超深地下连续墙钢筋笼制作与吊装技术

超深地下连续墙钢筋笼制作与吊装技术摘要: 为解决超深地下连续墙钢筋笼几何尺寸大、整体刚度小、吊装重量大、定量控制钢筋笼的几何误差困难的问题，确定吊装机械、吊具验算、高空接长方案将是施工的关键。

根据技术规范和工程经验，设定了天津文化中心交通枢纽地铁工程超深地下连续墙钢筋笼的制作标准; 通过计算分析，掌握了超长钢筋笼吊装过程中需要注意的技术环节。

得出以下结论: 1) 制作允许偏差的严格执行有利于超长钢筋笼顺利进入槽孔; 2) 采用400 t 和150 t 履带吊双机吊装可满足起重量的要求; 3) 吊具安全验算应包括钢丝绳强度验算，主、副吊扁担验算和卸扣验算; 4) 超长钢筋笼必须采用分段制作、分段吊装、高空接长的方案，焊接与接驳器连接相比，质量和可操作性更高。

关键词: 超深地下连续墙; 钢筋笼; 吊装0 引言随着社会生产力的发展，城市建设规模不断扩大，深基础工程越来越多，施工条件也越来越受到周围环境的限制，部分深基础工程已经不能再用传统的方法进行施工。

如地铁车站深基础工程平面尺寸大、基坑开挖深、水文地质条件差、环境保护要求高，若采用钢板桩、灌注桩或搅拌桩等支护结构，难以保证工程自身和周围环境的安全，只有采用地下连续墙施工方法［1］。

根据功能需求和地质条件的特殊性，超深地下连续墙钢筋笼制作与吊装决定着后续工艺能否顺利开展，要求工程界对此进行深入研究。

李伟［2］在介绍55 m 超深地下连续墙的施工技术中，将重量达到475 kN 的钢筋笼分为3 节制作，采用主吊320t、副吊150t 的履带吊车，空中搭接焊接，分段钢筋笼采用钢板制作的铁扁担搁置在导墙上。

程瑞明［3］在阐述76．6 m 穿黄工程北岸竖井的围护结构超深地下连续墙中，将钢筋笼分为 3 节分别制作，所用吊车为1 台250 t 履带吊和1 台100 t 履带吊，用型钢插在吊点钢板下面，将钢筋笼架立在导墙上，定位后采用钢筋接驳器连接主筋、焊接箍筋、连接预埋管等。

张志威［4］、奥海波［5］、葛汉清［6］、秦鹏等［7］结合地下连续墙施工，介绍在保证吊装长大钢筋笼和接头桩的安全性、可靠性、使被吊物体不发生弹性变形和降低抗弯强度的情况下，选择起重设备、确定吊点位置、配备吊具，并介绍接头桩、钢筋笼的吊装过程及注意事项。

赵兴波等［8］通过对钢筋笼吊装进行有限元建模计算分析，确定施工参数，指导现场施工。

对比上述工程，天津文化中心交通枢纽地铁工程超深地下连续墙钢筋笼最大重量达到了880 kN，分段钢筋笼制作精度、空中连接方法以及在特定工程环境下的吊装安全性控制都将有所不同。

本文通过天津文化中心交通枢纽地铁工程超深地下连续墙钢筋笼的制作与吊装技术的介绍，对以上问题进行深入的研究。

1 工程概况天津文化中心交通枢纽工程地铁Z1 线为负3 层3 跨结构，基坑开挖深26 m，宽25．7 m，采用地下连续墙作为围护结构。

地下连续墙厚1 m，最大墙深67 m，在天津属于首次进行如此深的地下连续墙施工，在国内也名列前茅。

钢筋笼存在大量的Z 型、T 型、V 型、L型、Y 异型幅。

钢筋笼制作与吊装采用了“二段制作、二段吊装，空中对接、一次就位”的施工工艺。

该工程地下连续墙钢筋笼标准幅宽6 m，长64 m，鉴于Z1 线钢筋笼较长，其钢筋笼分2 段制作和吊装。

其中钢筋笼最长段为34 m，重量达到450 kN( 含接头工字钢和接驳器重量) ，吊具安全核算将按长度为34m 最重的钢筋笼进行。

2 超长钢筋笼制作钢筋笼按设计要求加工制作，在场地内设16 号槽钢拼装而成的钢筋笼加工平台。

钢筋笼制作前应核对单元槽段实际宽度与成型钢筋尺寸，无差异才能上平台制作。

地下连续墙主筋及加劲箍筋为HRB335 级、HRB400 级，箍筋为HPB235 级。

为保证钢筋笼在起吊过程中具有足够的刚度，采用增设纵、横向钢筋桁架及主筋平面上的斜拉条等措施。

钢筋笼主筋( ＜φ28) 接头采用“预热－闪光焊”，钢筋连接接头应相互错开，在同一截面内的接头面积百分率: 绑扎连接不宜大于50%，焊接连接不应大于50%。

筋笼主筋( ≥φ28) 接头采用机械连接，钢筋应严格按有关规定及标准要求进行除锈。

钢筋下料准确，切断钢筋严禁采用气割方法，保证钢筋的搭接长度、套筒的连接深度。

施工中为确保开挖后地下连续墙的钢筋预埋件位置正确，在钢筋笼上的预埋件均采用张拉麻线进行定位，并用经纬仪进行核正，各预埋件采用钢丝固定牢固。

安放钢筋笼时先测量搁置点、导墙顶的标高，计算出吊筋的长度，确保钢筋笼的位置正确，从而保证各预埋件位置的正确。

地面压接好半个接头的钢筋，应用方木垫好，防止接头部位被磕碰或污染，不得随意蹬踩钢筋或接头。

异形槽段钢筋笼在正常钢筋平台上加工，在钢筋笼加工的过程搭设钢管架，增强钢筋笼加工过程中的稳定。

为保证钢筋笼的几何位置，根据技术规范和工程经验，制定了超深地下连续墙钢筋笼制作规范( 见表1) 。

3 连续墙槽孔尺寸控制在钢筋笼安放过程中，由于成槽垂直度不够、钢筋笼随意吊装等原因，出现了钢筋笼不能下放而需要切割的情况。

控制垂直度的措施有: 1) 在墙体外侧进行加固处理; 2) 在成槽过程中，进入砂层之前，采用超声波对槽壁垂直度进行检测。

若不能满足要求，必须进行修整，提高砂层段垂直度精度。

成槽完成后，需再次进行超声波检测槽壁垂直度，确保钢筋笼顺利下放。

检测断面包括横向 3 个断面和纵向两端端头，共5 个断面( 见图1) 。

由于钢筋笼较长且采用刚度较大的工字钢接头，槽壁垂直度判定标准需比规范要求提高，即整个槽壁最大垂直度不超过3‰，局部10 m 范围内垂直度不应超过2‰。

4 超长钢筋笼吊装4．1 吊机选型对于墙厚1 m 的钢筋笼，当钢筋笼完全由主吊吊起时，起吊高度为以下几项相加: 1) 钢筋笼长度( 以最长的钢筋笼计算) 34 m; 2) 扁担下钢丝绳长度( 钢丝绳角度以50°计算) = ( 22 －14) /2 －0．95=3．05 m; 3) 扁担以上钢丝绳长度=2．7/2 ×31 /2= 2．34，取2．5 m; 4) 吊机吊钩约1m。

起吊高度H =34m +3．05m +2．5m +1m =40．55 m。

4．1．1 主吊机选型主吊机采用400 t 履带吊车，当拔杆长取54 m，回转半径为12 m 时，提升高度为52．8 m ＞40．55 m，最大起重量为963 kN ＞450 kN( 经对设计图纸计算得到的钢筋笼最大重量) ，满足施工要求，所以主吊车选400t，拔杆长取54 m( 见表2) 。

4．1．2 副吊机选型副吊机采用150 t 履带吊车，当拔杆取48．75 m，回转半径为12 m 时，提升高度为47．08 m ＞40．55 m，最大起重量为497 kN ＞450 kN( 见表3) 。

4．2 吊具核算4．2．1 钢丝绳强度验算4．2．1．1 主吊机扁担上挂钩下钢丝绳验算见图2。

1) 钢丝绳直径为43 mm，查得破断拉力总和p =975．5 kN，钢丝绳破断拉力换算系数a = 0．82，强度储备系数k =5。

2) 换算强度S = ap / k = 0．82 × 975．5 /5 = 160 kN。

3) 钢丝绳受力( 夹角按60 ° 计算) p' = 450 kN ×2 /31 /2/4 = 130 ＜S = 160 kN。

安全系数F =160/130 =1．23，此部位钢丝绳满足要求。

4．2．1．2 主吊机扁担下挂钢丝绳验算见图3。

1) 钢丝绳直径为43 mm，查得破断拉力p =975．5 kN。

2) 换算强度S = ap / k =0．82 ×975．5 /5 =160 kN。

3) 本钢丝绳在钢筋笼立起时受力最大。

4) 钢丝绳受力p' = 450 kN /4 = 112．5 ＜S。

安全系数F =160/112．5 =1．42，此部位钢丝绳满足要求。

4．2．1．3 副吊机扁担上吊机挂钩下钢丝绳验算见图4。

1) 副吊机最大起重力计算。

经过分析，钢筋笼平放时副吊机受力最大。

2) 钢筋笼重量为450 kN。

3) p' = 450 × 80% = 360 kN( 假定副吊机在最不利情况下承受80%重量) 。

4) 此部位钢丝绳使用直径为43 mm，换算强度S =160 kN。

5) 钢丝绳受力( 夹角按60 ° 计算) p' = 360 kN ×2 /31 /2/4 = 103．9 kN ＜S。

安全系数F =160/103．9 =1．54，此部位钢丝绳满足要求。

4．2．1．4 副吊机扁担下钢丝绳验算见图5。

1) 本部位使用的直径为28 mm，查得p = 414．6 kN。

2) 换算强度S = ap / k = 0．82 × 414．6 /5 = 68 kN。

3) 根据钢丝绳的缠绕方式，设钢丝绳受拉力为p'，由力的平衡: 2p' + 21 /2/2 × 2p' = 180 kN，可求得p' =52．7 kN ＜S。

安全系数F =68/52．7 =1．29，此部位钢丝绳满足要求。

4．2．2 主、副起吊扁担验算本工程主吊机采用800 kN，副吊机采用500 kN 的扁担，而钢筋笼最重约为450kN，副吊机在最不利情况下承受80% 重量为360 kN，故主、副起吊扁担满足起吊安全的要求。

4．2．3 卸扣验算由抬吊过程可知，当钢筋笼安全竖起时，对主吊机卸扣来说为最不利情况，此时由4 只卸扣承担整幅钢筋笼重量。

本工程主吊机均采用250 kN 卸扣，钢筋笼竖起时主吊卸扣为250kN ×4 =1 000 kN ＞450 kN，满足起吊安全要求。

副吊机均采用160 kN 卸扣，抬吊过程中160 kN ×4 = 640 kN ＞450 kN × 80% = 360 kN，满足起吊安全要求。

4．3 接长钢筋笼吊装验算根据表2 的数据，400t 吊车在起吊2 节钢筋笼时，离槽边最大距离不超过12 m，既满足起重要求，也将满足起吊高度要求。

吊装效果如图6 所示。

2 节钢筋笼在孔口连接后的起吊如图7 所示。

计算过程同前，采用双扁担吊装，其中主扁担承载力为800 kN、副扁担承载力为500 kN，钢筋笼最重约为880 kN，安全系数 F 达到1 300 /880 = 1．48; 扁担上、下的钢丝绳直径尺寸都采用43 mm，主副扁担承担荷载分别为540 kN 和340 kN，主扁担钢丝绳安全系数F =160 / ( 540 × 2 /31 /2/4) = 1．02，副扁担钢丝绳F = 160 /( 340 ×2/31 /2/4) = 1．60，满足强度设计要求。