面焊缝进行计算复核；同时，施工中难免出现焊缝质量偏差，焊缝设计需留一定的安全余量，本次方案设计焊缝安全系数为1.5。

2.3 方案论证与建议

该项目经方案论证专家组评审，主要提出了以下几点建议：

1)考虑到钢筋笼吊装施工的便利，可根据钢筋笼规格重量的不同，分别进行吊装设计，以方便实际施工；

2)主吊最大吊重需要考虑上、下两段钢筋笼对接后的工况，尤其是遇到钢筋笼难以下放的情况，并考虑一定的动力系数；

3)钢筋笼吊装不仅需要进行吊机起吊能力、吊点钢筋受力、吊具受力等主要部位的验算，同时也需要重视主要受力点焊缝的验算。

3 钢筋笼吊装施工实践

3.1 合理安排地连墙首开与闭合幅

如图7所示，地下连续墙首开幅钢筋笼必须在钢筋笼两端设置止水板，即H型钢接头；连接幅是在钢筋笼的一侧设置H型钢接头；而闭合幅是与两个已完成的地连墙连接，无需在闭合幅钢筋笼设置H型钢接头。

结合地下连续墙钢筋笼笼重进行分析，钢筋笼重量可以分为H型钢接头重量和钢筋笼结构自身重量。该项目中采用的地连墙钢筋笼最重为91.5 t，若将其设置为首开幅，则钢筋笼总重91.5 t；若将其设置为闭合幅，则无需设置H型钢接头，钢筋笼重量可减轻至74 t(扣除2个H型钢接头约17.5 t)。

实际施工过程中通过合理安排首开幅、连接幅和闭合幅来调整钢筋笼重量，以降低钢筋笼实际吊重，达到降低风险、提高吊装安全系数的目的。

3.2 合理设置吊点钢筋与吊点数量

结合地下连续墙分幅与钢筋笼重量计算分析，钢筋笼最轻的仅46.1 t，而最重的钢筋笼重91.5 t。吊装设计方案中，一般仅考虑了最重的钢筋笼的吊装，本次吊装设计方案钢筋笼重91.5 t(吊具重达4 t)，那么对于重50 t的钢筋笼采用91.5 t的吊装方案显然是不合理的。为便于施工，节约材料，实际施工时对不同重量区间的钢筋笼分别进行吊装设计。通过合理选择吊具，合理配置吊点钢筋，适当减少吊点数量以便于实际施工。

4 结语

1)超深超重地连墙钢筋笼吊装设计时，需重点对吊点钢筋、搁置钢板等部位的受力情况进行分析设计，同时不能忽视这些部位的焊缝情况；避免出现总体吊装满足要求，而焊缝等细微环节出现问题。

2)钢筋笼吊装设计时，需根据吊装方法、吊装工况的不同，分别进行工况分析，以确定最不利工况；不同环节的受力分析，其最不利工况也可能不同。

3)对于H型钢接头的地连墙，H型钢重量占比较大，实际施工过程中通过合理安排首开幅、连接幅和闭合幅来调整钢筋笼重量，以降低钢筋笼实际吊重。

4)同一地连墙项目，若钢筋笼重量相差较大，实际施工时宜根据不同重量区间分别进行吊装验算，以便于吊装作业；通过合理选择吊具，合理配置吊点钢筋，适当减少吊点数量以便于施工。