超长超重地下连续墙钢筋笼吊装安全管控技术

李 林（上海申诚隧道轨道交通工程建设监理有限公司， 上海 200070）

0 引 言

随着城市经济的发展，用地不足问题日益突出，地下空间的开发成为解决用地矛盾的有效手段，地下三四层已经屡见不鲜。随着地下空间往深处延伸，围护结构的施工难度也逐渐增大。地下连续墙作为一种常见的围护形式，其施工深度已经拓展到 100 m 以上。超深地下连续墙钢筋笼具有超长、超重等特点，施工中需要使用大型起重设备进行吊装，施工安全风险较大。国内外已经发生多起钢筋笼吊装事故，造成了较大的社会和经济损失。

本文以某国家重点工程中超深地下连续墙钢筋笼吊装为例，对超长超重钢筋笼吊装所涉及的各项主要的安全数值进行验算，对吊装过程中的风险点进行识别，并从事前、事中对钢筋笼吊装进行控制，针对性地提出了应对方法，确保超长超重钢筋笼吊装过程中安全可靠，避免事故的发生。

1 工程概况

本工程地下连续墙深 86 m，钢筋笼长 85.45 m。地下连续墙垂直度设计要求控制在 1/1 000 以内。钢筋笼分 3 节制作，分别吊装，单节最重 83 t、整幅最重 126 t。

本工程地下连续墙的钢筋笼有一字幅和转角幅两种类型。表1、表2 和表3 分别列出了各类型地下连续墙钢筋笼参数、主要吊装机械选型和吊索具选型。

表1 地下连续墙钢筋笼参数表

表2 地下连续墙主要吊装机械汇总表

表3 地下连续墙主要吊索具汇总表

钢筋笼在起吊过程中不可避免会产生变形。为防止变形过大影响吊装安全，对各种形状的钢筋笼设置纵、横向桁架，以提高钢筋笼的整体刚度。一期槽钢筋笼设 4 道纵向桁架，二期槽钢筋笼设 2 道纵向桁架（桁架数量根据钢筋笼现场实际宽度和钢筋笼重量而定）。钢筋笼纵向桁架由 φ32“X”型钢筋构成，横向桁架由 φ32@3 000“X”型钢筋构成。

2 吊装方案设计

安全、可靠的方案是超长超重钢筋笼吊装安全的前提。编制方案时，应对影响钢筋笼吊装的安全的重要施工参数进行验算，包括地基承载力、起吊设备的性能、吊点数量、吊点形式、吊索具等。

2.1 吊车起重量验算

（1）吊车配置如表4 所示。

表4 钢筋笼吊装设备一览表

（2）500 t 主吊起重能力验算。作为起吊上、中、下 3 节钢筋笼的 500 t 主吊，存在以下不利情况。吊起上节钢筋笼在槽段上完成对接，拎起整幅钢筋笼时：500 t 吊车臂杆 60 m，回转半径 14 m；最大起重量（P）＝162.7 t（设备工况荷载表查得）；钢筋笼重量（WT）＝126 t（含索具 6 t）。P＞WT，故满足要求（主吊单机起吊整幅钢筋笼）。吊起中节钢筋笼带载行走时：中节钢筋笼重量（WT）＝84 t（含索具 6 t）；最大起重量（P）＝162.7×70%＝113.89 t，大于中节钢筋笼重量，故满足要求（吊车带载行走安全系数为 0.7）。

（3）260 t 副吊起重能力验算。在起吊上、中、下节钢筋笼的 260 t 副吊中，最不利的工况是作为起吊中节钢筋笼的副吊。260 t 吊车臂杆 50 m，回转半径 12 m，最大起重量（P）＝97.8 t（设备工况荷载表查得）；钢筋笼重量（WT）＝84 t（含索具 6 t）；260 t 吊车允许起重量（P）＝97.8×80%＝78.24 t（双机抬吊时，抬吊折减系数为 0.8）；260 t 吊车承担的最大重量（WT）＝84×70%＝58.8 t。P＞WT，故满足要求（260 t 吊车作为副吊，在抬吊钢筋笼过程中所承担最大的重量不大于钢筋笼重量的70%）。根据上述验算，主吊和副吊均能满足本工程所有钢筋笼双机起吊且能够负载行走的要求。

2.2 地基承载力验算

地基承载力不足会带来钢筋笼吊装和吊车负载行走过程中发生吊车倾覆风险，因而在编制吊装方案时应同时验算地基的承载力。

根据重型机械承载道路的结构，本工程的施工道路基层采用 50 cm 厚道渣。换填的道渣基层级配压实指标按道路工程技术规程中有关基层施工的要求执行。

面层采用 C30 混凝土，浇筑厚度为 30 cm，配筋为 16@200 mm 双层双向的钢筋混凝土路面，混凝土的最大集中反力

式中，Fcd——混凝土最大集中反力；βh——对于厚度＜300 mm 时，取 1；厚度 ≥ 300 mm 且≤ 400 mm 时，取 1.1；Ftd——轴心抗拉应力（查阅 GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》，取 2.2 N/mm2）；H——厚度。

每平方米能承受 61 t。500 t 履带吊两条履带面积为 25.428 m2，考虑吊车在带载时接地的不充分性，履带触地面积一般按 2/3 计算，故接地面积＝25.428×2/3＝16.952 m2。最大起吊工况为 500 t 吊车满载后（钢筋笼 126 t、自重 394 t）总重量为 520 t，520/16.952＝30.67 t，小于允许负荷 61 t。因此，路面满足吊车行走安全的要求。

2.3 吊点验算

钢筋笼上的吊点承担吊装时钢筋笼的全部重量，吊装过程中吊点部位产生应力集中，吊点强度不足，存在吊点断开、钢筋笼变形、散架、坠落等安全风险。在吊点设计上，除了考虑满足吊装安全要求以外，还应尽可能地减少吊装过程中钢筋笼产生的变形。吊点验算时必须验算吊点自身的强度和钢筋笼连接节点的强度。

2.3.1 钢筋笼吊点的布置

地下连续墙的钢筋笼分为 3 节制作（见图1 和图2）。

图1 一期槽钢筋笼吊点布置图

图2 二期槽钢筋笼吊点布置图

2.3.2 吊点形式

（1）吊点钢板。上、中节钢笼主吊吊点采用 60 mm 钢板，下节钢笼第一道吊点采用 30 mm 钢板，钢板和上下排桁架主筋焊接牢固。

（2）吊点钢筋。上、中节钢笼副吊吊点与下节钢笼第二至第五道吊点均采用 Φ40 圆钢，圆钢吊点和桁架上、下排主筋焊接牢固。

2.3.3 吊点钢板验算

60 mm 吊点钢板受力最大的情况是：一期槽上节 4 块吊点钢板 8 个吊孔承担整幅钢筋笼重量，即每个孔承受126/8＝15.75 t；二期槽上节 2 块吊点钢板 4 个吊孔承担整幅钢筋笼重量，即每个孔承受 68/4＝17 t。因此，按照二期槽情况进行验算。

（1）设计参数。钢筋笼重（WT）＝68 t；吊点钢板承受最大钢筋笼重量时的吊点数量（Nh）为 2；主吊第一道吊点钢板荷载（P）＝WT/2/Nh＝68/2/2×1 000＝17 000 kg，即 166 600 N。

（2）吊点钢板计算。①孔壁处剪应力的相关参数：吊耳板宽度（B）为 400 mm；吊板半径（R）＝B/2＝200 mm；吊孔半径（r）为 75 mm；安全系数（Fox）为 4；吊点钢板抗剪面积（S4）＝（R-r）×δ ＝（200－75）×60＝7 500 mm2；孔壁处剪切力设计应力（τds）＝τ×Fox；抗剪强度设计值（ft）＝ 120 MPa（钢结构规范）。②孔壁处剪应力（τ）的计算：τ＝P/S4＝166 600/ 7 500＝22.2 MPa；τds＝τ×Fox＝22.2×4＝88.8 MPa。τds＜ft（88.8 MPa＜120 MPa），因此，满足吊装要求。

2.3.4 吊点钢筋验算

吊点钢筋受力最大的情况是：一期槽中节钢笼副吊 12 个吊点承受中节钢笼 70% 的重量，即 78×70%/8＝6.825 t；二期槽中节钢笼副吊 6 个吊点承受中节钢笼 70% 的重量，即 39×70%/4＝6.825 t。

（1）相关参数：吊点钢筋最不利情况下受力（P）＝6.825 t；每个吊点钢筋抗剪面积（S2）＝20×20×3.14＝1 256 mm2；钢筋抗剪（fs）＝120 N/mm2。

（2）吊点钢筋抗剪（fv）计算：fv＝S2×fs＝1 256× 120/9.8/1 000＝15.38 t；fv/P＝15.38/6.825＝2.25。因此，满足 2 倍安全系数的吊装要求。

2.4 搁置钢板形式及计算

在下放钢筋笼过程中，换钢丝绳时需要将钢筋笼临时搁置在导墙上而必须在钢筋笼上安放临时搁置钢板。钢筋笼最终下放到设计标高后，需要最终搁置钢板将钢筋笼固定在设计标高（见图3）。搁置钢板的强度不满足要求会产生搁置点部位钢筋笼变形、散架、钢筋笼突沉等安全风险。

图3 搁置钢板示意图

2.4.1 搁置钢板的布置

本工程临时搁置钢板厚 20 mm、高 100 mm、宽 200 mm。最终搁置钢板厚 60 mm、高 400 mm、宽 400 mm，开孔直径 150 mm。

2.4.2 搁置钢板计算

搁置钢板受力最大情况是：一期槽上节钢筋笼第一道最终搁置时承受整幅钢筋笼重量即 126 t。

（1）参数：单块搁置钢板承受最大（P）＝WT/8＝126/8＝15.9 t；单块搁置钢板抗剪截面积（S3）＝100× 20＝2 000 mm2；钢板抗剪（Fs）＝120 N/mm2。

（2）临时搁置钢板计算：每块搁置钢板允许抗剪（Fs）＝S3×fs/9.8/1 000＝24.5 t；Fs＞P（24.5 t＞15.9 t）。满足要求。

最终搁置钢板受力最大情况是：承受上节、中节和下节整幅钢筋笼重量即 126 t。受力情况同临时搁置钢板，但厚度尺寸均大于临时搁置钢板，所以不再重复计算。

2.5 主钢丝绳强度验算

扁担上方主钢丝绳选用规格，使用 6 股×37＋1 的钢芯钢丝绳，公称抗拉强度 1 700 MPa，单根长 5 m，对折使用，钢丝绳直径 65 mm，工作角度为 75°。

钢丝绳破断拉力总合（Fg）＝2 900 kN（起重吊装常用计算手册查得）；换算系数（a）＝0.82（建筑施工手册，第四版）；钢丝绳的安全系数（K）＝6（建筑施工手册，第四版）；单根钢丝绳最大受力（F1）＝126/4＝31.5 t；钢丝绳允许拉力（[Fg]）＝ a×Fg/K ＝0.82×2 900/6＝39.6 kN。

因为[Fg]×Sin75°＞F1（39.6×Sin75°＝38.25 t＞31.5 t），所以选用的吊点钢丝绳满足要求。

2.6 吊索具验算

吊索具的验算应包含主吊、副吊配置的全部钢丝绳、卸扣、钢扁担、滑轮等内容，因吊索具强度不足、型号不匹配而造成吊装事故屡有发生。以一期槽卸扣强度验算为例，分析如下。

（1）一期槽钢筋笼含索具重量 126 t，主吊扁担上方卸扣最终是 2 个卸扣吊起整幅钢筋笼的重量，角度 75°；副吊扁担上方卸扣是 2 个卸扣承担中节钢筋笼 78 t 的 70%。

（2）主吊扁担上方卸扣选择 100 t 卸扣，100×2× Sin75°＝193 t＞126 t，因此满足要求；副吊扁担上方卸扣选择 55 t 卸扣，55×2×Sin75°＝106 t＞78×70%＝54.6 t，因此满足要求。

（3）一期槽上、中节第一道卸扣选择 50 t 卸扣，50×8＝400 t＞126 t，因此满足要求。

（4）其余卸扣均选择 25 t 卸扣，受力最大情况是中节第二道承担中、下两节钢笼重量的一半，25×4＝100 t ＞108×50%＝54 t，因而满足要求。

3 超长超重钢筋笼吊装安全保证措施

3.1 起重吊装前的安全保证措施

（1）根据专家评审意见修改和完善专项方案，并经施工单位技术负责人、项目总监和建设单位项目负责人签字后，方可组织实施。起吊前必须填写吊装令，由项目经理签发后方可起吊。

（2）根据现场人员安排建立现场安全生产管理网络，明确安全责任并签署安全生产岗位责任书，对起重吊装作业进行过程管理。

（3）起重吊装前做好施工现场安全生产宣传教育和管理工作，对分包人员做好吊装施工安全技术交底工作，明确施工内容及国家地方规定的条例、上级公司的有关规定及企业的规章制度。

（4）起重机的指挥人员须经培训取得操作证后方可担任指挥。

（5）每日由当班施工班长根据当时施工条件及作业环境进行班前讲话，明确当日工作事项及安全事宜。

（6）钢筋笼起吊前，对钢筋笼制作必须实行三检制，即班组自检、现场技术员复查和专职人员专检。检查内容如下：

①吊点和搁置板的焊接情况是否满足质量要求；

②检查吊具、索具、卸克是否完好；

③检查钢笼内散落的钢筋头及其他物品并及时清除，以防起吊时坠落伤人；

④检查设备的卷扬筒的安全情况是否可靠；

⑤检查钢丝绳有无损伤，若发现问题应及时更换；

⑥检查主筋的胫是否有损伤、裂纹，吊钩保险是否完好；

⑦检查吊钩的上限位是否灵敏有劲、设备有无异常；

⑧起重机械就位的位置是否准确，地面是否坚硬；

⑨起重司机、指挥、现场安全员是否到位，司机、指挥、安全员是否持证上岗；

⑩起重机的变幅指示器、力矩限制器以及各种行程限位开关等安全保护装置是否齐全完整、可靠，不得随意调整和拆除，严禁用限位装置代替操纵机构；

⑪对周围环境进行检查，应按规定设置吊装警戒区域。

（7）检查完毕后报监理工程师验收，然后由项目经理签发吊装令，之后方可起吊。

（8）对已成槽还没有吊笼入槽的置放时间较长的槽段应增加安全防护栏杆或者铁板，确保人员的安全，同时采取清孔换浆措施，以提高泥浆质量，降低槽壁坍塌风险。

（9）钢筋笼吊装时期应做好气象资料调查，避免产生短期的大风影响，以防产生不必要的风险。

3.2 起重吊装过程中安全管理措施

（1）每次吊装前应对钢丝绳等吊索具进行检查，检查断丝情况、磨损程度、腐蚀情况、润滑状态、变形及其他异常现象、重型套环连接部位的紧股状况，同时做好警戒和监护工作。

（2）钢筋笼在吊装前必须进行试吊，检查是否符合安全要求，确认安全后方可正式进行吊装作业。

（3）钢筋笼起吊作业尤其是双机抬吊过程，必须在专人指挥下进行，现场做到定机、定人、定指挥；严格控制吊车回转半径，严禁高空抛物，以免伤人。

（4）起重机作业时，重物下方不得有人；严禁用非载人起重机载运人员。

（5）在钢筋笼吊放过程中，若需要在高空拆换吊点钢丝绳，则人员必须系好安全带。

（6）吊车穿越导墙时应铺好钢板，制作导墙时应加强该区域配筋；布置双层双向钢筋网片，加密混凝土支撑。确保吊车经过导墙时的安全。

（7）吊车在高压走廊边作业时必须保持平稳，工作半径必须控制在允许范围内，避免对高压线造成破坏；安排专人进行监督，以防倾覆。

（8）在吊车上安装近电报警装置，当吊车臂杆进入危险区域时，立即报警提醒操作人员及指挥、管理人员。

（9）起重吊装作业必须严格遵守起重“十不吊”的规定。

4 超长超重钢筋笼吊装故障原因分析及应对措施

4.1 吊车倾覆失稳

（1）发生的原因：方案编制不合理，起重机械设备不能完全满足起吊要求；起重吊车行走地面未采取硬化措施；现场在未采取任何辅助措施的前提下超负荷吊装。

（2）应对的措施：合理编制方案，考虑一定安全系数富裕，并且经过专家评审后方可予以实施；认真执行每一步操作规程；起吊前精确掌握吊车的起吊位置，检查吊车处于起吊准备状态；现场硬化，起重机械运行处于水平地面，负重行走线路路面要坚实平整；整幅起吊前进行试吊，检查是否符合安全安全要求，确认安全后方可正式进行吊装作业。

4.2 设备故障

（1）发生的原因：起重机械进场未进行验收，导致设备带病工作；没有及时对设备进行检修；为满足工期需求，起重机械长期超负荷运作；现场备品备件考虑不足。

（2）应对的措施：机械进场经检查验收合格且各方确认后方可允许使用；定期对起重设备设施进行维修保养，现场备足备品备件；合理编制方案，考虑一定安全系数富裕，并且经过专家评审后方可予以实施；整幅起吊前进行试吊，检查是否符合安全安全要求，确认安全后方可正式进行吊装作业。

4.3 第一道吊点范围钢笼头部向上弯曲

（1）发生的原因：未严格按照施工组织设计的要求，进行吊点布置和对钢筋笼进行加强；钢笼吊到空中发现有变形现象仍强行吊起；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。

（2）应对的措施：合理编制方案和设置吊点；现场严格按照要求布置吊点和加强钢筋笼；加强第一道吊点的横向桁架；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全部焊接；起吊钢笼时，先将钢笼整体拎高 30 cm，观察有无变形或电焊崩开现象，若有，则下放钢笼加固后继续起吊；用神仙葫芦和千斤顶将已弯曲的钢笼调直加固。

4.4 主吊和副吊之间的钢筋笼部分发生弯曲、断裂

（1）发生的原因：未严格按照施工组织设计的要求布置吊点和加强钢筋笼；钢笼吊到空中发现变形仍强行吊起；钢笼较宽且纵向桁架薄弱；主吊和副吊之间的距离过长；起吊过程中两部吊车配合不当；桁架钢筋、分布筋与钢筋笼焊接不牢固。

（2）应对的措施：立即疏散附近施工人员；将钢筋笼放到地上，对变形钢筋笼进行整形、加固后再重新起吊；增加纵向桁架数量；调整吊点位置，将主吊和副吊之间的距离调整到合理位置。

4.5 转 L 幅钢筋笼“包饺子”

（1）发生的原因：未严格按照施工组织设计的要求，进行吊点布置和对钢筋笼进行加强；钢笼吊到空中发现有变形现象仍强行吊起，钢筋笼发生倾翻；斜撑拉杆强度不够或焊接不牢固；转 L 幅内边的分布筋未与所经过的钢筋焊接牢固。

（2）应对的措施：立即疏散附近施工人员，下放钢筋笼然后进行调整；合理设置斜撑拉杆，当发生扭曲后，可先用神仙葫芦或千斤顶校直，然后着重加强每一道吊点之间的斜撑；如果转 L 幅一边竖起较高，为避免在开始起吊过程中竖起来的边向一边侧翻，可用副吊的副钩吊一根钢丝绳拉住钢笼。

5 结 语

随着深基坑施工技术的日益发展，地下连续墙也朝着长度更长、质量更优的趋势发展，而钢筋笼吊装的风险也日益增大。只有制定合理安全的钢筋笼吊装方案并加强现场安全风险管控，才能大大减少事故的发生，确保整个工程的安全。