于潤華

（國網山東省電力公司建設公司， 山東 濟南 250022）

0 引言

樁基礎作為各類工程建設中常用的基礎形式之一，因其施工工藝成熟、承載力高、成本相對較低等優(yōu)點，在變電站工程中得到廣泛應用。預制鋼筋混凝土方樁，是我國建筑基礎工程中的重要樁基材料， 也是我國預制構件中產量較大的一種混凝土制品。

1 方樁吊裝在施工中的應用

在特高壓變電站建設工程施工中， 樁基施工需要使用大型靜壓樁機向地下埋入預應力混凝土實心方樁。 樁是深入土層的柱型“桿件”，特高壓變電站建設工程施工中用到的預制鋼筋混凝土方樁樁型，截面為正方形，樁身截面一般沿樁長不變，方樁截面尺寸通常200×200mm 至600×600mm 不等，其樁身單節(jié)長度一般為4m～15m 幾種規(guī)格，由于運輸?shù)臈l件限制，樁長一般不超過12m。

預制鋼筋混凝土方樁具有以下優(yōu)點：

（1）樁身混凝土強度較高，單樁樁身承載力較大；施工受地下水變化影響較小。

（2）制作便利，既可以現(xiàn)場預制，也可以工廠化生產；可根據不同地質條件，生產各種規(guī)格和長度的樁。

（3）樁身質量可靠，施工質量比灌注樁等更易于保證。

（4）施工速度快，現(xiàn)場文明施工程度高。

（5）其各項技術指標比同類產品先進、合理、經濟。

近年來，隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展，該類產品在國內許多地區(qū)得到大力的發(fā)展。 在某特高壓變電站建設工程樁基施工中，即采用的該類預制鋼筋混凝土實心方樁，選用圖集 《預應力樁基實心方樁》L13SG410 中的JYFZB-BF-400-XX-A 樁型，該樁型截面尺寸400mm×400mm，樁身長度12m。 該工程施工中該類樁型的使用量約為4100根，吊裝工作量大。

目前， 施工現(xiàn)場多采用鋼絲繩纏繞方樁進行吊裝的方式（單點起吊或多點起吊），無專用吊裝夾具，存在以下問題：

（1）鋼絲繩纏繞方樁時，如果纏繞方式不當，起吊過程中方樁容易滑脫，容易造成人員傷亡、設備損壞，存在重大的安全隱患。

（2）吊裝過程中，鋼絲繩與方樁直接接觸，鋼絲繩極易被方樁邊緣摩擦損傷，存在鋼絲繩被磨斷的安全隱患，容易造成人員傷亡、設備損壞，需安全人員加強對鋼絲繩的檢查管理。

（3）由于鋼絲繩與方樁接觸面積小，方樁邊緣易被鋼絲繩勒傷，壓潰，造成方樁的損傷，損傷處已形成應力集中，影響方樁的使用壽命，同時影響方樁的外觀質量。

為解決上述問題， 消除方樁吊裝作業(yè)中存在的安全隱患，提高吊裝作業(yè)施工效率，自主設計了一種預應力混凝土實心方樁專用吊裝夾具（以下簡稱專用吊具）。

2 方樁專用吊裝夾具研究

2.1 使用工況

吊裝對象：預應力混凝土實心方樁；外形尺寸：0.4m×0.4m×12m；重量：約4.8t；安全系數(shù)：2.96；最大起重9.4t。

2.2 結構組成

預應力混凝土實心方樁吊裝夾具基本結構包括：壓緊梁1、 壓緊梁2、 主銷軸、 拉桿、 拉桿銷軸、 預緊螺母（Tr36）、吊裝卸扣（DX-3/4、額定載荷4.75t）等，見圖1。

圖1 吊裝夾具結構組成

2.3 吊裝原理

將吊裝夾具的壓緊梁1 和壓緊梁2 置于方樁兩側，調整好吊裝位置， 通過旋擰拉桿上的預緊螺母 （不小于2400N），使得兩壓緊梁夾緊方樁，當預緊力足夠大時（理論壓力達到80000N）， 通過兩個壓緊梁作用于方樁上的摩擦力大于方樁的重力以及機械鎖緊原理， 即可對方樁進行吊裝作業(yè)。 吊裝示意圖，見圖2。

圖2 吊裝示意圖

2.4 夾具設計

根據方樁重量約4.8t，預設重力為48000N，根據合成橡膠與混凝土之間的摩擦系數(shù)為0.6～0.85， 取定0.6，計算得出能夠吊裝該方樁所需總的正壓力約為80000N，單側正壓力約為40000N。

（1）根據吊裝夾具的使用工況，材料選用45 號鋼，進行調質處理，表面發(fā)黑處理（噴涂防銹漆），其拉伸許用應力約為120MPa，剪切許用應力約為80 MPa。45 號鋼是一種優(yōu)質碳素結構鋼，GB/T699-1999 規(guī)定—45 鋼抗拉強度為600MPa，屈服強度為355MPa，伸長率為16%，斷面收縮率為40%。

（2）計算拉桿最小截面積約為667mm2，最小直徑約為30mm，根據梯形螺紋標準，可選定螺距為3mm，公稱直徑為36mm 的梯形螺紋，其最小內徑約為32mm。 計算壓緊梁最小截面積約為800mm2， 結合該構件的受力情況，可選用25mm×40mm 的矩形鋼。 計算銷軸最小截面積約為500mm2，最小直徑約為26mm。

（3）壓盤與橡膠墊：壓盤合理增大面積，橡膠墊采用高強度合成橡膠，使壓緊力均勻分布于壓盤作用面上，擴大受力面積，防止鋼制壓盤直接與方樁接觸一起，一定的緩沖作用；橡膠墊通過強力膠粘結鑲嵌于壓盤內，吊裝時處于強力壓縮狀態(tài)，確保不會脫落。

（4）吊裝桿：使用時將卸扣銷軸拆下，將卸扣穿過桿體，然后擰上卸扣銷軸，即可進行吊裝作業(yè)。 桿體與壓緊梁焊接，為保證強度要求，一方面通過增大尺寸滿足強度設計要求； 另一方面， 桿體與梁體焊接處四周焊有加強筋，焊縫均倒焊接坡口、滿焊，留有足夠的焊高。 桿體端部留有卸扣防脫法蘭， 防止吊裝過程中發(fā)生偏載導致卸扣脫出。

2.5 有限元計算及分析

根據吊裝夾具的受力情況， 主要針對薄弱部件進行有限元仿真計算，分析各部件的薄弱位置，校核薄弱位置的強度是否滿足設計要求。

（1）拉桿主要承受預緊力作用，經有限元分析其薄弱位置為與拉桿銷軸連接處，見圖3。 根據目前的設計尺寸，其最大應力約為60MPa，小于所選材料的許用應力值，滿足設計要求。

（2） 壓緊梁是一個組合受力的情況： 一方面承受拉桿的拉力即預緊力，另一方面起吊過程中承受方樁的重力。 經有限元分析其薄弱位置為吊裝軸與結構梁連接處， 如圖4 所示。根據目前的設計尺寸，其最大應力約為100MPa，小于所選材料的許用應力值，滿足設計要求。

圖3 拉桿受力情況有限元仿真計算結果

圖4 壓緊梁受力情況有限元仿真計算結果

2.6 使用方法及注意事項

（1）嚴禁超負荷使用。

（2）使用前，應檢查吊件構件齊備、完好；若有嚴重銹蝕、裂紋、變形、損傷、轉動部分不靈活、螺栓破絲等情況時，嚴禁使用。

（3）吊具應安裝在距離方樁邊緣不少于800mm。

（4）預緊螺栓應使用扭力扳手，不小于2400N。

（5）起吊時，應先進行試吊。 方樁起吊端離地10cm時，檢查吊裝是否可靠；確認無誤后，繼續(xù)起吊至方樁全部完全離地10cm，檢查吊裝是否可靠；確認無誤后，繼續(xù)起吊。

（6）起吊方樁時，吊臂、方樁周圍嚴禁人員靠近。

（7）起吊過程應平穩(wěn)，禁止大幅度操作。

3 結束語

方樁起吊專用吊具經過系統(tǒng)的有限元分析計算，其結構強度滿足性能設計要求。

本方樁起吊專用吊具的優(yōu)點： 一是吊裝過程中對方樁的夾持更加可靠； 二是避免對混凝土方樁的局部壓潰；三是避免鋼絲繩與方樁直接接觸，避免方樁對鋼絲繩的摩擦損傷，減少安全隱患；四是改善方樁的吊裝姿態(tài)，降低吊裝作業(yè)對準落入點的操作難度。 應用該專用吊裝夾具后，進一步保障了吊裝作業(yè)安全， 確保工程建設安全順利開展，提高了吊裝作業(yè)效率，安全效益和社會效益顯著。