地下结构盖挖逆作法施工大型型钢柱吊装技术

汤志军

（中铁十五局集团有限公司）

摘 要 盖挖逆作法施工大型地下结构中，结构柱吊装施工安全和安装精度关系到主体结构的施工成败。本文以广深港客运专线福田车站盖挖逆作段为例，详尽介绍了大型型钢管柱吊装中设备选择、吊点设置与力学验算、保证施工质量和安全措施，较全面地阐述了整个施工过程，为同类工程的施工提供借鉴和参考。

关键词 盖挖逆作 钢管柱 吊装 计算 安全措施

1 概述及工程概况

1.1 概述

盖挖逆作法作为近年兴起的地下结构施工方法，具备施工安全性高、不影响或较少影响地面交通及相关设施等诸多优点，有效地解决了大型地下结构施工中存在的诸多矛盾，得到了较广泛的应用。

承载柱，也称结构柱，是盖挖逆作法施工中最为关键的工序，其质量控制和施工安全关系盖挖逆作法施工的最终成败。广深港客运专线福田站主体工程施工段四全部位于地下，站场规模宏大，采用盖挖逆作法施工，采用部分抗拔桩作为车站结构柱桩，结构柱采用钢护筒内设置高强型钢混凝土复合结构，在施工安全和质量控制上收到良好效果，作为结构柱乃至车站施工的重要安全监控工序，本文详细阐述钢护筒结构柱吊装施工。1.2 工程概况

广深港客运专线ZH-4标福田车站位于深圳市市民中心对面，深南大道与益田路叉口，施工场地呈长方形。施工段四长247.9米，宽81.86m，起讫里程DK111+499.05-DK111+746.95,场地东侧为市民广场公园，西侧自北向南依次为港中旅大厦、时代金融中心、免税商务大厦三座高楼。

施工段四共设82根2.8m抗拔桩盖挖逆作永久柱下桩，桩长为21-38m(从底板底部起算，空桩约32m)不等，桩底均进入弱风化花岗岩。桩上部分为1.6m结构钢管柱，钢管柱底部为扩大承台。结构柱施工工艺流程详见图1。

本工程2.8m钢护筒长度约36.30m，厚20mm，重49.8t。

2012.No13󰀸01.6m结构钢管柱长度约33.3m，壁厚35mm，重45t。

综合考虑钢护筒和钢结构柱重量和长度，本文以钢护筒吊装为例进行设计及相关计算。

2 吊装条件及设备选型

2.1 吊装施工现场条件

在钢护筒吊装施工前，施工现场为满足连续墙钢筋笼和其余工程施工，在基坑四周及中间修建了满足300T吊车载重行走的需要的钢筋混凝土施工便道，根据现场结构柱和临时便道的相对位置，在吊车吊距12m的情况下可以满足将结构件吊运至全场的便道需求。

现场配备有徐州重工QUY300型300T吨履带吊和宝创CKE1350型135吨履带吊各一台。

2.2 吊装设备选用

（1）本工程钢护筒最大重量（49.8吨）及其长度（36.3m）的实际情况，综合考虑本工程的现有机械设备，吊装机械选用：徐州重型机械有限公司生产的 QUY300型300T吨履带吊和宝创CKE1350型135吨履带吊各一台。

（2）机械性能参数

1）主机选用徐工QUY300T履带式起重机，主臂长度60m，主要性能见下表：

2）副吊选用CKE1350履带式135T起重机，主臂24.4m，主要性能见表：

2.3 钢护筒（结构柱）吊装方法简介

钢护筒（结构柱）采用整体制作，吊装采用整体吊装6点起吊；吊点对称布置于护筒和结构柱两侧，选用徐州重工QUY300T履带式起重机和CKE1350型135t履带式起重机双机抬吊。

钢护筒、结构柱整幅抬吊方法见图2：

3 吊装相关数据检算：

3.1 吊点设置验算:

吊点设置为：综合考虑本工程的机械设备配置、钢护筒刚度、和现场实际情况，主吊对称设置两个吊点，副吊采取两个截面四个吊点起吊，主吊采用钢板三面帮条焊接打孔，焊缝厚10mm，副吊点采用T形顶接，横向、竖向焊接钢板分别满足平抬和竖直时的抗剪强度。

钢护筒、结构柱吊点设置见图3。

吊点位置为：护筒顶下21.3m+10m+5m

根据起吊时对A点弯矩钢筋笼平衡条件得:

T1+T2=50（钢护筒重） ①T2×26.3－50×36.3/2＝0 ②由以上①、②式得：T1=15.5TT2=34.5T

故主吊平抬时起吊重量为15.5T,副吊为34.5T.双机抬吊系数（K）计算

N主机＝107t N索＝3.5t Q吊重＝50tK主＝（50+3.5）／107=0.5

N副机=52.3t N索=2t Q吊重=34.5tK副=（34.5+2）/ 52.3=0.698

通过对比计算结果，现场吊车性能满足施工要求。3.2 主、副扁担的验算

3.2.1 主、副扁担抗剪验算：

主副扁担均采用同以类型，结构形式见图4τ=2Sσ=2b*h*110=2*170*56*110=2*1047200N=209T

安全系数取2.0τ=104t

结论：符合要求。3.2.2 吊环计算

本吊装吊环采用工业卡环，主吊采用35t卡环，副吊各吊点采用25t卡环，卡环质量检验合格，不再另行计算。3.2.3 吊点焊缝强度计算

结构柱吊装吊点焊接强度计算根据现场实际焊接结构建立计算模型，采用AUTOCAD加载MSteel钢结构焊缝计算程序进行计算，分主、副吊点、平抬和竖直吊装分别进行计算。

1） 平抬时副吊吊点计算副吊点结构形式及计算模型见图5平抬时各副吊点受力（N\\F转换）为34.5×9.8/4＝84.5KN，

根据相关施工情况，焊缝高度取 hf = 10 mm，由钢号Q345查得焊缝强度 fwt = 200 MPa，平抬时荷载 F = 84.5 KN N = 0 KN e = 50 mm

由于承受静力荷载或间接动力荷载，βf = 1.22下翼缘厚 T2 = 20 mm

总的焊缝有效面积 Aw = 3360 mm2

焊缝形心至上翼缘外侧距离 y0 = 131.25 mm焊缝 Ix = 1.0605e+007 mm4焊缝受弯矩 M = Fxe = 4.2 KN.M焊缝受剪力 V = F = 84 KN焊缝受轴力 N = 0 KN

由剪力产生的剪应力 τV = V / Aw3 = 33.3333 MPa由轴力产生的正应力 σN = N / Aw = 0 MPaA点：上翼缘内侧与腹板相交处

由弯矩在A点产生的正应力 σM_A = M/Ixx (y0-T1-hf/2) = 50 MPa

B点：下翼缘内侧与腹板相交处

由弯矩在B点产生的正应力 σM_B = M/Ixx (H-T2-m_hf/2-y0) = 17.3267 MPa

A点折算应力 σA = sqrt{[(σN+σM_A)/Bf]^2+τV^2} = 52.8277 MPa <= fwt 满 足 !

B点折算应力 σB = sqrt{[(σN+σM_B)/Bf]^2+τV^2} = 36.2328 MPa <= fwt 满 足 !

2)钢护筒竖直时焊缝受力核算

根据相关施工情况，焊缝高度取 hf = 10 mm由钢号Q345查得焊缝强度 fwt = 200 MPa受荷载 F = 0 KN N = 84 KN e = 50 mm由于承受静力荷载或间接动力荷载，βf = 1.22上翼缘厚 T1 = 0 mm下翼缘厚 T2 = 20 mm

总的焊缝有效面积 Aw = 3360 mm2

焊缝形心至上翼缘外侧距离 y0 = 131.25 mm焊缝 Ix = 1.0605e+007 mm4焊缝受弯矩 M = Fxe = 0 KN.M焊缝受剪力 V = F = 0 KN焊缝受轴力 N = 84 KN

由剪力产生的剪应力 τV = V / Aw3 = 0 MPa由轴力产生的正应力 σN = N / Aw = 25 MPaA点：上翼缘内侧与腹板相交处

由弯矩在A点产生的正应力 σM_A = M/Ixx (y0-T1-hf/2)=0 MPa

B点：下翼缘内侧与腹板相交处

由弯矩在B点产生的正应力 σM_B = M/Ixx (H-T2-m_hf/2-y0) = 0 MPa

A点折算应力 σA = sqrt{[(σN+σM_A)/Bf]*2+τV*2} = 20.4918 MPa <= fwt 满 足 !

B点折算应力 σB = sqrt{[(σN+σM_B)/Bf]*2+τv*2} = 20.4918 MPa <= fwt 满 足 !

所以副吊点在平抬、竖直两方向受力皆能满足要求。3)平抬时主吊焊缝检验

主吊点结构形式及计算模型见图6主吊点计算方式及过程同副吊点计算，计算结果均满足要求，计算过程略。

4 保证钢护筒（钢管柱）吊装

安全的相关措施

2012.No13󰀸󰀲商品混凝土产生气泡的原因及预防措施

胡 勇

（开县城乡建设委员会）

摘 要 混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。商品混凝土近年来更是得到广泛使用。但商品混凝土在成形前后出现较多气泡而产生质量缺陷，引发建设单位、监理单位、商品混凝土供应单位以及施工单位多方扯皮的纠纷时有发生，需引起足够的重视。本文对这一现象作粗浅解析。

关键词 商品混凝土 产生气泡 预防措施

我国是世界上最大的水泥生产国，混凝土工程量也居世界之首。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等优点，使用范围十分广泛。商品混凝土计量精确，搅拌均匀，质量高，有利于保证质量、保护环境，文明施工。目前我国正全方位大面积地推广使用。但商品混凝土里存在气泡较多和混凝土结构成型后表面出现气泡的现象造成工程质量缺陷的情况时有发生，引起建设单位、监理单位、商品混凝土供应单位以及施工单位多方扯皮。因此，对商品混凝土气泡问题进行

研究，有利于混凝土更好地应用，是一项既具有科学意义，又具有实际意义的工作。

1 商品混凝土中气泡的形成、特征和作用

为了获得良好的工作性和可泵性,商品混凝土中会加入引气型减水泵送剂。这是一种高表面活性物质,会明显降低混凝土中水的表面张力,使更多的水分子脱离其表面,在水膜表面定向排列,包围引入的空气,产生大量的微小气泡。微小气泡是气体分散于液体后所形成的多相分散体系,气相是分散相,液相是分散介质,吸附有表面活性剂的气液界面上的液体构成了气泡的液膜。气泡为气—液两相体系,气泡的液膜是很薄的,只有几纳米厚。而当气泡的液膜粘附有大量水泥等固体颗粒后,气泡由单纯的液膜变成液—固复合膜,液膜变厚,弹性增强,所以气泡存在的稳定性大大加强。由于混凝土浆体的密度大,混入浆体中的气泡,相互间受到的挤压力大,液膜不坚固时很容易破灭。但能够存在的气泡,因其液膜的韧性好,液膜坚固,

本工程钢护筒（钢管柱）吊装采用整幅整体吊装，钢护筒（钢管柱）长为36.30m，最重约49.8t，施工方根据精密计算及以往成功的施工经验，采取如下措施，保证钢护筒（钢管柱）的顺利起吊：

4.1 机器要停在坚硬的水平地面上，如果地面松软，应予加强。吊点焊接时合理选择主、副机起吊点，以减小起吊后钢护筒（钢管柱）变形。每副钢护筒（钢管柱）的吊点设置均需验算使弯矩达到最小并应使其在钢护筒（钢管柱）弹性变形范围内。

4.2 钢板焊接时要保证质量，吊点水平加强钢板也应与钢护筒（钢管柱）满焊。

4.3 钢筋焊接要保证质量，焊接质量要符合验收标准。派专职质量员进行检查，另每次吊装前专职安全员检查后并签署吊装令后再起吊。

4.4 起吊时先根据计算的主副机吊点进行试吊，主副机同时起吊将钢护筒（钢管柱）起离平台30～50cm左右，观察钢护筒（钢管柱）变形情况，如稳定后无明显变形可直接起吊空中回直。如发现变形较大，应马上把钢护筒（钢管柱）放回平台，根据变形情况进行加固和变化吊点位置，重新起吊。钢护筒吊装作业时距混凝土护筒边缘必须大于1m，不要靠近松软的路肩边及护筒边，以防来回行走挤压护筒，使护筒净空变小。4.5 钢护筒（钢管柱）在吊装行走过程中，派专职吊车指挥员

指挥行走，钢护筒（钢管柱）周围禁止有人扶钢护筒（钢管柱），两端用钢丝绳拉住，以钢护筒（钢管柱）晃动。4.6 钢护筒（钢管柱）吊装、下放拆卸料具需攀高时一率佩带安全带。

4.7 吊装前先由安全员检查钢护筒（钢管柱）焊接情况及吊机、吊装机具是否合格，检查合格后签署吊装令后，再行起吊，起吊过程中专职安检员监护整个起吊过程。

5 结束语

大型地下结构施工中钢构件吊装施工，安全是关键，是重点，也是难点，在施工组织方面应根据不同的现场情况进行安排，在确保安全万无一失的情况下因地制宜，合理确定设备和方案。施工前准备工作尤为重要，在吊装施工前应制定详细、可操作性强的专项方案和应急预案，并组织相关专家进行评审，必要时进行试吊和预演，方可确保吊装施工的安全和安装精度要求。

参考文献

[1]《徐州重工QUY300起重机使用说明书》；[2]《CKE1350型135吨履带式起重机使用说明书》。[3]《建筑结构荷载规范》（GBJ50009—2001）[4]《钢结构设计规范》（GB50017—2003）

[5]《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018—2002）[6]《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81—2002）

2012.No13󰀸󰀳