馮忠居，張聰，劉闖，王富春，孫平寬，黃鵬

（1.長安大學(xué)公路學(xué)院，陜西 西安 710064；2.海南省交通運輸廳，海南 ?？?570204；3.中國公路工程咨詢有限公司，北京 100097；4.中交二航局第五工程分公司，湖北 武漢 430012）

0 引言

隨著中國公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，在強震區(qū)、海洋環(huán)境下修建大跨徑橋梁工程越來越常見。橋梁的震害數(shù)據(jù)表明：橋梁上部結(jié)構(gòu)的破壞包括落梁、支座破壞、橋墩橋臺滑移等，在地震結(jié)束后，也會導(dǎo)致樁頭混凝土開裂、樁身環(huán)狀裂縫甚至斷樁等震害[1-5]，橋梁下部樁基礎(chǔ)一旦發(fā)生破壞將嚴重威脅整個橋梁的運營安全。近30年來，全球發(fā)生的各種大地震，比如：1989年美國Loma Prieta地震、1992年美國Landers地震、1994年美國Northridge地震、1999年中國臺灣地震及土耳其Kocaeli地震等，在這些地震中積累了大量資料與實測數(shù)據(jù)[6-8]。因此，橋梁基礎(chǔ)大多采用承載能力較高的深長樁基礎(chǔ)、以提高其抗震性能。超大直徑鉆孔灌注樁在跨海大橋或地質(zhì)條件復(fù)雜的大跨度橋梁中運用廣泛[9]，為滿足工程要求，其鋼筋籠直徑隨之加大、層數(shù)隨之增多。針對鋼筋籠自重大、制作精度要求高、施工操作難度大等特點，確保樁基施工質(zhì)量，成為工程建設(shè)者必須重視的問題。

張細敏[10]采用數(shù)值仿真軟件Midas/civil模擬分析了超大直徑鉆孔灌注樁鋼筋籠的受力狀態(tài)以及變形情況，保證施工質(zhì)量；余地華[11]等以超大長徑比鋼筋籠施工為例，介紹了分體式直螺紋套筒在主筋節(jié)與節(jié)之間的連接方法，施工時間得到大大減少；邱瓊海[12]等依托大勝關(guān)長江大橋大噸位超長鋼筋籠的制造與安裝施工過程，改進了施工機具，加快了制造速度，提高了安裝精度，保證其施工質(zhì)量與安全；陶美詳[13]等介紹制作立柱和樁基鋼筋籠胎具的構(gòu)造及操作方法，通過制作一種鋼筋籠綁扎胎具提高施工功效、保證施工質(zhì)量；趙繼光[14]針對超大直徑鋼筋籠制作、裝配過程中綁扎要領(lǐng)、支架制作、安放吊裝等問題，提出了相應(yīng)施工技術(shù)措施；常志紅[15]等為保證樁基礎(chǔ)檢測質(zhì)量，確保工程整體進度，詳細總結(jié)了聲測管安裝方法及施工過程中出現(xiàn)的問題。

綜上所述，鋼筋籠制作安裝施工過程中問題頻出，采用何種工藝加工及吊裝一直是各方設(shè)計者與建設(shè)者爭論的焦點，因此，合理使用新工藝、新方法、新技術(shù)，確保鋼筋籠在制作、運輸、吊裝等過程中保持穩(wěn)定、不變形、精準下放，是所有工程建設(shè)者的共同目標。本文具體介紹海南省鋪前大橋?qū)嶋H工程中樁基礎(chǔ)4層鋼筋籠制作的施工工藝及運輸、安裝技術(shù)。

1 工程概況

海南省鋪前跨海大橋坐落于海南島東北端東寨港出海口處，大橋兩端連接?？诤臀牟齼墒?。橋址區(qū)位于1605年瓊山7.5級大地震的震中所在地、活動斷層、強風、強腐蝕區(qū)海洋環(huán)境中，也是潛在的震源區(qū)，地震設(shè)防烈度為Ⅷ度，50 a超越概率10%動峰值加速度0.35g、50 a超越概率2%動峰值加速度0.59g，為國內(nèi)最大。其主橋橋墩下方是2個分體式承臺基礎(chǔ)，單個承臺下設(shè)16根樁基，樁基礎(chǔ)鋼筋籠工程量見表1。鋼筋主筋為φ36HRB400鋼筋，左右側(cè)承臺區(qū)域樁基鋼筋籠共4層布置，其中外層主筋均采取2根一束雙層布置，間距為15.1 cm；第2層主筋與第3層主筋徑向布置，間距分別為13.9 cm、13.4 cm；內(nèi)層主筋間距為12.8 cm，如圖1所示。在同類型橋梁超大直徑樁基礎(chǔ)施工中，如此多達4層的樁基礎(chǔ)鋼筋籠甚為罕見。

表1 鋼筋籠工程量Table 1 Pile reinforcement cage engineering quantity

圖1 鋼筋籠示意圖Fig.1 Diagram of reinforcing cage

2 多層鋼筋籠制作工藝

2.1 工藝流程

鋼筋籠制作流程依次為下料及胎架制作、鋼筋加工、焊接加強箍、連接頭標準檢驗、拆分運輸、下放安裝、測試元件安裝。

2.2 鋼筋籠分節(jié)

考慮到主筋的規(guī)格、根數(shù)、長度及其分布的位置，以及規(guī)范的要求，鋼筋接頭錯開的距離為1.3 m（φ36）。另外根據(jù)現(xiàn)場的安裝需要，將左右側(cè)承臺區(qū)域樁基礎(chǔ)鋼筋籠分成4節(jié)（3×12 m+4 m）和3節(jié)（2×12 m+7 m）。在鋼筋籠分節(jié)過程中，保證同一斷面的接頭數(shù)量小于50%。

2.3 鋼筋籠胎架制作

根據(jù)最外層鋼筋籠直徑制作相應(yīng)的胎架，胎架的組成部分包括鋼板圈、胎架齒槽及支架。鋼筋籠胎架按鋼筋位置開槽口的半圓形鋼板以及支撐型鋼組成，為確保鋼筋胎架的軸線處于同一標高，安裝固定時采用水準儀控制標高，經(jīng)緯儀控制軸線。

2.4 鋼筋籠加工

鋼筋籠加工的關(guān)鍵是N1、N1′、N1″3層主筋及其加強箍筋的安裝。

1）圓弧胎架安裝完成后，把固定在胎架圓弧內(nèi)的外層N1主筋擺放到胎架齒槽內(nèi)（注意錯開接頭）?？紤]到預(yù)留組合在一起的2根主筋連接套筒外壁厚度，兩緊鄰鋼筋間放入一短鋼筋頭。

2）外圈N5加強箍在專門制作的胎架上結(jié)合鋼筋彎曲機彎曲，注意控制好直徑，彎曲完成后焊接。中間圈N7加強箍及內(nèi)圈N10加強箍同理加工。并焊接6根“六角星”形N9加強筋與3圈加強箍形成整體，完成后將每圈N5、N7、N10加強箍使用8個N8鋼筋連接頭焊成加強箍組合，如圖2所示。

圖2 鋼筋籠箍筋示意圖Fig.2 Diagram of reinforcement cage stirrup

3）將加強箍組合按樁長方向2 m每組點焊在胎架上的N1主筋上（與胎架對應(yīng)，安裝在胎架附近，頂部平面錯開5 cm）。

4）鋼筋籠內(nèi)利用已安裝的主筋搭設(shè)鋼筋安裝架（腳手管結(jié)構(gòu)），安裝架外懸臂至鋼筋籠外側(cè)作為外側(cè)安裝平臺，安裝架平臺頂部鋪設(shè)模板保證人員作業(yè)安全。內(nèi)層主筋由兩側(cè)穿入經(jīng)安裝架安裝，外層主筋由外側(cè)經(jīng)安裝架外懸臂平臺安裝，如圖3所示。

5）連接套筒宜選用45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼或其他輕型式檢驗符合要求的鋼材，并應(yīng)符合有關(guān)鋼材的現(xiàn)行國家標準及JGJ 107—2010《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的標準，見表2。

圖3 鋼筋安裝平臺Fig.3 Steel bar installation platform

表2 鋼筋籠制作、安裝檢驗評定標準表Table 2 Standard for inspection and assessment of fabrication and installation of reinforcement cage

2.5 聲測管安裝

每根樁基礎(chǔ)布設(shè)8根聲測管，最外層和最內(nèi)層鋼筋各布設(shè)聲測管4根，如圖4所示。聲測管接長至鋼護筒頂面，聲測管的設(shè)計單根總長分別為左幅單根40 m，右幅單根31 m。每隔2 m左右，在聲測管與鋼筋籠之間用“U”形卡進行焊接固定。聲測管上端口用木塞或橡膠蓋密封，聲測管接頭位置與鋼筋籠各節(jié)接頭位置一致，管道的接長采用螺紋套筒連接，接頭套管在后場先與聲測管管道的一端連接好，現(xiàn)場與另一端套筒旋緊連接。

圖4 聲測管布設(shè)示意Fig.4 Indication of sounding pipe layout

3 多層鋼筋籠安裝技術(shù)

3.1 鋼筋籠的拆分和運輸

鋼筋籠加工制作好之后，將各節(jié)鋼筋籠按照現(xiàn)場下放順序拆分，并將其之間的連接接頭拆開，左側(cè)因最后1節(jié)較短，僅有4 m，所以拆分為3節(jié)，最后2節(jié)合并為1節(jié)；右幅鋼筋籠分為3節(jié)，最短的1節(jié)7 m。在運輸之前，將拆分后的鋼筋籠在直螺紋位置套上塑料套筒，防止絲牙在運輸過程中破壞；為方便安裝時順利對接，拆分時應(yīng)在鋼筋上予以標記。

鋼筋籠運輸時，后場的起吊采用兩點吊，可將其簡化為雙懸臂梁模型計算，其最合理的吊點位置為吊點負彎矩與跨中正彎矩絕對值相等處。

圖5 吊架示意圖Fig.5 Sketch map of hanger

以12 m長鋼筋籠為例，解得x=4.2 m。由于吊點不處于箍筋加強區(qū)域，起吊時鋼筋變形較大，故將吊點的位置設(shè)置在離兩端3 m處箍筋加強區(qū)域。使用帶有限位架的平板車通過鋼棧橋運輸至現(xiàn)場，采用120 t龍門吊進行鋼筋籠對接及下放。

3.2 鋼筋籠的下放及安裝

3.2.1 現(xiàn)場起吊

現(xiàn)場鋼筋籠起吊直接利用120 t龍門吊進行接高及下放，吊點位置設(shè)置于每節(jié)鋼筋籠最上一層加強箍處，4個吊耳對稱布置。吊耳采用圓鋼制作并與相應(yīng)主筋焊接，隨著鋼筋籠的不斷接長，鋼筋籠重量在不斷增加，在鋼筋籠頂口設(shè)置專用吊架以防止鋼筋籠發(fā)生吊裝變形，吊架結(jié)構(gòu)見圖5。

3.2.2 鋼筋籠下放

吊放鋼筋籠前，為保證鋼護筒內(nèi)壁無泥砂等雜質(zhì)附著，應(yīng)在鉆機鉆頭上安裝鋼刷，利用鉆錐對鋼護筒內(nèi)壁全面反復(fù)清理。清掃后反循環(huán)清孔，“刮刀鉆+鋼刷”如圖6所示。

圖6 刮刀鉆+鋼刷圖Fig.6 Scraper drill and steel brush drawing

利用120 t龍門吊主鉤及55 t履帶吊主鉤配合，使用十字形吊架吊住鋼筋籠頂部，55 t履帶吊吊住鋼筋籠底部，完成單節(jié)段鋼筋籠從水平放置轉(zhuǎn)換成豎直狀態(tài)，如圖7所示。鋼筋籠吊正后，下放入孔口，檢查確認吊點垂線、樁軸線、骨架中軸線重合后，由操作人員扶持緩慢下放，防止骨架碰撞鋼護筒內(nèi)壁剪力環(huán)影響下放，或與孔壁接觸碰撞影響鉆孔質(zhì)量。鋼筋籠進入鉆孔后，切勿左右旋轉(zhuǎn)，防止塌孔發(fā)生。下放完畢的鋼筋籠啟用下層吊點臨時利用卡板鉤掛在鋼護筒頂口位置。下放過程中如遇到阻礙，不得強提強放，應(yīng)停止查明原因后繼續(xù)下放。

鋼筋籠下放到位后將吊筋與卡板、卡板與護筒焊接固定防止?jié)仓炷習(xí)r鋼筋籠的上浮和下沉。吊筋采用8根φ36主筋制作，設(shè)置于焊有主吊環(huán)的鋼筋之上，鋼筋籠最后一節(jié)下放之后，用“S”形卡板卡住，通過吊裝鋼筋籠的吊架將吊筋起吊，達到預(yù)定高度之后，通過旋轉(zhuǎn)吊架將吊筋旋轉(zhuǎn)至預(yù)定位置，然后與主筋進行連接，通過套筒連接實現(xiàn)重復(fù)使用，連接完畢之后，鋼筋籠緩慢下放，吊筋吊環(huán)接近施工平臺后停止下放，最后吊筋通過頂部卡板與鋼護筒固定。

圖7 鋼筋籠起吊Fig.7 Steel cage lifting

4 技術(shù)要點

1）確保掛好的鋼絲繩主鉤處扣頭盡量不堆疊，鋼絲繩不互相交叉，卸扣安裝狀態(tài)符合使用要求，卸扣不得橫向受力。

2）起吊時，同步緩緩提升門機大鉤與履帶吊大鉤，首先確保十字吊架靠鋼筋籠底部2根鋼絲繩受力，注意鋼絲繩與鋼筋籠主筋盡量不接觸、不得互相擠壓。

3）鋼筋籠整體脫離現(xiàn)場存放胎架時，緩緩提升門機大鉤，并同步緩緩下放履帶吊小鉤，逐步實現(xiàn)鋼筋籠“翻身”施工。

4）聲測管安裝對接時，要灌水并觀察液面高度及顏色變化情況，如有異常，及時對接頭或滲漏處進行加固密封處理，鋼筋籠下放結(jié)束后用防水膠帶對管口進行密封。

5 工程建議

通過對鋪前大橋34號墩超大直徑樁基礎(chǔ)多層鋼筋籠制作與安裝各個環(huán)節(jié)進行分析，獲得了超大直徑樁基礎(chǔ)多層鋼筋籠制作與安裝各工序關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制要點，建議如下：

1）鋼筋胎架安裝固定時用經(jīng)緯儀控制軸線，水準儀控制標高，保證鋼筋胎架的軸線處在同一標高處，以此提高鋼筋籠制作精度；

2）鋼筋籠加工過程中，焊接6根“六角星”形N9加強筋與3圈加強箍（N5、N7、N10）形成整體，增強鋼筋籠受力性能；

3）鋼筋籠下放過程中，卡板與鋼護筒固定時要利用吊鉤或手拉葫蘆使鋼筋籠中心與樁中心重合，可加快下放速度；

4）應(yīng)用此多層鋼筋籠制作與安裝技術(shù)，大幅提高了生產(chǎn)效率，并保證鋼筋籠起吊過程中不會產(chǎn)生較大變形，具有廣闊的應(yīng)用前景。