淺談格構柱式塔吊基礎在深大基坑中的應用

【摘 要】結合工程實例，介紹在深大基坑中格構柱式塔吊基礎的優選，其施工應用的技術要點和質量控制措施。

【關鍵字】格構柱式塔吊基礎；深大基坑；施工技術

1 引言：

隨著社會的發展和施工技術水平的提高，為了充分利用有限的土地資源，人們開始設計越來越多的高層并往地下擴展空間，地下室的深度及規模越來越大，基坑圍護結構越來越復雜。在深大基坑的施工過程中，創造條件保證塔吊盡早投入使用對于提高基坑圍護和地下室施工時的有著重要的意義，而塔吊基礎的施工是塔吊安裝的制約因素之一。本文結合一個工程實例對深大基坑條件下塔吊基礎的選擇與施工要點等進行解析。

2 工程概況：

某商務寫字樓位于福州市臺江區，該商務寫字樓工程結構形式為框架剪力墻結構，總建筑面積為184944.44m2，其中上部建筑面積為146054.54m2，地下室建筑面積為38889.9m2。寫字樓主樓地上27層、裙房5層，地下三層，地下一層高4.8m，地下二、三層高3.6m。開挖深度從室外地坪算起約為13m。

場地地質情況如下：

巖土層自上而下分別為：

2.1 雜填土：堆填時間大于5年，本層分布于整個場地，厚度為1.4～3.9米。

2.2 填中砂；堆填時間大于5年。本層僅SK19，SK31，SK38，SK42鉆孔揭露到，厚度為1.1～2.8米。頂面埋深為0.00～2.1m，頂面標高為4.12～6.62m。

2.3 粉砂夾淤泥：本層分布于整個場地，分布厚度11.1～17.4m，頂面埋深為1.3～5.1m，頂面標高為1.91～5.2m。在SK19、SK21、SK38、SK44H、SK52、SK54、SK55、SK59、SK61、SK62鉆孔地段該層上部厚度0.8～1.9m為流塑狀淤泥夾砂層(編號為2—1)

2.4 淤泥夾砂：本層在SK7、SK9、SK19、SK22、SK29、SK32、SK40～SK45鉆孔地段揭露到，分布厚度1～3.9m，頂面埋深為15.4～20.2m，頂面標高為-14.13～-9.19m。

2.5 細砂夾淤泥∶本層分布于整個場地，厚度8.7～17.4m頂面埋深為16.1～23.3m，頂面標高為-17.17～-9.7m。

2.6 淤泥質土夾砂：本層在SK38鉆孔地段揭露到，分布厚度為2.3米。頂面埋深為34.2m，頂面標高為-27.58m。

2.7 粉砂：本層分布于整個場地，分布厚度為2.3～11.1m，頂面埋深為29.4～36.5m，頂面標高為-29.88～-22.28m。

2.8 細砂：本層分布于整個場地，本次勘察純地下室及地下室外側地段鉆孔在該層終孔，揭露厚度0.8～6.9m。其余鉆孔地段均揭穿，厚度13.6～17.3m，頂面埋深為38～41.8m，頂面標高為-35.51～-30.88m。

2.9 卵石：本次勘察有30個鉆孔有揭露到，其中有9個鉆孔揭穿，厚度為5.6～9.05m，其余鉆孔揭露厚度為5.1～8.8m。頂面埋深為51.98～56.86m，頂面標高為-50.6～45.45m，層面較平緩。

2.10 粉砂：本層僅在SK16，SK21，SK31，SK33，SK37，SK40，SK42，SK43，SK44鉆孔地段揭露，厚度5.60-11.55m，頂面埋深為59.50-64.70m，頂面標高為-59.40—53.24m。

2.11 卵石：本次勘查sk16，sk21，sk31， sk33，sk37，sk40，sk42，sk44鉆孔地段揭露到，均為揭穿，揭露厚度2.80-6.90m，頂面深埋為67.20-74.20m，頂面標高為-67.94—-60.94m。

2.12 強風化花崗（砂土狀）：本層僅在sk31鉆孔揭露到，分布厚度1.40m，頂面埋深為79.40m，頂面標高為-73.22m。

3 塔吊基礎方案選擇：

本工程地下室基坑占地面積大，基坑面積約23000m2，開挖深度達13m；地下室圍護結構設置兩道鋼筋混凝土水平支撐，鋼筋、模板、混凝土等材料用量大，運輸距離長，為提高工作效率，塔吊必須盡早投入使用，必須在水平支撐施工及地下室結構施工前安裝到位。但由于本工程地處市中心，基坑四周施工空間狹小，且北面有河道溝渠、東面緊臨居民住宅等，不具備塔吊安裝條件；同時考慮到塔機安裝位置應有利于塔機的安裝和拆卸、能使其發揮最大使用效率、便于安裝附墻等因素；以及群塔布置既要最大限度減少平面交叉，又要盡可能減少盲區。綜合考慮施工現場的實際情況、建筑物的平面位置和地下室基坑圍護支撐梁布置情況，本工程計劃安裝四臺QTZ63塔式起重機，安裝位置全部設置在基坑范圍內。

針對該深大基坑內的塔吊基礎施工，有三種方案可供選擇：

3.1 傳統方式：先行開挖塔吊基礎處土方，開挖深度為地下室三層底板底標高，將塔吊基礎落在設計地下室底板處。

該方案施工難度大，原因有：（一）開挖深度達13m，且地質報告顯示擬開挖范圍內的土質為雜填土、填中砂、粉砂夾淤泥等，地下水位高。土方開挖深度較深，放坡困難，地下水影響，邊坡支護復雜，施工風險大。（二）塔吊安裝完成后土方全面開挖前塔身的保護難度大，也不利于塔吊自身的穩定和保護；（三）由于塔吊位置基坑中間，也會影響基坑土方的大面積開挖。（四）必然要采取相應的降水措施和塔吊基礎深基坑圍護措施，增加了工期和成本。

3.2 在塔吊底部4角對稱分布4根水下沖孔混凝土樁作為塔吊基礎，樁頂標高為-7.4m。

該方案有以下特點：（一）每臺塔吊需四根灌注樁作為支撐，四臺塔吊共需16根，材料用量大，施工成本高；（二）灌注樁混凝土強度未達到設計強度時，無法進行塔吊基礎的施工，否則易造成樁身的破壞。（三）塔吊使用過程中灌注樁樁身長時間裸露在外，不易保護，難于保證混凝土的強度。（四）這部分樁身需在塔吊拆除后進行拆除，易造成大量混凝土塊垃圾；

3.3 采用鋼平臺或鋼筋混凝土承臺加格構柱式塔吊基礎，格構柱頂標高為-7.4。

該方案具體如下：在塔吊底部4角對稱分布4根Φ900水下沖孔混凝土樁，從地下室底板至塔吊基礎高度采用4根鋼格構柱分別插入4根混凝土樁中作為塔吊基礎荷載傳遞構件，塔吊基礎作為塔吊底部加強節安裝的基座，使得上部塔吊安裝方式與正常安裝的塔吊一樣。塔吊基礎可采用鋼平臺或鋼筋混凝土平臺。鋼格構柱可以提前制作，不影響工期。

該方案具有施工方法簡便，相對工期較短；質量安全有保證；格構柱材料可回收，成本相對較低的特點。

對以上三種方案進行綜合分析比較后，確定采用第三種方案。

經過設計及驗算本工程塔吊基礎設計如下：（計算書詳見附件）

3.3.1 支撐灌注樁：塔吊基礎采用四根鉆孔灌注樁，內插鋼格構柱。樁徑Φ900，樁長約32m（自-13.3m標高算起），主筋12Φ18，箍筋Φ8@200，加強鋼筋2Φ14@1500。混凝土等級為水下C25。樁頂標高-10.8m，施工時混凝土泛漿高度為2.5米，此段混凝土在支架焊制橫撐、斜撐時逐段鑿除。定位誤差在20mm以內。

3.3.2 支撐格構柱：單根格構柱由4L180×16加-70×8橫條及L70×8綴條組成，柱截面尺寸550×550，長8.5 m，錨入鉆孔灌注樁3m伸入鋼筋混凝土承臺600mm。為增加格構柱截面性能并減小長細比，確保整體穩定，在四根根格構柱上焊接斜（橫）撐。在開挖過程中，每開挖到橫撐節點標高立即進行該撐段的橫撐和斜撐制作，橫撐和斜撐采用L140×14角鋼，上下間距2000mm。

3.3.3 塔吊混凝土承臺：采用鋼筋混凝土承臺，尺寸為4500×4500×1350，內配鋼筋雙層雙向Φ22@150，箍筋Φ16@450。承臺混凝土強度C35。

3.3.4 塔吊混凝土承臺與格構樁構造措施

塔吊格構柱錨進承臺內，上口保持水平，用鋼板封口，塔吊底座直接放在四根格構柱上，與格構柱焊牢。塔吊格構柱錨進承臺600mm，然后四周加焊12支Φ22鋼筋錨進承臺。

4 施工技術要點：

4.1 施工順序：

施工準備――樁基施工――塔吊混凝土承臺施工――塔吊標準節安裝

4.2 施工準備過程：

4.2.1 塔吊基礎的結構設計計算應分非工作狀態荷載和工作狀態荷載進行，計算內容包括：（一）、鋼筋混凝土承臺驗算；（二）、單肢格構柱截面驗算；（三）、整體格構柱基礎驗算；（四）、樁承載力驗算樁；（五）、豎向極限承載力驗算；

4.2.2 原材料檢查：對鋼格構柱材質等進行進場檢驗，按照《鋼結構工程施工質量驗收規范(GB50205-2001)》對其原材料及焊接進行驗收，并形成資料。鋼材應有出廠合格證書，并有鋼結構制造廠商對每批鋼材按規定進行自檢合格的資料。鋼材的表面缺陷(銹蝕、麻點、劃痕等)不得超過現行國家標準。按構件明細表核對使用的構件，查驗產品合格證和保證書。核對鋼材、連接材料的質量證明書或試驗報告；鋼格構柱所選構件的材質應該等同塔吊標準節的材質，且鋼格構柱的強度和穩定性必須大于塔身標準節。

4.2.3 格構柱制作：格構柱在施工現場進行預制，格構柱制作前，應對鋼構件的質量進行檢查，鋼構件的變形、缺陷超出允許偏差時，應進行處理。拼裝前，應清除飛邊、毛刺、焊接飛濺物。同一柱的各柱頂高度偏差為5mm，同1根梁兩端頂面高差為L/1000，結構整體平面彎曲偏差為L/1500。格構柱吊裝前應清除其表面上的油污、泥砂和灰土等雜物；

4.3 樁基施工：

4.3.1 沖孔灌注樁施工過程按照相關標準進行控制，在此不詳述。要點：必須根據施工組織設計選定的塔吊的平面位置進行測量放線，定出4根鉆孔灌注樁的中心位置，要確保位置準確，以免影響格構柱及混凝土承臺的安裝。

4.3.2 格構柱吊裝前應清除其表面上的油污、泥砂和灰土等雜物；將制作好的鋼格構柱同鋼筋籠鋼筋焊接固定一起放入孔內，復核鋼格構柱位置和標高，下柱時采用經緯儀對垂直度糾偏，用水準儀控制格構柱柱頂標高。立柱樁垂直度要符合≤L/1000規范要求，保證樁體垂直受荷。鋼格構柱的位置、方向、標高固定后，按要求進行二次清孔并澆筑混凝土。

4.3.3 鋼格構柱之間的桿件連接在沖孔灌注樁澆筑完成并達到設計強度后，對塔吊基礎周圍的土方進行分層開挖;土方開挖達到一定的深度后，隨即對鋼格構柱內外的混凝土進行鑿除并焊接水平和斜撐桿件。為保證格構柱樁體質量，土方開挖時要對稱進行，挖機禁止碰撞樁體，格構柱周邊土體應人工挖鏟。后期格構柱外圍混凝土剝離時，不允許使用空壓機，而應手工鑿除。

4.4 塔吊混凝土承臺施工：

土方開挖至承臺設計標高時對承臺基底進行夯實平整后，承臺底可采用混凝土墊層或木模，安放鋼筋籠并進行格構柱加強筋的焊接，然后進行混凝土的澆搗。施工要點：要保證格構柱的位置準確和伸入承臺的長度。

格構柱式塔吊基礎

5 技術安全控制措施

5.1 鋼格構柱在樁孔中的位置應放置準確，應控制好垂直與水平的偏差，避免鋼格構柱偏位過大，導致塔吊標準節無法安裝。沖孔樁澆筑在放置鋼格柱時，要做好定位措施，派專人看管，確保鋼格柱位置的正確性，以利于水平、斜撐的焊接；

5.2 為保證焊接質量，焊接水平桿件、斜撐桿件、承壓板和加勁板時的焊接操作人員必須持焊接上崗證上崗。

5.3 在塔吊基礎部位，挖機挖土時，要注意保護鋼格柱，這一點要引起注意，在施工現場常有遇到沒人指揮導致挖機無意碰到鋼格柱，產生鋼柱的偏位、頭部扭曲，對塔吊的運行埋下隱患；

5.4 因鋼格構柱直接穿通地下室底板，易造成地下室底板與鋼格構柱角鋼的交接處滲水，本工程采用在交接處加焊6mm厚的鋼格構柱止水片，以防止滲漏。

5.5 在塔吊基礎和鋼格構柱的施工過程中，塔機生產廠家應對塔吊基礎進行技術指導并參與驗收，塔機安裝好后需對塔吊的整體情況進行測試并試運轉。

5.6 塔吊加節時需考慮獨立高度的安全系數，對使用說明書規定的獨立高度H，再乘以0．8的安全系數。施工過程應對塔吊垂直度和格構柱的強度、剛度、穩定性應進行必要的監測和檢查，保證施工的正常運行。

6 結語

隨著建筑業的發展，沖孔灌注樁樁插入格構柱塔吊基礎這種作法在深大基坑工程中的運用也會越來越普遍。這種做法不僅解決了基坑圍護支撐體系結構施工和土方開挖階段的運輸問題，還在一定程度上加快了工程的施工進度。采用沖孔灌注樁插入鋼格構柱式塔吊基礎，與普通承臺式的塔吊基礎相比，特別是在深大基坑中可減少塔吊基礎施工時的難度，從而降低施工成本，加快施工進度，確保地下室工程的順利進行。

參考文獻

[1]《建筑施工手冊》（第四版）編寫組 建筑施工手冊（第4版）縮印本 北京：中國建筑工業出版社，2003

[2]規范：《鋼結構設計規范》GB50017-2003、《建筑施工塔式起重機安裝、使用、拆卸安全技術規程》JGJ196-2010