新型环保大直径钢筋笼吊筋施工工艺的优化与应用

■张鑫平

（泉州台商投资区城市建设发展有限公司，泉州 362000）

1 工程简介

某大桥及连接线工程主线桥梁总长1 427 m，主桥设计为（75+120+75）m 变截面预应力混凝土连续箱梁，双幅设计，单幅梁宽23.5 m。 其中12#、13#主墩基础为32 根直径2.5 m 钻孔灌注桩。主桥桥型布置图见图1。

图1 主桥桥型布置图

主墩桩长达59 m，桩基顶到钢平台空孔深度达15 m。钢筋笼采用直径32 mm 主筋，外径为2.39 m，单个重量达24.86 t。由于钢筋笼自重达，空孔较深，采用常规的带吊耳的吊筋与钢筋主筋焊接，施工效率低，且钢筋笼定位精度低，吊筋承重穿杠承载力要求高。

2 钢筋笼吊筋连接工艺对比优化

2.1 专门设计吊筋吊具装置施工工艺

吊具设计及制作：根据钢护筒和钢筋笼直径设计环形定位承重平台[1]（图2），根据钢筋笼自重，设计专用吊耳。 根据设计图纸进行环形平台及吊耳加工制作。 吊耳固定焊接：根据钢筋笼直径尺寸，在末节钢筋笼设计位置将吊耳与钢筋笼焊接，焊接应满足设计要求[2]。 钢筋笼下放：将环形平台吊至钢护筒上方，并根据桩位中心精准定位放置固定，下放至末节钢筋笼时将吊筋与吊耳安装固定，下放到位后将吊筋与环形承重平台安装固定。

图2 专门设计吊筋吊具定位承重装置

2.2 传统常规钢筋笼吊筋施工工艺

吊筋加工制作：根据钢筋笼直径选择设置吊筋数量，计算单个钢筋笼最大重量选择大于等于钢筋笼主筋直径的钢筋作为吊筋制作原材料。 通过钢筋弯曲机将钢筋制作加工成吊耳的吊筋。 吊筋下料长度=吊筋与钢筋笼焊接有效长度（正常为10 d）+预留偏差调节长度（20 cm）+吊筋有效长度+吊耳制作长度。 吊筋安装：钢筋笼下放到位后，量出吊筋的有效长度并做好标记， 将吊筋与钢筋笼主筋进行焊接[3]，焊接完成后将支撑梁穿过吊耳进行定位固定。 传统吊筋安装见图3。

图3 传统吊筋焊接与定位

现场浇灌水上首根2.5 m 大直径桩基为12#主墩12#-4 桩基，钢筋笼定位固定采用传统焊接吊筋工艺施工。 由于钢筋笼直径较大且吊筋有效长度达14.3 m， 为保证钢筋笼下放定位及桩基砼浇筑过程不发生钢筋笼偏位上浮等现象，共设置4 根与主筋等直径32 mm 钢筋作为吊筋。 吊筋焊接就位后，将工12 支撑梁穿过吊耳进行定位固定， 采用2 个吊耳共用1 根工12 的支撑梁作为支撑固定。

由于桩基长度较长且钢筋笼主筋数量多，钢筋笼节段间连接时间较长，在吊筋焊接过程及最后定位产生了一系列问题，具体如下：（1）钢筋笼重达24.86 t，为保证接头焊接质量且焊缝长度较长，焊接时间较长、效率低；（2）吊筋长度较长，与钢筋笼主筋焊接时存在长度偏差，导致吊筋受力不均匀；（3）吊筋采用钢筋制作，由于钢筋抗剪强度较小，吊耳受力点容易产生剪切破坏；（4）支撑梁承载能力考虑不周，在吊筋受力不均时，容易产生局部变形。

为保证水上大直径深空孔的钢筋笼快速精准进行吊筋安装及定位，结合传统吊筋施工和针对大直径钢筋笼下放专用吊具分析对比，研究出一种新型快速经济环保大直径钢筋笼吊筋施工工艺。

2.3 新型快速经济环保钢筋笼吊筋施工工艺

新型吊筋施工方式推翻传统焊接工艺，全部改为机械连接方式，且取消吊耳，优化改进支撑梁，使吊点受力处亦可采用机械套筒受力，充分利用钢筋抗拉强度。末节钢筋笼主筋车丝：主墩2.5 m 桩基钢筋笼主筋设计采用48 根直径为32 mm 钢筋，为保证吊筋受力均匀，在钢筋笼末节制作时，需保证第1、12、24、36 根主筋接头车丝（可将相邻主筋进行车丝， 以防丝牙受损备用）， 满足与吊筋进行套筒连接。 末节钢筋笼制作完成后及时用保护套对外露丝牙进行保护。 吊筋下料加工：计算吊筋有效长度，根据长度进行下料车丝。 与钢筋笼主筋连接接头采用半丝加工（即1/2 套筒长度），固定端采用全丝加工，保证固定时可进行调节保持钢筋笼受力平衡。 吊筋套筒连接：钢筋笼末节下放完成后，通过履带吊副钩将4 根吊筋提升以便与钢筋笼主筋进行套筒连接， 连接完成后将套筒外部与吊筋进行点焊成固定，方便后续拆除。 钢筋笼吊筋定位安装：根据桩位中心，固定支撑梁位置保证钢筋笼中轴线不发生偏移，将吊筋穿过支撑梁，安装钢垫板调节吊筋长度，安装套筒进行固定。 新型吊筋安装见图4。

图4 新型吊筋连接与定位固定图

吊筋回收利用：桩基砼灌注完成后，待砼终凝后，拆除固定端套筒后，将扭力扳手夹紧吊筋转动即可拆除吊筋和连接套筒进行重复使用。

3 新型吊筋施工工艺受力计算

主桥为2.5 m 大直径桩基且长度达59 m，钢筋笼重达24.86 t， 为保证钢筋笼安全精准下放到位，对吊筋系统进行受力验算。

3.1 单根吊筋受力验算

单个钢筋笼重24.86 t，单根吊筋需承担62.15 kN，吊筋采用与主筋同直径32 mm 钢筋加工制作，Φ32 mm 钢筋抗拉强度σ=540 MPa， 有效计算截面积As=804.2 mm2。

吊筋本身破坏受拉力：F1=σAs=540×804.2=434.268 kN＞62.15 kN，吊筋满足受力要求。

根据钢筋机械连接检验报告，套筒连接工艺强度大于钢筋母材本身强度， 考虑到吊筋及套筒周转重复使用，套筒连接接头按母材强度0.5 系数进行折减，吊筋连接接头处破坏力：F2=0.5×F1=217.134 kN＞62.15 kN,机械连接接头满足受力要求[4]。

故采用4 根直径32 mm 钢筋作为吊筋能满足钢筋笼承重要求。

3.2 单根支撑梁受力验算

支撑材料为3 m 长双拼槽钢20a， 截面上下对称，截面面积A=5 704 mm2，自重W=0.439 kN/m 计算时考虑放大1.2 系数，面积矩S=207 214 mm3，抗弯惯性矩I=35 296 061 mm4， 抗弯模量W=352 961 mm3，塑性发展系数γ= 1.05； 荷载组合按1.3 恒载考虑。荷载按集中荷载考虑，62.15 kN， 距离梁端0.66 m，受力示意见图5。根据《钢结构设计规范》[5]计算强度及稳定性

图5 单根支撑梁受力示意图

验算。

3.2.1 强度应力

最大剪应力

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，满足规范要求。

最大正应力

σ=Mmax/γ/W

=（81.82×0.66）/1.05/352961×106

=145.7 MPa≤f=215 MPa，满足规范要求。

3.2.2 稳定应力

闭合截面，整体稳定系数φb= 1.0

最大压应力

σ=Mmax/φb/W

=（81.82×0.66）/1.00/352961×106

=153 MPa≤f=215 MPa，满足规范要求。

3.2.3 局部稳定

腹板稳定验算：

腹板高hw=178 mm，腹板厚tw=7.0 mm

翼缘稳定验算：

两腹板间受压翼缘宽度b0=132.0 mm，厚度t=

11.0 mm

4 新型钢筋笼吊筋工艺应用

为验证新型吊筋施工工艺优越性，主桥13# 墩13#-5 桩基吊筋采用机械接头及优化后支撑梁施工。 吊筋安装过程比传统焊接速度快，时间短，且支撑梁为未发生局部变形。 为详细分析该施工工艺的经济实用性，将与传统工艺、专门设计吊具工艺进行研究对比，具体分析见表1。

表1 钢筋笼吊筋工艺方案对比

通过对比分析可知，采用机械连接吊筋施工工艺，大大提高安装效率和钢筋笼精准定位，吊筋使用既有效减少材料投入又能实现可周转重复利用，提高吊筋利用率，节约成本投入。 采用套筒连接，可减少有害气体产生，安装快速且环保。 该工艺操作简单，安装迅速，精准定位且节能环保，在后续主桥桩基钢筋笼下放中得到了充分运用。

新型快速环保大直径钢筋笼吊筋施工工艺在主桥桩基钢筋笼下放中取得了一系列的成果，具体如下：（1）吊筋下料长度减短，主桥64 根桩基可节约32 mm 钢筋原材料约2.5 t， 节省经济成本约5500×2.5=13750 元；（2）主桥64 根桩基，投入4 套吊筋系统即可实现周转使用， 减少吊筋投入约21.66 t，节省经济成本约5500×21.66=119130 元（单根吊筋平均有效长度14.3 m，单个钢筋笼需投入吊筋约14.3×4×6.31=361 kg，减少60 套吊筋投入共计361×60=21.66 t）；（3）施工功效提升，实现快速安装，采用焊接时单套钢筋笼吊筋焊接长达60 min，采用套筒连接只需10 min 即可完成，施工速度较焊接快5 倍， 单根桩基可节省时间50 min，64 根桩基可节约53 个工时；（4）钢筋笼中心精准定位，支撑梁根据桩位中心提前计算摆平，桩头破除后钢筋笼中整体偏位控制在0.5～1.5 cm；（5）绿色环保，机械连接过程不产生有害气体减少对空气污染。

5 结语

新型快速环保大直径钢筋笼吊筋施工工艺，在主桥大直径钢筋笼下放中得以成功运用，为项目节省成本约13.29 万元，减少53 个工时投入，提高定位精度钢筋笼中心偏差控制在0.5～1.5 cm。 该工艺不仅操作简单、快速且资源投入少，又可实现重复使用、绿色环保无污染，对于超长、大直径、钢筋笼自重大且位于环境敏感保护区桩基施工具有良好运用前景。 该工艺在其他桩基类型中同样具有广泛的运用前景，不仅能提高桩基质量控制，也可以为项目实现创本增效，提高项目经济效益。