CN112746609A - 低净空条件下使用的等效连墙施工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低净空条件下使用的等效连墙施工系统及方法，等效计算，利用具有一定间距的圆柱形钢筋笼等效替代传统地矩形连墙钢筋笼，计算器等效刚度；起吊机起吊第二节钢筋笼，下放至与第一节钢筋笼顶部相接触的位置；施工人员将第一节钢筋笼和第二节钢筋笼进行对接施工，通过焊接完成对接；当整副等效地连墙的钢筋笼吊装下放完成后，进行灌浆施工，最终完成等效地连墙的施工。本申请的系统通过多段圆柱形钢筋笼来代替传统地连墙钢筋笼，采用起吊机、卡位机构和多节钢筋笼等结构的配合，降低施工系统的成本；该施工方法通过对地连墙看完刚度的等效计算，完成了等效地连墙的配筋设计，由多段圆柱形钢筋笼替代传统地连墙钢筋笼。

Description

低净空条件下使用的等效连墙施工系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种低净空条件下使用的等效连墙施工系统及方法。

背景技术

随着城市轨道交通建设规模的不断扩大，深基础工程越来越多，施工条件也越来越受到限制，地下连续墙以其特有的优势成为深基坑围护结构的首选。在城市中心区，高层建筑、城市高架桥、地下管网、高空电缆等十分密集，轨道交通施工环境十分复杂，低净空下围护结构施工的情况越来越多。

我国城市高架的高度从4m到10m不等，在这种低净空下，地下连续墙施工首要面对的问题是施工的高度能否满足液压抓斗的需要。目前我国市场上常见的成槽设备高度约为14m，也就是说常规成槽机施工地下连续墙的方法不能够在低净空下进行。

地下连续墙的设计深度往往在20m以上，所以起重设备不能够进入施工区域，钢筋笼也不能进行正常的整体吊装和下放。

因此，如何提供一种结构简单、性能可靠的低净空下的等效地连墙及其施工方法，已成为工程施工领域中重要的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种安装成本更低、安全稳定性更好、能适用于低净空条件下组装施工使用的等效连墙施工系统及方法。

为实现该技术目的，本发明的方案是：一种低净空条件下使用的等效连墙施工系统，包括起吊机，该起吊机用于起吊或放下单节的钢筋笼，单节的钢筋笼高度小于指定位置的净空高度；

所述起吊机一侧为导墙槽，所述导墙槽顶部设置有卡位机构，所述卡位机构的直径大于导墙槽的宽度，所述钢筋笼的直径小于导墙槽的宽度，该卡位机构能穿过钢筋笼将其悬空固定于导墙槽中，该钢筋笼的顶部与起吊的下一节钢筋笼的底部能进行焊接操作；

所述导墙槽内安装有复数节垂直安装的钢筋笼，所述钢筋笼为圆柱形结构。

作为优选，所述卡位机构为包括有固定杆、转轴和转动杆，所述固定杆两端通过转轴铰接有转动杆，所述转动杆顶端设置有卡槽，所述固定杆穿过下部的钢筋笼将其固定，所述转动杆转动后能与上部的钢筋笼卡接。

作为优选，所述转动杆为伸缩结构，所述转动杆中部设置有锁止扣。

一种施工方法，使用低净空条件下使用的等效连墙施工系统，具体步骤如下：

第一步、等效计算，利用具有一定间距的圆柱形钢筋笼等效替代传统地矩形连墙钢筋笼，其刚度等效公式如下所示：

其中EI_eq为等效后的地连墙抗弯刚度，EI为传统配筋的地连墙刚度，EI＝M/φ，M为设计弯矩，φ为对应的截面曲率；

其中截面沿高度方向等分为K层，对于截面的每个单元面积为ΔA_i＝BH/K，其中B为截面宽度，H为截面高度；

ε′_Mc为弯矩引起的截面受压区边缘混凝土应变；ε_Ms为弯矩引起的受拉区钢筋应变；中和轴与受压区边缘混凝土的距离为h_z；φ_eq为等效截面曲率；a为受拉区混凝土保护层厚度；

按EI_eq的数值设计制作合适性能的箍筋笼，钢筋笼分为多节吊装结构；

第二步、钢筋笼吊装施工，具体施工步骤如下：

S1、起吊机起吊第一节钢筋笼，将其下放至导墙槽内，直至钢筋笼顶部位置与卡位机构齐平；

S2、利用卡位机构上的卡爪将第一节钢筋笼暂时卡位于导墙槽的开口处；

S3、起吊机起吊第二节钢筋笼，下放至第二节钢筋笼底部与第一节钢筋笼顶部相接触的位置；

S4、施工人员将第一节钢筋笼和第二节钢筋笼进行对接施工，通过焊接完成对接，并在钢筋笼的裸纵筋位置焊接箍筋，获得焊接钢筋笼；

S5、起吊机保持对焊接钢筋笼的吊起状态，松开第一节钢筋笼处的卡位机构上的卡爪，然后起吊机继续下放至导墙槽内，直至焊接钢筋笼顶部位置与卡位机构齐平；

S6、重复步骤S1至S5，直至达到地连墙设计深度，即完成第一段的钢筋笼安装，起吊机向一侧移动继续下一段的钢筋笼安装；

S7、当整副等效地连墙的钢筋笼吊装下放完成后，进行灌浆施工，最终完成等效地连墙的施工。

作为优选，第二步S4中焊接前，需检测第一钢筋笼和第二钢筋笼均为垂直状态，方能进行后续焊接操作。

作为优选，圆柱形的钢筋笼直径为H-2a，按照连续等效单元，单个等效单元中，钢筋笼所需混凝土保护层厚度为a，则整幅地连墙中钢筋笼的间距应大于等于钢筋笼保护层厚度并小于等于两倍保护层厚度即可，即钢筋笼间距d取值范围为：a≤d≤2a。

本发明的有益效果，本申请提供一种适合低净空下施工的的等效地连墙施工系统，该系统通过多段圆柱形钢筋笼来代替传统地连墙钢筋笼，采用起吊机、卡位机构和多节钢筋笼等结构的配合，降低施工系统的成本；该施工方法通过对地连墙看完刚度的等效计算，完成了等效地连墙的配筋设计，由多段圆柱形钢筋笼替代传统地连墙钢筋笼，从而减少单次起吊钢筋笼的重量，降低对起吊机的要求，普通起吊机即可完成吊装施工，无需使用龙门吊等笨重的大型施工机械，提高了施工的灵活度，同时也降低了设备成本；同时在低净空条件下，钢筋笼分节制作，通过分节吊装，解决了低净空下无法整体吊装的难题。

附图说明

图1为现有连续墙的结构示意图；

图2为本发明的等效连墙的结构示意图；

图3为本发明的步骤S1的状态参考图；

图4为本发明的步骤S3的状态参考图；

图5为本发明的步骤S4的状态参考图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-5所示，本发明所述的具体实施例为一种低净空条件下使用的等效连墙施工系统，包括起吊机1，该起吊机1用于起吊或放下单节的钢筋笼2，单节的钢筋笼2高度小于指定位置的净空高度，净空高度是指高压电线3等高空物体距离地面的距离；

所述起吊机1一侧为导墙槽4，所述导墙槽4顶部设置有卡位机构5，所述卡位机构5的直径大于导墙槽4的宽度，所述钢筋笼2的直径小于导墙槽4的宽度，该卡位机构5能穿过钢筋笼2将其悬空固定于导墙槽4中，该钢筋笼2的顶部与起吊的下一节钢筋笼2的底部能进行焊接操作；

所述导墙槽4内安装有复数节垂直安装的钢筋笼2，所述钢筋笼 2为圆柱形结构。

为了更好的固定钢筋笼并进行焊接操作，所述卡位机构5为包括有固定杆501、转轴502和转动杆503，所述固定杆501两端通过转轴502铰接有转动杆503，所述转动杆503顶端设置有卡槽504，所述固定杆501穿过下部的钢筋笼2将其固定，所述转动杆503转动后能与上部的钢筋笼2卡接。

作为优选，所述转动杆503为伸缩结构，所述转动杆503中部设置有锁止扣505。

一种施工方法，使用低净空条件下使用的等效连墙施工系统，具体步骤如下：

第一步、等效计算，利用具有一定间距的圆柱形钢筋笼等效替代传统地矩形连墙钢筋笼，其刚度等效公式如下所示：

传统进行低净空下地连墙成槽施工，是利用冲击钻钻进主孔，后劈打副孔，最后采用方锤修孔，使主副孔相连形成一个槽段，并完成导墙施工。

故进行等效地连墙钢筋笼配筋设计时，地连墙作为深基坑的围护结构，其中起主要作用的是地连墙的抗弯刚度，抗弯刚度由混凝土及纵向钢筋提供。因此，本申请对地连墙的抗弯刚度进行等效，利用具有一定间距的圆柱形钢筋笼等效传统地连墙钢筋笼，其刚度等效公式推到过程如下所示：

EI_eq＝EI (2)

其中EI_eq为等效后的地连墙抗弯刚度，EI为传统配筋的地连墙刚度，EI＝M/φ，M为设计弯矩，φ为对应的截面曲率。因此，需要对对等效地连墙的设计弯矩进行等效

等效方法按如下步骤进行：

将截面沿高度方向等分为K层，对于截面的每个单元面积为 ΔA_i＝BH/K，其中B为截面宽度，H为截面高度。每一小条元面积的形 心与受压区边缘的距离近似取为y_i＝iH/K。

等效截面曲率可表达如下：

其中，ε′_Mc为弯矩引起的截面受压区边缘混凝土应变；ε_Ms为弯矩引起的受拉区钢筋应变；φ_eq为等效截面曲率；a为受拉区混凝土保护层厚度；

等效截面上混凝土任意一个条元的应变为ε′_Mc，i＝φ_eqy′_i-Hφ_eq/2；受压、受拉区钢筋的应变分别为ε′_Ms，j＝φ_eqy′_j-Hφ_eq/2，ε_Ms，i＝φ_eqy_s，i-Hφ_eq/2，其中j为等效截面上含有钢筋的条元个数，总个数为n。

每一条元对中和轴求矩，中和轴与受压区边缘混凝土的距离为 h_z。

混凝土：M_i＝ΔA_iσ_Mc，i(h_z-y_i) (4)

钢筋：

根据力的平衡关系得到：

结合以上可得，等效刚度可表示如下：

箍筋部分按照构造配筋即可。以上即完成了地连墙的等效，按照配筋设计制作钢筋笼，钢筋笼分为多节吊装。

第二步、钢筋笼吊装施工，具体施工步骤如下：

S1、起吊机起吊第一节钢筋笼，将其下放至导墙槽内，直至钢筋笼顶部位置与卡位机构齐平；

S2、利用卡位机构上的卡爪将第一节钢筋笼暂时卡位于导墙槽的开口处；

S3、起吊机起吊第二节钢筋笼，下放至第二节钢筋笼底部与第一节钢筋笼顶部相接触的位置；

S4、施工人员将第一节钢筋笼和第二节钢筋笼进行对接施工，通过焊接完成对接，并在钢筋笼的裸纵筋位置焊接箍筋，获得焊接钢筋笼；

S5、起吊机保持对焊接钢筋笼的吊起状态，松开第一节钢筋笼处的卡位机构上的卡爪，然后起吊机继续下放至导墙槽内，直至焊接钢筋笼顶部位置与卡位机构齐平；

S6、重复步骤S1至S5，直至达到地连墙设计深度，即完成第一段的钢筋笼安装，起吊机向一侧移动继续下一段的钢筋笼安装；

S7、当整副等效地连墙的钢筋笼吊装下放完成后，进行灌浆施工，最终完成等效地连墙的施工。

第二步S4中焊接前，通过水平仪或者铅锤检测第一钢筋笼和第二钢筋笼均为垂直状态，方能进行后续焊接操作。为了保障焊接稳定，保证每一段钢筋笼处于同一垂直角度进行安装。

为了保障连墙的稳定性，圆柱形的钢筋笼直径为H-2a，按照连续等效单元，单个等效单元中，钢筋笼所需混凝土保护层厚度为a，则整幅地连墙中钢筋笼的间距应大于等于钢筋笼保护层厚度并小于等于两倍保护层厚度即可，即钢筋笼间距d取值范围为：a≤d≤ 2a。

本申请提供一种适合低净空下施工的的等效地连墙施工系统，该系统通过多段圆柱形钢筋笼来代替传统地连墙钢筋笼，采用起吊机、卡位机构和多节钢筋笼等结构的配合，降低施工系统的成本；该施工方法通过对地连墙看完刚度的等效计算，完成了等效地连墙的配筋设计，由多段圆柱形钢筋笼替代传统地连墙钢筋笼，从而减少单次起吊钢筋笼的重量，降低对起吊机的要求，普通起吊机即可完成吊装施工，无需使用龙门吊等笨重的大型施工机械，提高了施工的灵活度，同时也降低了设备成本；同时在低净空条件下，钢筋笼分节制作，通过分节吊装，解决了低净空下无法整体吊装的难题。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种低净空条件下使用的等效连墙施工系统，其特征在于：包括起吊机，该起吊机用于起吊或放下单节的钢筋笼，单节的钢筋笼高度小于指定位置的净空高度；

所述起吊机一侧为导墙槽，所述导墙槽顶部设置有卡位机构，所述卡位机构的直径大于导墙槽的宽度，所述钢筋笼的直径小于导墙槽的宽度，该卡位机构能穿过钢筋笼将其悬空固定于导墙槽中，该钢筋笼的顶部与起吊的下一节钢筋笼的底部能进行焊接操作；

所述导墙槽内安装有复数节垂直安装的钢筋笼，所述钢筋笼为圆柱形结构。

2.根据权利要求1所述的低净空条件下使用的等效连墙施工系统，其特征在于：所述卡位机构为包括有固定杆、转轴和转动杆，所述固定杆两端通过转轴铰接有转动杆，所述转动杆顶端设置有卡槽，所述固定杆穿过下部的钢筋笼将其固定，所述转动杆转动后能与上部的钢筋笼卡接。

3.根据权利要求2所述的低净空条件下使用的等效连墙施工系统，其特征在于：所述转动杆为伸缩结构，所述转动杆中部设置有锁止扣。

4.一种施工方法，其特征在于：使用权利要求1-3任一项的低净空条件下使用的等效连墙施工系统，具体步骤如下：

第一步、等效计算，利用具有一定间距的圆柱形钢筋笼等效替代传统地矩形连墙钢筋笼，其刚度等效公式如下所示：

其中EI_eq为等效后的地连墙抗弯刚度，EI为传统配筋的地连墙刚度，EI＝M/φ，M为设计弯矩，φ为对应的截面曲率；

其中截面沿高度方向等分为K层，对于截面的每个单元面积为ΔA_i＝BH/K，其中B为截面宽度，H为截面高度；

ε′_Mc为弯矩引起的截面受压区边缘混凝土应变；ε_Mc为弯矩引起的受拉区钢筋应变；中和轴与受压区边缘混凝土的距离为h_z；φ_eq为等效截面曲率；a为受拉区混凝土保护层厚度；

按EI_eq的数值设计制作合适性能的箍筋笼，钢筋笼分为多节吊装结构；

第二步、钢筋笼吊装施工，具体施工步骤如下：

S1、起吊机起吊第一节钢筋笼，将其下放至导墙槽内，直至钢筋笼顶部位置与卡位机构齐平；

S2、利用卡位机构上的卡爪将第一节钢筋笼暂时卡位于导墙槽的开口处；

S3、起吊机起吊第二节钢筋笼，下放至第二节钢筋笼底部与第一节钢筋笼顶部相接触的位置；

S4、施工人员将第一节钢筋笼和第二节钢筋笼进行对接施工，通过焊接完成对接，并在钢筋笼的裸纵筋位置焊接箍筋，获得焊接钢筋笼；

S5、起吊机保持对焊接钢筋笼的吊起状态，松开第一节钢筋笼处的卡位机构上的卡爪，然后起吊机继续下放至导墙槽内，直至焊接钢筋笼顶部位置与卡位机构齐平；

S6、重复步骤S1至S5，直至达到地连墙设计深度，即完成第一段的钢筋笼安装，起吊机向一侧移动继续下一段的钢筋笼安装；

S7、当整副等效地连墙的钢筋笼吊装下放完成后，进行灌浆施工，最终完成等效地连墙的施工。

5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于：第二步S4中焊接前，需检测第一钢筋笼和第二钢筋笼均为垂直状态，方能进行后续焊接操作。

6.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于：圆柱形的钢筋笼直径为H-2a，按照连续等效单元，单个等效单元中，钢筋笼所需混凝土保护层厚度为a，则整幅地连墙中钢筋笼的间距应大于等于钢筋笼保护层厚度并小于等于两倍保护层厚度即可，即钢筋笼间距d取值范围为：a≤d≤2a。

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