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地下连续墙钢筋笼起重吊装受力分析及地基承载力研究

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：姜桂军

[导读] 摘要：地下连续墙钢筋笼起重吊装安全验算主要涉及的内容有设备选用、吊点位置计算、主吊把杆长度验算、吊具强度验算、吊点验算、搁置钢筋验算、吊筋焊接验算、主吊扁担验算、搁置扁担验算、地基承载力验算等。

        浙江双圆工程监理咨询有限公司浙江金华 321000
        摘要：地下连续墙钢筋笼起重吊装安全验算主要涉及的内容有设备选用、吊点位置计算、主吊把杆长度验算、吊具强度验算、吊点验算、搁置钢筋验算、吊筋焊接验算、主吊扁担验算、搁置扁担验算、地基承载力验算等。文章在深入了解履带起重机设备性能及工作机理的基础上，以地铁主体围护结构施工为例，针对最不利工况下需进行的设备验算要点进行总结分析，且在无法直接测得路面承载力的情况下，提出了通过贝克曼梁法弯沉试验值转换为路面回弹模量值来验算路基承载力是否满足工程要求的方法，为此类工程提供借鉴。
        关键词：地下连续墙；钢筋笼；起重吊装验算；地基承载力
        1引言
        随着我国市政建设的快速发展，地下连续墙在地下工程中的应用越来越广泛，其钢筋笼的起重吊装作为危险性较大的分部分项工程，有必要对所选用的设备安全性能进行验算。从目前的众多相关方案和计算来看，对起重吊装的验算还存在诸多问题，尤其是设备的选型和地基承载力的计算。此2项都必须针对施工现场的最不利工况进行验算，而不是简单的通过常规验算，如最大起重量大于最重钢筋笼的重量、地基承载力满足履带吊行走荷载等。这2项确定了，其余的内容可以根据相关规范进行验算，当然也可以进行优化，但因篇幅有限在此就不再赘述。本文主要就设备选型和地基承载力的计算要点来进行分析，研究根据现场实际工况确定两者的思路，此外通过贝克曼梁法弯沉试验间接验算路面承载力，为此类工程的计算提供参考。
        2工程概况
        某地铁1号线与2号线的换乘站，现选则1号线进行计算分析。1号线车站基坑总长503.6m，标准段基坑宽22.7m，基坑开挖深度约18.5m，地连墙钢筋笼厚度为660mm（内外混凝土保护层70mm），导墙宽度为850mm；1号线标准段地下连续墙钢筋笼长为39.982m，端头井地下连续墙钢筋笼长为42.62m，对比计算可知端头井首幅6m宽地连墙钢筋笼笼重最大，为56.68t，选择其进行验算。因钢筋笼较重，本工程采用双机抬吊的方法起吊钢筋笼。钢筋笼加工平台设置于基坑西侧外，尺寸为45m×7m，与地连墙外边之间设有8m宽的施工便道。
        3起重设备的确定
        起重吊装设备的确定有2种思路，一是根据现场的实际工况进行计算，来选择满足条件的设备；二是由作业队伍根据施工经验提供设备型号及参数来验算其是否满足现场施工要求。两者皆满足最不利工况，验算才能通过，下面就以地铁1号线地下连续墙钢筋笼的起重吊装进行分析。
        3.1计算确定设备
        3.1.1主吊设备的确定
        主吊吊具的重量约4t，钢筋笼重56.68t，则主吊的最大受力F=主吊吊具重量+钢筋笼重量=4+56.68=60.68t。双机抬吊时，主吊为非行走状态，安全系数按0.8计算，则主吊非行走状态时其最大起重量T＞F/0.8=75.85t。最不利工况之一是钢筋笼竖直后由主吊单独带载行走，安全行走系数为0.7，则此时要求其最大起重量T'＞F/0.7=86.69t。
        350t履带起重机为满足此工况下的最小吨位设备，其r=4.975m，所需最小作业半径为17.325m。根据钢筋笼长度和重量，接60m或66m主臂满足要求，通过验算60m主臂为此型号起重机满足起重吊装要求的最小主臂长度，主臂长度大于66m则履带起重机的可操作空间太小，工作半径扩大时不满足工况要求。隔着导墙作业履带起重机要求的最小工作半径为15.35m，虽然350t设备满足要求，但操作空间的冗余度较小，作业半径扩大时，最大起重重量与工况需求的起重重量相差不大；此外，设备吨位太大增加了对地基的附加应力，对导墙的稳定性也存在安全隐患，因此考虑履带吊机过导墙进行起重吊装作业。为保证导墙的安全，在履带起重机行走路线的导墙段之间加设混凝土支撑，导墙上面铺设3cm厚钢板。过导墙作业主吊与钢筋笼平台距离约5m，此时要求其最小作业半径R=7/2+5+r=8.5+r（m）。260t履带起重机为满足要求的最小吨位吊机。260t履带起重机r=4.622m，则最小作业半径R=8.5+4.622=13.122m。根据钢筋笼长度，主臂长度选用56m或者59m。

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在工作半径为13~14m时，其最大起重重量满足主吊非行走状态时的要求：T＞75.85t；带载行走状态时，在工作幅度9m~12m范围内，履带吊机最大起重重量满足要求：T’＞86.69t。显然过导墙作业减少了对设备吨位和主臂长度的要求，同时减小了对地基的附加应力，提高了起重吊装的可操作空间及安全性。此外，56m及59m的主臂长度通过验算皆吊装满足要求，主臂长度验算主要是考虑起吊时的防碰撞和起重高度是否满足钢筋笼的长度，在此不另做计算说明。
        3.1.2副吊设备的确定
        双机抬吊时，副吊主要配合主吊起重，使钢筋笼从平放状态逐渐转到竖直状态，最后由主吊将钢筋笼运至槽段处下放。在此过程中，副吊的最大受力不超过钢筋笼重的60%。双机抬吊安全系数按0.8计算，副吊吊具重量约为2t，则副吊的最大起重重量T＞（56.68×0.6+2）/0.8=45t，100t履带起重机为满足要求的最小吨位吊机。副吊站位一般平行于钢筋笼平台，因侧边轴距小于车头至回转中心的距离，在相同工作半径的条件下，与钢筋笼的距离可以相对变大，或者说在与钢筋笼平台相同距离的情况下，副吊站位平行于钢筋笼平台，它起吊后的幅度调整变化相对较大，可以有效防止起吊后主臂回转时与钢筋笼相碰触。因此副吊的站位相对灵活，设备选型主要考虑其最大起吊重量和主臂长度是否满足工况要求，当然副吊的站位也要与主吊的站位相配合，必须能保证起重吊装作业的顺利和安全。当副吊工作半径为9m，接39m长主臂满足工况要求：最大起重重量T＞45t，如果增加配重3t，工作半径可增大至10m。
        3.2经验确定设备
        由经验确定的设备参数与计算的设备参数基本相同，通过3.1的验算，主、副吊设备都满足现场的最不利工况需求。副吊设备的吨位大于计算得ft的吨位，以大换小是可行的，反之不行，得重新通过验算确认。通过上面的计算比较，可以得知钢筋笼吊装作业的2种思路各有其优缺点。由计算确定设备工况所需的最小设备参数，但需对各种型号的设备性能比较熟悉。此外，确定设备后，需计算确定其他参数，工作量相对较大；由经验确定设备，仅需对作业队提供的设备参数进行验算，合格就无需再做验算。
        4路面承载力验算
        路面承载力无法直接测得，采用贝克曼梁法测得路面的回弹弯沉值来推算路面承载力是否满足作业要求。根据《公路路面基层施工技术细则》（JTG/TF20-2015）附录C：回弹弯沉值的计算，可以得站路面的回弹模量平均值为365MPa，1号线履带吊吊装作业时路面的最大应力为0.168MPa，则履带吊作业时引起的路面回弹应变为ε=（0.168/365）×1000=0.46mm。根据回弹弯沉检测报告可知，检测使用的汽车后轴重100kN，轮胎气压为0.7MPa，由《公路工程路基路面现场测试规程》（JTJE60-2008）可知在后轴标准轴载100kN，轮胎充气压力0.7MPa时，单轮传压面当量圆直径为21.3cm，则弯沉试验时检测汽车对路面的应力为：100×10/4×（1/4）×π×（21.3）2=0.7MPa，显然汽车轮胎压力等于其接地应力，大于履带吊作业时的最大接地应力0.168MPa，所以履带吊作业引起的变形0.46mm也在合理范围之内。
        5结论
        提高确定起重吊装设备的2种思路，基于实际工程的最不利工况分别对其进行计算分析，比较了两者的优缺点，为钢筋笼起重吊装工程提供借鉴；根据施工场地情况选择应力扩散角法来进行地基承载力的计算，针对地基承载力不够的情况，提高了安全技术措施，针对最不利工况的计算结果，提高了施工现场安全保证措施；提高通过贝克曼梁法间接验算路面承载力的方法，在无法直接测得路面承载力的情况下，此方法快捷便利。
        参考文献：
        [1]中华人民共和国住房和城乡建设部，中国国家标准化管理委员会.JGJ276-2012，建筑施工起重吊装工程安全技术规范[S].北京：中国建筑工业高版社，2012.
        [2]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业高版社，2011.
        [3]中华人民共和国交通部.JTGD63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].北京：人民交通高版社，2007.
        [4]中华人民共和国交通运输部.JTJE60-2008，公路工程路基路面现场测试规程[S].北京：人民交通ft版社，2008.