組合式塔吊基礎設計及施工

梅榮

摘要：組合式塔吊基礎是一種高承臺、懸空塔吊基礎，此類型塔吊基礎不同于傳統塔吊基礎埋置于土體或混凝土底板中，此類型塔吊基礎通過錨固于灌注樁內的鋼格構柱及其上支撐的混凝土承臺，塔吊承臺懸空于空中。塔吊自重及上部荷載通過承臺傳遞給下部的鋼格構柱和混凝土灌注樁，灌注樁抵抗抗壓和抗拔荷載。本文根據某工程實例，探討了組合式塔吊基礎施工技術。

關鍵詞：組合式塔吊；基礎設計；施工

中圖分類號：TU74 文獻標識碼： A

引言

為了節約土地資源，充分利用地下空間，建筑地下室的平面尺寸越來越大，基坑越來越深，為滿足施工要求，常常把塔吊設在基坑內，并且在大面積挖土前完成塔吊安裝工作。采用把塔吊基礎設在底板下的常規做法時，由于開挖深度較深，水平放坡距離較大，如再遇到地下水位偏高的情況，施工難度較大，塔吊安裝難度更大。組合式塔吊基礎就是能較好地解決上述問題的一種基礎形式。

一、工程概況

某工程地下二層，地上五層，建筑高度27.6m，建筑面積約7.5萬m2，地下室單層面積約1.6萬m2，基坑開挖深度10.0m，為流塑狀淤泥質土。本工程工期極緊，從基坑土方開挖到主體結構封頂，合同工期要求僅6個月，若不提前投入塔吊使用，施工效率無法提高，工期難以保證。

二、常見的塔吊基礎地基設計方案

工程實踐中根據施工平面布置及施工場地水文地質條件，常見的塔吊基礎設計方案有:

（一）、直接利用天然地基這種情況適用于施工場地土質條件較好的場地，且在塔吊基礎埋置深度范圍內存在最薄處≥1.5m且該土層地基承載力特征值≥210kPa的穩定原土層。

（二）、利用砂石墊層進行土層置換，間接利用天然地基這種情況適用于施工場地土質條件較差，但在塔吊基礎埋置深度適用范圍內存在最薄處≥1.5m且該土層地基承載力特征值≥90kPa的穩定原土層，直接利用天然地基不能夠滿足塔吊基礎對地耐力的要求，需利用砂石墊層將該土層以上部分劣質土加以置換，應注意砂石墊層經夯實后承載力應≥210kPa，砂石墊層置換的厚度及面積須經計算確定。

三、組合式塔吊基礎的組成

組合式塔吊基礎由以下幾部分組成:基樁、構造承臺、鋼格構柱、水平連桿及斜撐、鋼結構平臺或鋼筋混凝土承臺、塔身。見圖1。

圖1組合式塔吊基礎組成示意圖

四、塔吊基礎樁基設計及承載力驗算

（一）、基樁承載力計算

組合式塔吊基礎的基樁承受拉、壓荷載作用，計算時需計算抗壓及抗拔承載力，還要驗算樁身主筋的抗拉能力。基樁承載力必須滿足的條件:

1.2R≥Qkmax且Nk≥Qkmin(偏心荷載作用)

R≥Qkmax(軸心荷載作用)

基樁豎向抗壓承載力特征值R可按下式計算:

R=Ra=Quk

Quk=uΣψsiqsikli+ψpqpkAp

基樁豎向抗拉承載力特征值Nk可按下式計算:

Nk=Tuk+GP

Tuk=Σλiuiψsikqsikli

樁身結構抗壓、抗拉承載力必須滿足以下條件:

抗壓承載力=ψcfcAp≥1.35×Qkmax

抗拉承載力=fyAs≥1.35×Qkmin

式中:ψc—成樁工藝系數;

fc—混凝土抗壓強度設計值;

Ap—樁身混凝土截面積;

fy—樁主筋抗拉強度設計值;

As—樁主筋截面積;

GP—樁自重，在地下水位以下取浮容重。

（二）、塔式起重機穩定性驗算

1)驗算假定①起重臂處于最大幅度位置(對于小車變幅起重臂小車位于最大幅度)，起重臂指向下坡方向，并負有額定荷載;②正常風狀態下，忽略風的影響;③起重機吊物上下速度所引起的動勢能忽略不計。2)在上述假定成立條件下，塔式起重機抗傾覆穩定性)驗算:

0.95Mk-KLML-MD≥0

式中:

Mk---由塔式起重機自重、壓重及基礎自重產生的穩定力矩;

ML---塔式起重機負載對傾覆邊的力矩;

KL---載荷系數，根據《起重機設計規范》GB3811-83，取為1.4;

MD---由坡度因素而產生的傾覆力矩，在保證

塔吊基礎施工質量的基礎上通常忽略不計，取為零。

（三）、工藝原理

本工法適用于超大面積地下室深基坑項目，鋼格構柱下端預埋于基礎灌注樁內，格構柱上端預埋于塔吊混凝土承臺內，塔吊標準節通過預埋于基礎承臺內的地腳錨栓或支腿進行安裝。塔吊自重及上部荷載通過承臺傳遞給下部的鋼格構柱和混凝土灌注樁，灌注樁抵抗抗壓和抗拔荷載。

五、施工工藝流程及操作要點

（一）、塔吊混凝土承臺的設計

塔吊混凝土承臺基礎計算應符合現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010和現行行業標準《建筑樁基技術規范》JGJ94以及對應塔吊說明書中的相關規定。可視鋼格構柱為基樁，按照相關規定進行受彎、受剪承載力計算（圖2）。

圖2組合式塔吊基礎設計圖示

（二）、鋼格構柱的設計

①塔吊混凝土承臺采用四個等截面鋼格構柱作為支撐，鋼格構柱的布置應與下端灌注樁軸線重合，鋼格構柱宜為對稱構件，每個鋼格構柱采用四支等邊角鋼，通過綴板拼接。

②格構柱截面尺寸、角鋼界面、綴板尺寸及間距應根據《鋼結構設計規范》GB50017進行設計，并對其剛度和整體穩定性、分肢穩定性、綴板剛度、焊角尺寸進行驗算。

（三）、塔吊基礎施工

1、基礎灌注樁沖孔施工

對施工現場場地清理、平整，沖（鉆）機位置墊層平整保證孔位準確。適當位置設置泥漿池，采用機械開挖。現場測量人員根據圖紙精確放樣孔位，復查無誤后可安放沖（鉆）機開始作業。沖孔完成后要對成孔深度、沉渣厚度、泥漿成分進行分析，確保達到設計的持力層。

2、鋼柱安裝要求

格構式鋼柱與鋼筋籠焊接完成后，應使用汽車吊或其他起重設備將其插入樁孔內。為準確定位4根格構式鋼柱，應做到以下幾點:(1)樁機就位準確，鉆進過程中，嚴格控制垂直度;(2)沿鋼柱軸線方向每隔1．5～2．0m焊一道與樁鋼筋籠直徑相同的定位箍筋，在定位箍筋上綁混凝土穿心塊，用來控制鋼柱在樁孔中的位置;(3)鋼柱頂應高出自然地面(如低于地面，應在格構柱頂焊定位角鋼，等土方開挖后將定位角鋼割除)，在樁孔四周搭設固定支架將鋼筋籠及鋼柱懸掛在樁孔內，不得直接擱置在樁孔底的巖土上;(4)在澆注混凝土前應校正好鋼柱的平面位置、四個面與建筑軸線的夾角、4根鋼柱的相對位置，在混凝土初凝前還應再校正一次。

3、灌注水下混凝土施工

采用C35混凝土直升導管法灌注水下混凝土。澆注混凝土前，進行第二次清孔。灌注水下混凝土所用導管使用前要試拼、試壓，不得漏水，并編號及自上而下標示尺度。導管軸線偏差不超過孔深的0.5%，亦≯10cm。組裝時，連接螺栓的螺帽在上。

混凝土的儲存量要滿足首批混凝土入孔后，導管埋入混凝土的深度不小于2m。水下混凝土要連續灌注，不得中途停頓。混凝土澆注過程中，隨灌注提升導管，注意提管速度不得過快或過慢，過快容易引起漏水，過慢容易將導管埋入混凝土中過多，使導管提升困難，易造成斷樁；設專人經常測量導管埋入混凝土中深度，并做好記錄。

4、鋼平臺施工要求

鋼平臺與格構式鋼柱的焊接工藝流程:用水平連桿及斜撐將4根格構柱的上部連成整體→4根格構柱找平，將高出的部分截去→將現場實測的格構柱位置畫在平臺鋼板上→將肋板臨時點焊到平臺鋼板上→復核肋板位置→將肋板焊到鋼平臺上(平焊)→將焊有肋板的鋼平臺反面倒扣在格構柱上→將鋼平臺水平偏差調整在1/1000以內，點焊固定→將肋板與格構柱的柱肢焊在一起(立焊)。

結束語

總而言之，采用組合式塔吊基礎能較好地解決大面積深基坑工程在地下室施工期間正常使用塔吊的問題，減少材料的二次搬運工作，提高塔吊的使用效率，降低工人的勞動強度，降低施工成本，加快施工進度，綜合效益非常顯著。

參考文獻

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