地下连续墙钢筋笼吊点设置与加固.docx

地下连续墙钢筋笼吊点设置与加固周冠南1，2( 1 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，200092，上海; 2 中铁十三局集团有限公司，300308，天津高级工程师)摘 要 地下连续墙钢筋笼吊装过程中，易因吊点布置不合理，主、副吊机配合失当等原因产生钢筋笼纵向变形过大，异 型钢筋笼重心偏离等问题。在分析钢筋笼吊装相关问题的 前提下，基于力学方法和弯矩平衡定律提出了一字型、t 型 和 l 型钢筋笼纵、横向吊点设置的计算方法。并在此基础上 对钢筋笼的加固措施及吊装失败后的典型处理措施 进 行 了 探讨，以期为类似工程提供借鉴。缝开裂、整体结构散架而无法起吊，严 重 时 还 会 出现吊机倾覆等重大安全事故。因此，钢筋笼吊点位 置的确定及为了安全吊装所采取的加固措施对地下连续墙的施工安全尤为重要。文献1 4结 合 不 同的工程实例对地下连续 墙钢筋笼吊装的设备选型、吊点、吊环筋、吊环加强筋等进行方案比选和力学计算，并结合实际操作，介绍了钢筋笼吊装中的力学验 算和施工技术控制要 点。文献5等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。文献6 9对 异 型 幅地下连续墙钢筋笼的吊 装进行了探 讨，从异型钢筋笼的吊点选择、扁 担 设置、机械设备、参数选择以及安全措施等方面进行了 分析。与此同时，文献10 11提出了采用抬架垂直转体法进行钢筋笼的吊装，有力地推动了吊装方 法的进步。文献12提出了新型的工具式桁架，并 结合工程实践对采用该桁架吊装钢筋笼的过程进行了有限元分析和实测研究。上述研究有力地推动了 钢筋笼吊装领域的技术进步，也有效地保证了吊装施工的安全和效率。本文在前人研究的基础上，着重研究钢筋笼的 吊点设置与加固，主要针对钢筋笼吊装过程中的力学方法和弯矩平衡机理，对不同类型钢筋笼吊点的设置方法进行系统分析，在此基础上对钢筋笼的加 固措施及吊装失败后的典型处理措施进行了研究与阐述，以期为类似工程提供借鉴。关键词 地下连续墙; 钢筋笼; 吊点设置;中图分类号 tu 476 + 3吊点加固setting and reinforcement of hoisting point in reinforce-ment cage of diaphragm wallzhou guannanabstractexcessive longitudinal distortion of reinforcementcage and mass-center deviation of hetero-type reinforcement cageare caused by the unreasonable arrangement of hoisting point and improper coordination of chief and associate elevator during the construction of hoisting reinforcement cage by analyzing the correlative questions about hoisting of reinforcement cage，the longitudinal，transverse hoisting point setting method are put for- ward，according to the mechanical equilibrium and moment bal- ance law on the basis of this method，the reinforcement of the reinforcement cage and the treatment measures after the typical failure of the hoisting are discussed ，in order to provide a refer- ence for similar projectskey words underground continuous wall; reinforcement cage; setting of hoisting point; reinforcement of hoisting point authors addresskey laboratory of road and traffic engi-neering of the ministry of education，tongji university，200092，shanghai，china1钢筋笼吊装过程中存在的问题钢筋笼吊装一般采用主、副两台吊机配合起吊:地下连续墙的施工工艺成熟，在深基坑工程中得到了广泛应用。一般而言，地下连续墙钢筋笼采 用双机抬吊、整体回直、一次入槽的施工方法。在此 过程中，如吊点位置计算不准确、设置不合理，则吊 装过程中的钢筋笼可能发生较大的挠曲变形，使焊两吊机同时起吊将钢筋笼吊离地面，随后主吊提升，副吊缓慢向主吊靠拢，逐步调整钢筋笼姿态至钢筋 笼完全处于竖直状态，此时钢筋笼重量完全由主吊 承担。随后主吊转场，将钢筋笼缓慢放入已成槽段中，至此，钢筋笼吊装结束。其中，根据钢筋笼的长97城 市 轨 道 交 通 研2012 年究度，分为 纵 向 ( 双 排) 12 点、10 点、8 点 三 种 吊 装 方案。钢筋笼双机抬吊示意图如图 1 所示。刚度不够。在起吊过程中，吊点位置处产生较大的变形，明显高于附近区域的钢筋笼笼面，因此在起吊 过程中有较大的安全隐患。图 1 钢筋笼双机抬吊示意图实践表明，如果钢筋笼加固或吊点位置设置不合理，则起吊过程中可能出现纵向变形、横向扭曲及 吊点位置变形等问题。1 1钢筋笼纵向变形钢筋笼本身重量大、长度长、刚度小、节点多，在 起吊过程中如吊点设置不合理，加固措施不到位，则 吊装过程中可能出现纵向变形过大，即笼头和笼尾 已抬离地面，而笼中还在平台上，强行起吊则可能出 现安全质量事故。某 l 型钢筋笼纵向变形如图 2 所 示，经现场实测，当该钢筋笼两端抬升约 30 cm 时， 钢筋笼中段尚未脱离钢平台，因钢筋笼纵向变形过 大，钢筋笼吊装被迫中断，不得不采取更改吊点、加 焊桁架筋等补救措施。图 3 某 l 型钢筋笼“拧麻花”实景图2钢筋笼吊点设置地下连续墙的钢筋笼根据车站形状分为以下几种形式: “一字 型”、“t 型”、“l 型”、“z 型”和“y” 型。其中，“z”型笼一般拆分成两个“l”型吊装。因 此，在此仅对有代表性的一字型、t 型、l 型 钢 筋 笼 吊点设置与计算方法进行探讨。2 1钢筋笼横向吊点设置基于起吊安全与拆卸便捷两个角度考虑，地下连续墙钢筋笼横向( 宽度方向) 吊点一般设置两点，其具体位置与钢筋笼重心在横截面上的位置相关。 一字型和 t 型是两侧对称的钢筋笼，其横向吊点比 较好确定，只需按宽度方向弯矩最小原则对称设置 在起吊桁架上即可。而异型钢筋笼宽度方向的吊点 设置时，须先计算出在横截面上的重心位置，之后再 用直角坐标方法得出主、副吊点在横截面上的位置。2 1 1一字型钢筋笼一字型钢筋笼横向可认为是均 布 荷 载，重 心 居 中，仅使正负弯矩平衡即可。令均布荷载为 q、两吊 点距钢筋 笼 边 距 离 为 l、钢筋笼总宽度为 l、则 起 吊 时 钢筋笼受力简图和横向弯矩如图4 所 示 。此 时 有图 2 某 l 型钢筋笼纵向变形实景图1 2横向扭曲由于异型幅钢筋笼横向重量分布不均，若钢筋 笼吊点布置不合理，起吊过程中易出现重心偏离、横向扭曲，即“拧麻花”现象。异型钢筋笼“拧麻花”可 能会导致钢筋焊点发生剪切破坏而脱焊，进而引发钢筋笼散架 问 题。某 l 型 钢 筋 笼“拧 麻 花”现 象 如图 3 所示。由图 3 中可以看出钢筋笼沿顺时针方向 发生扭转，扭转角约 30。1 3吊点位置变形吊点位置变形的主要原因在于吊点位置加固的98图 4 一字型钢筋笼起吊时受力和横向弯矩简图施 工 技 术第 12 期q l2 q ( l 2l) 2q l2惯性轴和原坐标轴之间的夹角相等。主惯性轴横坐标与钢筋笼两侧的交点即为吊点位置。具体的钢筋 笼计算过程如下。( 1)=282计算可 得 l = 0 207l。因 此，横向吊点可按照 0 207l + 0 586l + 0 207l 设置。2 1 2t 型钢筋笼t 型钢筋笼两侧对称，可将其考虑为在原 均 布 荷载的基础上，在中间部位再叠加一个宽度为 t 字 幅笼厚的附加均布荷载。假定 t 型钢筋笼超出平笼部分厚度为 a，高 为h，均布荷载为 q1 ( 如图 5 所示) 。图 7 l 型钢筋笼静置与起吊示意图2 1 3 1钢筋笼重心位置计算图 8 为 l 型钢筋笼简图，在重心计算时将其分 为两部分( 两部分的重心点分别为 a、b) ，由于一般 情况下 l 型钢筋笼拐角两侧的笼厚相等，因 此 图 8 中笼厚均为 h。图 5 t 型钢筋笼起吊示意图和受力简图相应的弯矩图也发生了变化，笼中心部位弯矩在原有基础上再叠加一个附加荷载产生的弯矩，而 吊点处弯矩不变( 如图 6 所示) 。图 8 l 型钢筋笼重心位置计算简图按照组合截面形心位置计算原则，l 型 钢 筋 笼断面的重心点 c 处的坐标 xc 、yc 可表示为:2222 l + hh h = h + lh h 图 6 t 型幅钢筋笼起吊时横向弯矩简图( 3)xyc=2( l + h h)c2( l + h h)在一般情况下有 q1 a = qh，根 据单位长度配筋 量计算。则 q1 = qh / a，弯矩叠加后有横断面形心主轴方向的计算2 1 3 2图 9 为形心主轴计算简图。其中 x 、y2 为主惯2q l2 q ( l 2l) 2q l2q1 a ( l )性轴，0 为主惯性轴与原坐标轴之间的夹角。( 2)=+ l28222计算时将相关参数代入式( 2) 后，即可解得 l 的l a长度，但注意计算结果应满足 l。22 1 3l 型钢筋笼l 型钢筋笼由于其结构的特殊性，在起吊 时 钢筋笼围绕角点旋转一定角度后，以“v”字 形 向 上 移 动( 如图 7 所示) 。结合起吊过程及力学平衡、弯矩最小原则，在吊 点计算时应首先求出 l 型钢筋笼重心位置，再求出形心主轴方向，使其在起吊过程中的扭转角度与主图 9 l 型钢筋笼断面的形心主轴计算简图99城 市 轨 道 交 通 研2012 年究吊点 d1 、d2 、d3 、d4 的坐标计算公式如下:根据图 9 计 算 出 l 型钢筋笼断面对形心轴 x1和 y1 的惯性矩 ix1 、iy1 与惯性积 ixy1 :()tan0hx= x +yd = h1yd1cc222hix1iy1= ixa + sa a2 + ixb+ sb b1)( 4)22yd = 0 = iya + sa a1 + iyb+ sb b2x= x +tan0y d2cc2 2ixy1 = ixya+ sa a1 a2 + ixyb + sb b1 b2( 6)()h0 式中:ixa 截面 a 部分对 xa 轴的惯性矩; iya 截面 a 部分对 ya 轴的惯性矩; ixya 截面 a 部分的惯性积; ixb 截面 b 部分对 xb 轴的惯性矩; iyb 截面 b 部分对 yb 轴的惯性矩; ixyb 截面 b 部分的惯性积; sa a 部分钢筋笼的面积;sb b 部分钢筋笼的面积。则横断面形心主轴方向为:xd = 0yd = yc +co txc 332h= yc + ( xc )co t0 xd = h4yd42实际操作中可将吊点编制成程序，代入基本参数后，即可求得吊点坐标( 即纵向桁架位置) 。2 2钢筋笼纵向吊点设计钢筋笼起吊时根据其长度和钢筋笼重量不同，钢 筋笼纵向吊点设置有 8 点、10 点或 12 点。纵向吊点 的设置需保证钢筋笼在起吊过程中产生的挠度最小。 要达到此目的，同样需首先满足弯矩平衡定律。按照前述方法建立钢筋笼纵向吊点分布计算模 型( 见图 12) 。在计算模型中，钢筋笼重量简化为纵 向荷载，荷载分布结合地下连续墙配筋情况确定，在 计算时简化为均布荷载 q。 2ix1 iy11( 5)0=arctan2ix1 iy12 1 3 3吊点布置为了保证钢筋笼回直且副吊卸下后，保持两面四点平衡受力，笼头吊点位置应位于迎土面，其余吊 点均位于开挖面。如图 10 所示，即 d2 和 d3 为笼头 吊点，d1 和 d4 为其余吊点位置。l 型钢筋笼吊点布 置及起吊后状态如图 10 和 11 所示。图 12 钢筋笼纵向受力简图及弯矩图图 12 中需满足弯矩平衡定律，即+ m = m( 7)其中，+ m = 1 qm2 ;11 m =qn2 qm2 。282由式( 7) 可得 n = 2 槡2m。根据吊点设置情况有2m + jn = k( k 为钢筋笼全长) ，则有 k 2 k 槡m =n =图 10 l 型钢筋笼吊点布置1 + 槡2j2 + 2 槡2j其中 j 可为 3( 8 吊点) 、4( 10 吊点) 或 5( 12 吊点) 。此计算结果为理论最佳值，实际操作中需在此 基础上进行微调。实际操作中，笼头吊点位置一般设置在第一根 水平筋上，其距笼顶一般为 1 m。因此，在计算出 m 和 n 后，需对笼顶位置进行适当调整，即将主吊几组 吊点向笼头 方 向 移 动 ( m 1 ) m。副吊吊点也做相 应调整。由于本计算是在均布荷载条件下得出，而 实际中钢筋笼上半部配筋比下半部密，因此副吊三 组吊点间距可适当增加。即: 副吊最上端吊点随之图 11 l 型钢筋笼起吊后状态简图100施 工 技 术第 12 期向上移动，保证主吊最下端吊点与副吊最上端吊点之间距离 不 大 于 8 m; 中 间 吊 吊 点 向 上 移 动 ( m 1) /2 m，最下端吊点不动。但 需 注 意，在 移 动 的 过 程中需保证钢丝绳与钢筋笼的夹角不小于 60。图13 为某幅 1 m 厚，45 5 m 长钢筋笼经计算确定后的 吊点布置。3 2异型钢筋笼桁架拐角幅及特殊幅钢筋笼除设置纵、横向起吊桁架和吊点之外，另要增设“人字”桁架和斜撑杆来进行加强，以加强钢筋笼的抗弯与抗扭刚度，防止钢筋 笼在空中翻转角度时发生变形。具体布置如图 16、 图 17 所示。图 13 某 12 吊点一字型钢筋笼吊装立面图图 16l 型钢筋笼斜撑杆布置3钢筋笼加固措施在钢筋笼吊装过程中，除需合理设置吊点外，尚需对钢筋笼进行有针对性的加固，主要包括普通钢筋笼中的纵横向桁架筋、t 型和 l 型钢筋笼中的斜 拉筋，以及吊点位置处的加固。3 1纵横向桁架纵横向桁架的设置目的主要是增加钢筋笼起吊 时的刚度和强度，以最大程度地减小吊装过程中的 变形。纵向桁架一般设置四榀，横 向 桁 架 每 间 隔 5 m 设置一道。桁 架 钢 筋 采 用 25 mm 28 mm 即可，必要时可 根 据 钢筋笼的实际情况增加。图 14、15 为某钢筋笼纵横向布置图。图 17t 型钢筋笼斜撑杆布置3 3吊点加固除了对钢筋笼整体进行加固以提高刚度和强度外，为防止起吊过程中由于受力方向变化产生局部应力集中而导致吊点位置脱焊，应对吊点位置进行 相应加固。加固一般采用 32mm 或 40mm 圆钢与钢 筋笼桁架筋焊接，如图 18 所示。图 14 某钢筋笼横向桁架筋图 18 钢筋笼吊点位置加固4吊装失败后的补救一旦钢筋笼由于自身刚度不足、吊点强度不够、图 15 某钢筋笼纵向桁架筋吊点位置设置不合理等而导致变形、散架事故，则需101城 市 轨 道 交 通 研2012 年究横向吊 点 布 置 时，按 宽 度方向弯矩最小原则对称 设置。根据其情况采取相应补救措施。1)第一道吊点范围钢筋笼头部向下弯曲。此情况发生的主要原因包括: 纵横向桁架软弱; 桁架和分布筋电焊不牢固; 吊点钢筋焊接不牢固等。其处 理措施如下: 用神仙葫芦和千斤顶将已弯曲的钢 筋笼调直; 如钢筋笼只设置了两榀桁架，则在两榀 桁架之间再增加一榀桁架; 主吊前两道吊点范围 的桁架钢筋、主筋和分布筋全部电焊加固，桁架钢筋 和分布筋相交的两个点更要全部焊接; 加强第一 道吊点的横向桁架，可用双排 25 mm 钢筋加强。2)l 型等异型钢筋笼的横向吊点设置时，须结合起吊过程及力学平衡、弯矩最小原则，首先求出钢筋笼重心位置，再求出形心主轴方向，进而据此求出 吊点位置。3)纵向吊点布置中，需保证起吊挠度最小，计算时按照弯矩平衡求出理论吊点位置，再根据起吊实际情况进行微调。调整过程中需控制钢筋笼中间 吊点距离及钢丝绳角度。2)主吊和副吊之间的钢筋笼部分发生弯曲、断4)纵横向桁架的设置可对钢筋笼进行有效加 裂。此情况发生的主要原因包括: 纵 向 桁 架 簿 弱;主、副吊之间的距离过长; 起吊过程中主、副吊配合 不当; 桁架钢筋、桁架与分布筋焊接不牢固。补救措 施如下: 增加纵向桁架的数量; 调整吊点位置， 将主、副吊之间的距离调小; 双机配合起吊，避免 两部吊车拉扯钢筋笼; 加强焊接质量。3) 转角幅钢筋笼内折。此情况发生的主要原 因包括: 斜撑拉杆强度不够或焊接不牢固; 转角幅内 边的分布筋未和所经过的钢筋焊接牢固; 开始起吊 过程中，钢筋笼发生倾翻等。补救措施如下: 合 理设置斜撑 拉 杆，当 发 生 扭 曲 后，可先用千斤顶校 直，然后着重加强每一道吊点之间的斜撑，尤其是第 一道吊点处斜撑，斜撑钢筋必须要拉到两榀桁架处， 斜撑钢筋的规 格 要 大 于 25 mm; 转 角 幅 内 边 对 穿的分布筋同经过的每根钢筋都必须要焊接牢固;如果转角幅一边竖起来较高，为避免在开始起吊 钢筋笼的过程中，竖起来的边向一旁侧翻，可用幅吊 的幅钩吊一根钢丝绳，拉住钢筋笼。固，以提高其刚度和强度，减小吊装风险。异型钢筋笼需设 置足够的斜撑杆，以避免起吊扭转时发生 破坏。参考文献1李少利 超深地下连续墙钢筋笼制作与 吊 装 技 术j 隧