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超深地下连续墙钢筋笼吊装技术

2014-10-26  兰狐狸

  摘 要 文章介绍了超深地下连续墙钢筋笼的结构、钢筋笼吊装受力件验算、现场吊车配置、吊装过程及吊装方法的比较。对超重、超长的钢筋笼采用350t履带吊(QUY350)作为主吊、150t吊车(神刚7150)作为副吊进行吊装更为安全可靠,通过对吊装受力件的验算,证明配置的吊装受力件是合理的,为同类工程提供借鉴。

 关键词 地下连续墙 钢筋笼 吊装方法 验算

  1 工程概况

  上海轨交车站汉中路站为12号线、13号线的交汇车站,并与已建成运营的1号线可实现三线换乘。该车站位于恒通路、恒丰路、光复路、梅园路围成的地块中;12号线汉中路车站为地下3层岛式车站(局部为地下4层),主体外包长189.07m、标准段外包宽21.2m,开挖深度23.86~25.71m;13号线车站为地下4层岛式车站(局部为地下5层),车站主体外包长204.4m,标准段外包宽21.5m,开挖深度30.83~32.63m。工程主体地下连续墙厚1.2m,12号线地下连续墙深47~49m,13号线地下连续墙深57~62m,均采用十字钢板接头形式。

  单幅地下连续墙钢筋笼的最重重量:13号线约90t,12号线为70t。由于13号线地下连续墙深度达62m,故钢筋笼吊装时需分为上、下两截(上半截钢筋笼长45.7m、重72t,与12号线整幅钢筋笼相似);然后再对接成整幅,采用双机抬吊法,350t吊机作为主吊,150t吊机作为副吊,确保钢筋笼的安全起吊并吊入槽内。故文章以介绍13号线钢筋笼吊装为主。

  2 钢筋笼结构

  根据吊装要求,对钢筋笼进行加固,设置相应的吊点及加固措施。

  1)为了防止钢筋笼在起吊过程中产生不可复原的变形,工程中各种形状的钢筋笼,均设置纵、横向桁架。每幅钢筋笼设置4道纵向桁架,其间距的布置原则由钢筋笼幅宽确定,并保证左右对称。横向桁架主要布置于吊点位置,并与纵向桁架相交,其余则按3m间距布置;桁架由Φ25“X”形钢筋构成。钢筋笼桁架布置见图1。

图1 钢筋笼桁架布置图

  2)钢筋笼吊点布置见图2,主吊车用12点,副吊车用12点,共24点,采用4道钢丝绳吊装钢筋笼。钢筋笼主吊前8个吊点采用40mm厚钢板,其余吊点采用Φ40圆钢。

图2 钢筋笼吊点布置图

  2)在下放钢筋笼过程中,在临时换钢丝绳时需要将钢筋笼暂时搁置在导墙上,故要在钢筋笼上焊制搁置钢板。每幅钢筋笼放置32块临时搁置钢板和8块最终搁置钢板,每次搁置钢筋笼时,搁置钢板的数量均为8块,钢筋笼前后两面各4块(见图4),而临时搁置钢板布置于吊点下750px左右,共32块,钢筋笼前后面各布置16块,从副吊第一排吊点开始布置,往上至主吊第一排,共4排。临时搁置钢板厚20mm,高150mm,宽250mm;最终搁置钢板厚40mm,高400mm,宽400mm。图3为钢筋笼搁置钢板布置图。

图3 搁置钢板平面布置图

  3)钢筋笼最终下放到设计标高后,需要用临时搁置梁穿入最终搁置钢板下,并搁置在导墙上,最终将钢筋笼固定在设计标高。图4为临时搁置梁示意图。

图4 临时搁置梁示意图

  3 钢筋笼吊装受力件验算

  3.1 钢丝绳

  吊装钢笼的主吊钢丝绳,使用6股×37丝的钢丝绳,单根长15m,设置4道纵向桁架,每道桁架布置3个吊点并采用2根钢丝绳,则4道桁架共计8根钢丝绳,钢丝绳直径为52mm。

  钢丝绳受力最大时为钢筋笼对接完毕下放时,8个点的4道钢丝绳要承受900kN钢筋笼的重量,即单根钢丝绳最大受力为112.5kN,见图5。

图5 吊点受力分解示意图

  钢丝绳允许拉力[Fg]=a×Fg/K(建筑施工手册,第四版)(1)

  式中:Fg—钢丝绳破断拉力总合,1705kN(起重吊装常用计算手册查得);

  a—换算系数,取0.82;

  K—安全系数,取6。

  计算得到:[Fg]=0.82×1705/6=233kN,大于单根钢丝绳最大受力(112.5kN),故吊点选用的钢丝绳满足要求。

  3.2 吊点

  钢筋笼采用6道共24个吊点吊装,其中350t主吊用于吊钢筋笼上部12个吊点。

  3.2.1 吊点钢板

  主吊前8个吊点采用厚40mm、高1450mm、宽400mm的钢板;每块吊点钢板有2个吊孔,见图6。

图6 吊点钢板简图

  钢筋笼对接完毕下放时,4块吊点钢板(8个吊孔),要承受90t钢筋笼的重量。

  1)吊点钢板吊孔孔壁局部受压设计承载力σcd计算如下:

  σcd=σcj×Fox(2)

  式中:局部受压承载力σcj=(αγgP)/(2rδ)(3)

  Fox—安全系数,取4

  α—动力系数,吊立过程取1.1;

  γ—荷载分项系数,取1.35;

  P—吊点钢板荷载,90t/8×1000×9.8N/kg=110250N;

  r—吊孔半径50mm;

  δ—吊点钢板厚度40mm。

  计算得:σcj=(1.1×1.35×110250)/(2×50×40)=41MPa

  σcd=41×4=164MPa

  根据钢结构规范,受拉强度设计值取205MPa,故满足吊装要求。

  2)吊点钢板吊孔孔壁受拉设计承载力σtd计算如下:

  σtd=σtj×Fox(4)

  吊点钢板吊孔孔壁受拉承载力σtj=σcj(R2+r2)/(R2-r2)(5)

  式中:σcj—吊耳孔壁局部受压承载力,41MPa;

  B—吊耳板宽度400mm;

  R—吊板半径,200mm;

  r—吊孔半径,50mm;

  Fox—安全系数,取4。

  计算得:σtj=41×(2002+502)/(2002-502)=46.5MPa

  σtd=σtj×Fox=46.5×4=186MPa  

  根据钢结构规范,受拉强度设计值取205MPa,故满足吊装要求。

  3)孔壁处剪应力τ的计算如下:

  τ=P/S1(6)

  式中:P—吊耳板荷载,110250N;

  S1—吊点钢板抗剪面积,S1=(R-r)×δ=(200-50)×40=6000mm2。

  计算得:τ=P/S1=110250/6000=18.4MPa

  孔壁处剪切设计应力τds=τ×Fox=18.4×4=73.6MPa。根据钢结构规范抗剪强度设计值取120MPa,故满足吊装要求。

  3.2.2 吊点钢筋

  起吊时24个吊点同时受力,在吊装、翻转的整个过程中,副吊150t吊车吊12个吊点所承受的重量应不大于钢筋笼重量的60%。副吊吊点采用Φ40圆钢。

  吊点钢筋抗剪fv计算如下:

  上半截钢筋笼重量WT1=72t;

  副吊承受钢筋笼的最大重量WT2=WT1×60%=72×60%=43.2t;

  副吊吊点数量Nh2=12个;每个吊点承受的重量F=WT2/Nh2=43.2/12=3.6t;

  每个吊点钢筋抗剪面积S2=3.14×202=1256mm2;

  根据钢结构规范抗剪强度设计值fS=120N/mm2

  fv=S2×fS=1256×120/9.8(N/kg)/1000(kg/t)=15t;

  F<fv(3.6<15)且主筋和吊筋共同受力,满足吊装要求。

  3.2.3 搁置钢板计算

  单块搁置钢板承受重量WT3=WT/8=90/8=11.25t;

  单块搁置钢板抗剪截面积S3=150×20=3000mm2;

  钢板抗剪fS=120N/mm2。

  每块搁置钢板允许抗剪FS=S3×fS/9.8(N/kg)/1000(kg/t)=36.7t

  Fs>WT3(36.7>11.25)满足要求。

  3.2.4 卸扣验算

  钢筋笼吊装过程中,钢丝绳与钢筋笼吊点全部由卸扣连接。卸扣承担着起吊过程中的钢丝绳传来的拉力,为了确保起吊安全,必须对卸扣进行验算。

  主吊最终是由8个卸扣吊起整幅钢筋笼的重量,所以,考虑选择25t的卸扣,则主吊卸扣能承担25×8=200t的重量,而钢筋笼重90t,因此,满足要求。

  副吊选用20t的卸扣,因副吊在整个钢筋笼吊装过程中,12个吊点的卸扣可承担20×12=240t的重量,大于60%钢筋笼重量(54t),因此,也满足要求。

  4 现场吊车配置

  1)轨交13号线地下连续墙最深为62m,钢筋笼长达61.45m,幅宽5m,按先行幅两侧十字钢板加钢筋笼总重约90t。考虑施工风险及吊车配置,钢筋笼分两截吊装,采用接驳器对接,上半截长45.7m,重72t,下半截长15.75m,重18t,见图7。

图7 两侧安装十字钢板的钢筋笼断面图

  2)工程主吊以最大起重量不大于吊车在载物行走情况下极限起重量的0.7倍为原则设置,副吊在起吊钢筋笼过程中所承担的最大重量为钢筋笼重量的60%,且考虑最大起重量不大于副吊极限起重量的0.8倍。按钢筋笼上半截45.7m钢筋笼配置,350t履带吊(QUY350)作为主吊,150t吊车(神刚7150)作为副吊。吊车配置计算参数见表1。

表1 吊车配置计算参数表

  5 钢筋笼吊装

  5.1吊装前准备工作

  1)主、副吊机应空负荷试车,用以确定吊机的初始站位、行走线路、最终作业站位、吊臂与周边地面附着物的相互关系,并借以协调主、副吊机之间的配合关系、吊机司机之间的沟通、磨合。

  2)吊装的所有设备及钢丝绳、卸扣等应保证完好,由机械、安全人员进行相应的检查。

  3)起重机工作时的行走、停放场地必须平坦坚实。起重机工作、行驶或停放时,应与沟槽保持安全距离,不得停放在斜坡上。

  4)检查各部位的安全装置齐全可靠;钢丝绳及连接部位应符合规定;燃油、润滑油、冷却水等应充足;各连接件无松动。

  5.2 钢筋笼起吊抬升

  先起吊下半截钢筋笼,并搁置于导墙上;然后,起吊上半截钢筋笼,再与下半截钢筋笼对接后整体下放入槽。上半截钢筋笼与下半截起吊抬升方法相同,具体如下:

  1)采用1台350t和1台150t履带式起重机互相配合。起吊时,先将钢筋笼缓缓抬离钢筋笼加工平台,然后升350t主吊钩、降150t副吊钩,最终由350t将钢筋笼凌空吊直。

  2)350t履带吊在吊运钢筋笼过程中必须使钢筋笼呈竖直悬吊状态。

  3)先将下段钢筋笼吊入槽内,用临时搁置梁挑住,暂搁在导墙上;再起吊上段钢筋笼,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焊接,重新拎起钢筋笼,使上下段(整幅)钢筋笼呈自然垂直状态,补焊水平钢筋、包角钢筋、保护层垫块;最后将对接成整幅的钢筋笼垂直下放入槽,且必须缓慢放下,切忌急速抛放,以防钢筋笼变形或造成槽段坍方。

  图8 为钢筋笼上半截抬吊方法示意图。

图8 钢筋笼上半截抬吊方法示意图

  4)当钢筋笼完全入槽后,用临时搁置梁穿在钢筋笼最终搁置钢板下,并搁置在导墙顶面上。校核钢筋笼入槽定位的平面位置与高程偏差,通过调整平面位置与高程,使钢筋笼最终位置符合设计要求。

  5)一般情况下,施工便道与钢筋笼制作场地平行;在钢筋笼的起吊过程中,主吊是通过转动臂幅和角度的调整来安放钢筋笼(双机抬吊时的位置基本和安放时的位置一致,都靠近已施工完毕的槽段,处于回转半径之内)。图9为吊装钢筋笼时的吊车位置示意图。

图9 钢筋笼吊装吊车位置示意图

  5.3 吊装方法比较

  1)对超重、超长的钢筋笼,可采用起重性能较高的主吊和满足起吊要求的副吊为原则的双机抬吊法,主吊的吊点受力要求及吊点间距都要大于副吊,主吊采用钢板作为吊点,搁置点也全部采用钢板。本工程的吊装方法能满足起吊要求、安全系数较高,其可稳定地运用于各种工地现场。

  2)另一种对超重、超长钢筋笼的吊装方法是主、副吊均采用起吊能力相仿的履带吊;在钢筋笼抬吊过程中,增加了副吊所承受的力,包括副吊的吊点及钢丝绳的数量,相对减少了主吊所承受的力、主吊的吊点及钢丝绳的数量、钢筋笼下放所需的时间;钢筋笼吊点及搁置点均采用圆钢。该方法也能满足起吊的要求,且在吊装速度上有优势。

  6 结语

  通过对所有吊装受力点按规范严格地进行验算,确定了正确的吊点规格、数量和位置,合理选用最合适的吊、索具。采用350t履带吊(QUY350)作为主吊、150t吊车(神刚7150)作为副吊的双机抬吊法,将200多幅钢筋笼均安全、平稳地起吊和下放到位,取得了良好的施工效果。




           

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