地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝參數(shù)的驗(yàn)算與選擇

董建忠, 沈 斌

(浙江省大成建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310012)

地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝參數(shù)的驗(yàn)算與選擇

董建忠, 沈 斌

(浙江省大成建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310012)

通過對(duì)哈爾濱地鐵2號(hào)線工人文化宮站地下連續(xù)墻鋼筋籠長度及厚度的研究，工程鋼筋籠長度長，厚度小，整體剛度小。介紹了采用15點(diǎn)起吊的吊裝技術(shù)，并通過對(duì)其吊點(diǎn)、鋼絲繩、扁擔(dān)等參數(shù)的驗(yàn)算與選擇，提供了一種經(jīng)濟(jì)、合理、科學(xué)、安全的吊裝方法，對(duì)類似地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝具有一定的指導(dǎo)意義。

地下連續(xù)墻；鋼筋籠吊裝；整體剛度

0 引言

城市軌道交通施工環(huán)境復(fù)雜，周邊構(gòu)建筑物眾多、人口密集、車流量較大，地下連續(xù)墻施工時(shí)鋼筋籠吊裝安全風(fēng)險(xiǎn)極大，方案籌劃不當(dāng)易引發(fā)吊裝安全事故。因此，如何安全、合理地選擇吊點(diǎn)位置、起吊方式至關(guān)重要。

通過對(duì)哈爾濱地鐵2號(hào)線工人文化宮站地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝方案的籌劃、計(jì)算，在確保吊裝安全控制的同時(shí)，達(dá)到提高施工工效和成本優(yōu)化的目的，可為同類工程的施工提供借鑒和參考。

1 工程概況

哈爾濱地鐵2號(hào)線工人文化宮站位于中山路工人文化宮附近，沿中山路布置，呈西北—東南走向，橫跨革新街和巴陵街。該站地處哈爾濱市市區(qū)中心繁華地區(qū)，市域交通南北干道上，用地緊張，交通量大。

車站采用明挖順筑法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用600 mm厚地下連續(xù)墻，總延長米為508 m，共計(jì)90幅墻，地連墻設(shè)計(jì)深度為標(biāo)準(zhǔn)段43.605 m，小里程盾構(gòu)始發(fā)井段設(shè)計(jì)深度44.885 m，大里程端頭設(shè)計(jì)深度47.184 m。幅間采用十字鋼板接頭。

2 鋼筋籠設(shè)計(jì)概況

主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻鋼筋籠主筋為?28、25 mm螺紋鋼筋，本次涉及的地下連續(xù)墻分別為一字形、L形及Z形。所有地連墻中，質(zhì)量最大的為WE1—WE9槽段，約為27.355 t，考慮注漿管、預(yù)埋件、鋼筋籠吊裝加固鋼筋、十字止水鋼板、吊具等，總質(zhì)量以39.24 t計(jì)。

3 起吊鋼筋籠難點(diǎn)分析

(1)地下連續(xù)墻深度為47 m，厚度為600 mm，鋼筋籠長度為45.2 m。在這樣的厚度條件下成槽深度達(dá)到47 m，在國內(nèi)城市軌道交通工程建設(shè)方面尚屬少見。

(2)鋼筋籠籠長為45.2 m，其中構(gòu)造筋為15.2 m，且構(gòu)造筋主筋為三級(jí)鋼?25@300 mm，分布筋為三級(jí)鋼?16@300 mm，構(gòu)造筋部分整體剛度小，起吊時(shí)容易變形。

(3)鋼筋籠采用四榀桁架，桁架主筋為三級(jí)鋼?25 mm，桁架筋為三級(jí)鋼?22 mmW型，整體剛度小，穩(wěn)定性差。

(4)鋼筋籠籠長>40 m，整體剛度小，容易變形，按要求需分節(jié)起吊。

4 針對(duì)性措施

(1)鋼筋籠采用15個(gè)吊點(diǎn)整體吊裝。其中主吊6個(gè)吊點(diǎn)，副吊9個(gè)吊點(diǎn)(見圖1)。使鋼筋籠受力更加均勻，減少了應(yīng)力集中，變形小，符合起吊的安全性。

圖1 鋼筋籠吊裝示意圖

(2)增加桁架數(shù)量：桁架由4榀增加至5榀。同時(shí)W形桁架筋由三級(jí)鋼?22 mm增加為三級(jí)鋼?25 mm。確保鋼筋籠整體起吊的剛度及穩(wěn)定性。

5 吊裝參數(shù)的驗(yàn)算及選擇

5.1 吊車配置計(jì)算參數(shù)與選擇

吊車配置計(jì)算參數(shù)見表1，吊車的性能參數(shù)見表2、3。

表1 吊車配置計(jì)算參數(shù)

表2 QUY260型(260 t)吊車性能參數(shù)表 /t

5.2 吊裝高度的確定(參見圖2)

(1)鋼筋籠長度h3=45.2-0.8=44.4 m。

表3 QUY150型(150 t)吊車性能參數(shù)表 /t

圖2 吊裝高度示意圖

(2)扁擔(dān)下鋼絲繩長度h2，按4 m計(jì)。

(3)扁擔(dān)至吊鉤的距離h1約2.5 m，吊機(jī)吊鉤至吊機(jī)頂距離b取3.5 m。

(4)扁擔(dān)高度h0=1 m(包含上下吊環(huán))，離地面高度h4大約0.5 m。

(5)h0+h1+h2+b=11.0 m，BC=3 m，arctan11/3=75°(查表)

(6)又因?yàn)镼UY260型吊車主臂變幅角為30°～81°，因此該吊車最大角度為75°。

(7)主吊：H+b=h0+h1+h2+h3+h4+b=55.9 m，臂長=55.9/sin75°=57.87 m，回轉(zhuǎn)半徑R=cos75°×57.87=14.97 m。

(8)查表2得主吊選擇60 m臂長，回旋半徑為16 m，得出主臂荷載為61.2 t>39.24/0.8=49.05 t(0.8為安全系數(shù))，因此滿足要求。

(9)副吊選擇37 m臂長，回旋半徑為10 m，得出荷載為64.6 t>31.39/0.8=39.23 t(0.8為安全系數(shù))，因此滿足要求。

5.3 吊點(diǎn)位置的確定

如果吊點(diǎn)位置計(jì)算不準(zhǔn)確，鋼筋籠會(huì)產(chǎn)生較大撓曲變形，使焊縫開裂，整體結(jié)構(gòu)散架，無法起吊。現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)鋼筋籠為例作以下闡述。

根據(jù)彎矩平衡定律，正負(fù)彎矩相等時(shí)所受彎矩變形最小的原理，計(jì)算如下(如圖3)。

圖3 鋼筋籠彎矩計(jì)算圖

+M=-M

+M=qL12/2

-M=qL22/8-qL12/2

式中：q——均布載荷；M——彎矩。

又：2L1+4L2=44.4

所以：L1=3.33m； L2=9.4m

為方便吊裝及鋼絲繩的掛鉤，將B吊點(diǎn)設(shè)置在冠梁底部位置最合適，故B點(diǎn)向前移動(dòng)，與A點(diǎn)重合，其余各點(diǎn)間距均分，因此選取B、C、D、E、F的5個(gè)點(diǎn)起吊時(shí)彎矩最小，實(shí)際吊裝過程中B、C中心是主吊位置，D、E、F點(diǎn)為副吊位置。

LBC=LCD=LDE=LEF=10.26m

LFG=3.33m

5.4 鋼絲繩、卸扣的選擇及驗(yàn)算

5.4.1 鋼絲繩

每一分支受力情況，頂角為a=60°，本工程最大鋼筋網(wǎng)片質(zhì)量39.24t，即重力為384552N，用繩扣捆系吊裝，所有鋼絲繩采用同一型號(hào)，根據(jù)圖4所示，鋼絲繩1(籠頂位置鋼絲繩)受力大，吊索分支數(shù)為2根，其對(duì)角線分支頂端夾角為60°，計(jì)算時(shí)擬取其作為鋼絲繩選型標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 鋼絲繩示意圖

式中：S——鋼絲繩的允許拉力，N；Q——吊物重，N；n——吊索分支數(shù)。

鋼絲繩破斷拉力，取安全系數(shù)k=7,Pp=Sk=192276×7=1345932N。

鋼絲繩直徑，因鋼絲繩抗拉強(qiáng)度未有明確要求，按抗拉強(qiáng)度1850MPa計(jì)：

式中：d——鋼絲繩直徑，mm；Pp——鋼絲繩的破斷拉力，N；0.3——系數(shù)；σ——抗拉強(qiáng)度，MPa。

由驗(yàn)算可得鋼絲繩1選用6×37類，直徑為52 mm，抗拉強(qiáng)度為1850 MPa的鋼絲繩。(由起重吊裝常用計(jì)算手冊(cè)查得，以下類同)

當(dāng)主吊起吊后，3根鋼絲繩2(主吊滑輪處鋼絲繩)承受整體鋼筋籠的重力。鋼絲繩2的受力情況參見圖5所示。

圖5 鋼絲繩2受力示意圖

擬取其作為鋼絲繩選型標(biāo)準(zhǔn)。

S=Q/n=384552/3=128184 N

鋼絲繩破斷拉力，取安全系數(shù)k=7 ，Pp=Sk=128184×7=897288 N

由驗(yàn)算可得鋼絲繩2選用6×37類，直徑為43 mm，抗拉強(qiáng)度為1850 MPa的鋼絲繩。

副吊在起吊時(shí)承受最大的力可占整個(gè)鋼筋籠總重的80%，因此副吊承受最大吊重為307.6 kN。

同理計(jì)算出：

鋼絲繩3、4、5分別選用6×37類，直徑為26、36.5、47.5 mm，抗拉強(qiáng)度為1850 MPa的鋼絲繩。

5.4.2 卸扣

本工程最大鋼筋網(wǎng)片質(zhì)量39.24 t。卸扣的選擇與主副吊鋼絲繩最大受力有關(guān)。主吊卸扣最大受力在鋼筋籠完全豎立時(shí)，副吊卸扣最大受力在鋼筋籠平放吊起時(shí)。

主吊卸扣選擇：

所以卸扣1、卸扣2、滑輪選擇45 t的規(guī)格。

卸扣3選擇：

考慮到未知因素，所以卸扣3選擇30 t規(guī)格。

副吊的吊具同理可計(jì)算出：卸扣4、5選擇40 t規(guī)格，滑輪2選擇40 t規(guī)格，卸扣6、7選擇20 t規(guī)格。5.5 扁擔(dān)驗(yàn)算

扁擔(dān)采用厚度為50 mm的鋼板加工，孔徑均為90 mm，扁擔(dān)長4 m，寬600 mm，如圖6所示。

圖6 鋼扁擔(dān)尺寸示意圖

5.5.1 鋼扁擔(dān)尺寸以及材料參數(shù)

鋼扁擔(dān)采用45號(hào)鋼板加工制作而成,鋼抗拉強(qiáng)度為600 MPa，屈服強(qiáng)度為355 MPa，抗剪強(qiáng)度為410 MPa。 擠壓強(qiáng)度為拉伸強(qiáng)度的2～2.5倍。

5.5.2 鋼扁擔(dān)抗力計(jì)算

(1)扁擔(dān)最大承載計(jì)算

由圖7可知扁擔(dān)橫向最大橫截面積為：

圖7 扁擔(dān)最小截面示意圖

A=(50×4000-5×50×90)×10-6=0.1775 m2

則豎向承受最大拉伸荷載為：

F=δA=600×106×0.1775=106.5×103kN

即此種型號(hào)扁擔(dān)豎向可承受10650 t。

(2)鋼扁擔(dān)孔周承載計(jì)算

計(jì)算面積為：

上部：A1=120×100×10-6=0.012 m2

下部：A2=100×100×10-6=0.01 m2

則單孔承受最大剪力為：

上部：Q1=δA1=410×0.012×106=4.92×106N

下部：Q2=δA2=410×0.01×106=4.1×106N

即，上部為492 t，下部為410 t。

綜上，從最大拉伸考慮，鋼扁擔(dān)可承受最大起吊質(zhì)量為10650 t；從單孔周邊最大承載來考慮，鋼扁擔(dān)可起吊最大質(zhì)量為492 t×2=984 t和410 t×5=2050 t。

故比較以上可知，此種型號(hào)鋼扁擔(dān)可起吊最大質(zhì)量為2050 t,取安全系數(shù)為6，則此種型號(hào)扁擔(dān)起吊質(zhì)量為2050 t/6=341 t,而最大鋼筋籠質(zhì)量為39.24 t，滿足要求。

5.6 吊環(huán)鋼筋設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

在鋼筋籠垂直下放入槽時(shí)，鋼筋籠上部4個(gè)吊環(huán)鋼筋承受全部質(zhì)量，吊筋直徑擬采用32 mm。

吊物的質(zhì)量公式為：

G=ANF0/g

式中：G——吊物質(zhì)量，kg；A——吊筋截面積，mm2；N——吊筋數(shù)量，為8；F0——圓鋼抗拉強(qiáng)度， 235 MPa；g——重力加速度，9.8 m/s2。

A=39.24×1000×9.8÷235÷8=204 mm2

由以上計(jì)算結(jié)果可知：吊環(huán)鋼筋采用?32 mm能夠滿足要求。

依次類推，每幅鋼筋籠各水平吊點(diǎn)均設(shè)置在主筋桁架上，采用?32 mm鋼筋均能夠滿足要求。

6 結(jié)語

通過哈爾濱地鐵2號(hào)線工人文化宮站地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝實(shí)例,選擇符合工程實(shí)際的鋼筋籠吊裝方法,科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)地應(yīng)用吊裝技術(shù),保證了整個(gè)起吊過程的合理性和用具的安全性。并且積累了一定的施工經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 黃晨光，陳江偉，等.武漢綠地中心工程地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝技術(shù)[J].施工技術(shù)，2015,(4).

[2] 楊文淵.起重吊裝常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2007.

[3] 楊寶珠，邵強(qiáng),等.超深、超大地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝過程研究[J].工業(yè)建筑,2013,43(7).

[4] 葉松.地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝技術(shù)措施分析[J].城市建筑,2016,(8).

[5] 張錕.超大地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝方案比選與優(yōu)化[J].鐵道建筑技術(shù),2014,(9).

[6] 周冠南.地下連續(xù)墻鋼筋籠吊點(diǎn)設(shè)置與加固[J].城市軌道交通研究,2012,15(12).

[7] 張革軍.超深超重地下連續(xù)墻鋼筋籠整體吊裝技術(shù)[J].市政技術(shù),2014,(S1).

[8] 李少利.超深地下連續(xù)墻鋼筋籠制作與吊裝技術(shù)[J].隧道建設(shè),2011,31(6).

[9] 方衛(wèi).GFRP筋在超長地下連續(xù)墻鋼筋籠中的應(yīng)用及籠體吊裝施工的研究[J].建筑施工,2009,31(9).

[10] 劉聰，顧建平,等.地下連續(xù)墻大型鋼筋籠吊裝驗(yàn)算[J].建設(shè)科技,2015,(11).

Checking Calculation and Selection on Hoisting Parameters of Diaphragm Wall Reinforcement Cage/

DONGJian-zhong,SHENBin

(Zhejiang Dacheng Construction Group Co., Ltd., Hangzhou Zhejiang 310012, China)

In view of long length, small thickness and small integral rigidity of the diaphragm wall reinforcement cage of Harbin Metro Line 2, 15-point lifting hoisting method was adopted. By the checking calculation and selection on the parameters of the hanging points, wire rope and carrying poles, an economic, reasonable, scientific and safe hoisting method was provided, which has a certain reference for hoisting the similar diaphragm wall reinforcement cage.

diaphragm wall; reinforcement cage hoisting; integral rigidity

2016-07-24;

2016-12-05

董建忠，男，漢族，1980年生，高級(jí)工程師，從事巖土工程施工管理工作，主要研究深基坑工程及地下空間開發(fā)，浙江省杭州市文三路20號(hào)建工大廈副樓4樓市政基礎(chǔ)公司，65010190@qq.com。

U655.54+4.6

A

1672-7428(2017)02-0082-04