超高層建筑核心筒狹窄井道內(nèi)爬式塔吊施工技術(shù)

中國(guó)建筑第八工程局有限公司天津分公司 天津 300452

1 工程概況

天津和黃地鐵廣場(chǎng)工程（圖1）位于天津市和平區(qū)南京路，包含1 棟辦公樓、3 棟公寓樓、商業(yè)裙樓及4 層地下室，工程總建筑面積326 959 m2。辦公樓及公寓樓為超高建筑，結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。辦公樓共53 層，總高度為257.55 m， A、B、C共3 棟公寓分別為57 層、53 層、49 層，總高度分別為191 m、179 m 、168 m。

圖1 天津和黃地鐵廣場(chǎng)工程現(xiàn)場(chǎng)平面

2 塔吊施工總體部署

本工程結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)，即勁性型鋼混凝土墻柱+鋼筋混凝土梁，鋼結(jié)構(gòu)施工需與混凝土結(jié)構(gòu)交替同步施工，核心筒與周邊結(jié)構(gòu)同操作面施工，且核心筒周圈與型鋼柱連接的鋼筋混凝土梁密集，因此外掛式塔吊無(wú)法用于本工程。本工程4 棟塔樓施工全部選用內(nèi)爬式塔吊（筒稱內(nèi)爬塔）進(jìn)行塔樓垂直運(yùn)輸工作：公寓樓A為H20/15型塔吊（臂長(zhǎng)30 m）、B為H20/15型塔吊（臂長(zhǎng)35 m）、C為H20/15型塔吊（臂長(zhǎng)35 m）及辦公樓D為K50/50型塔吊（臂長(zhǎng)40 m），塔吊安裝在各塔樓電梯井道內(nèi)，其位置見(jiàn)圖1。

3 內(nèi)爬塔工作原理及參數(shù)確定

3.1 內(nèi)爬塔工作原理[1-6]

內(nèi)爬塔相對(duì)普通外附塔區(qū)別在于，外附塔基礎(chǔ)坐落在地面上，隨樓層升高增設(shè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)以提升塔吊高度、增設(shè)扶墻裝置以減小塔身高細(xì)比。

內(nèi)爬塔高度一定，即采用2 套爬升框架對(duì)其固定，其中1 套爬升框架設(shè)置于內(nèi)爬塔底座（專用加強(qiáng)節(jié)）位置，作為內(nèi)爬塔基礎(chǔ)，另1 套爬升框架設(shè)置于塔身某一標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)節(jié)中部，作為塔身的水平約束。

塔吊每次爬升時(shí)，自下向上的第3套爬升框架及型鋼梁必須安裝到位，且第3套爬升框架及型鋼梁所在樓層結(jié)構(gòu)梁板（指頂板）混凝土強(qiáng)度等級(jí)必須達(dá)到方案設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)（C30），方可進(jìn)行爬升作業(yè)。

3.2 塔吊爬升流程

將塔吊調(diào)至平衡狀態(tài)→采用第2個(gè)爬升框架與第1個(gè)爬升框架將塔吊垂直度進(jìn)行復(fù)核→第3個(gè)爬升框架與塔身加固（確保垂直度及爬升四周約束）→松開(kāi)第1個(gè)爬升框架（第1次爬升時(shí)可視塔吊基礎(chǔ)為第1個(gè)爬升框架）→第2個(gè)爬升框架位置進(jìn)行油缸頂升，至加強(qiáng)節(jié)從第2個(gè)爬升框架爬升到第3個(gè)加強(qiáng)節(jié)位置→固定第2、3 個(gè)爬升框架至工作狀態(tài)，并調(diào)試

3.3 塔身加強(qiáng)節(jié)確定

考慮塔吊購(gòu)買(mǎi)成本，根據(jù)內(nèi)爬塔爬升原理、一般工程樓層高度，確定工程所用內(nèi)爬塔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)選用1個(gè)長(zhǎng)1.5 m專用加強(qiáng)節(jié)（第1節(jié)）、1～2 個(gè)長(zhǎng)3 m標(biāo)準(zhǔn)塔身加強(qiáng)節(jié)（約束爬升框架位置）、多個(gè)長(zhǎng)3 m普通標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（根據(jù)塔吊獨(dú)立高度確定）。

綜合考慮群塔作業(yè)安全，確定本工程公寓樓塔吊需同步爬升，故塔吊加強(qiáng)節(jié)位置均按最矮塔吊計(jì)算：公寓樓加強(qiáng)節(jié)位置第6節(jié)；辦公樓加強(qiáng)節(jié)位置也為第6節(jié)，考慮辦公樓樓層高度變化較大（避難層），第5節(jié)亦采用加強(qiáng)節(jié)，以備爬升高度調(diào)整。

3.4 爬升框架位置確定

由于塔吊加強(qiáng)節(jié)位置已確定，且塔吊第1次爬升前專用加強(qiáng)節(jié)固定在基礎(chǔ)底板之上，則第1個(gè)爬升框架位置即為標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)節(jié)中間位置。

根據(jù)內(nèi)爬塔加強(qiáng)塔身節(jié)位置確定相鄰兩爬升框架間距離，專用加強(qiáng)節(jié)高度/2+加強(qiáng)節(jié)間標(biāo)準(zhǔn)節(jié)總高度+標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)節(jié)高度/2±專用加強(qiáng)節(jié)可調(diào)節(jié)高度，則：

（a）公寓樓相鄰兩爬升框架間距離=1×1.5/2+4×3+1×3÷2±0.75=14.25±0.75 m；

（b）辦公樓相鄰兩爬升框架間距離=1×1.5+3×3+1×3÷2（+3）±0.5=12（15）±0.5 m。

4 內(nèi)爬塔施工要點(diǎn)

4.1 基礎(chǔ)底板施工

工程基礎(chǔ)底板在公寓樓塔吊位置設(shè)有集水井，削弱了塔吊基座的錨固，故對(duì)此部位進(jìn)行加筋、集水坑內(nèi)澆筑混凝土等加強(qiáng)處理，具體處理措施如下：

（a）基礎(chǔ)底板施工階段對(duì)此部位集水井上口增配鋼筋，集水坑內(nèi)增加澆筑與底板混凝土同強(qiáng)度的混凝土。為便于后期集水坑內(nèi)混凝土的拆除剔鑿[7]，在基礎(chǔ)底板混凝土與增加澆筑混凝土接觸面設(shè)置快易收口網(wǎng)分隔；

（b）當(dāng)塔吊向上爬升離開(kāi)底板后，剔鑿拆除集水坑位置增加的鋼筋和混凝土，恢復(fù)原設(shè)計(jì)集水坑位置及幾何尺寸。

4.2 內(nèi)爬塔爬升框架及型鋼梁位置結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

根據(jù)內(nèi)爬塔作用力特點(diǎn)，將砌體填充墻變更為鋼筋混凝土墻體，變更后的混凝土墻從基礎(chǔ)底板上皮開(kāi)始至最后一個(gè)爬升層的頂板全高范圍內(nèi)通長(zhǎng)設(shè)置，形成承擔(dān)塔吊豎向壓力的混凝土支撐柱，如圖2、圖3所示。由于辦公樓塔吊較大，其工作狀態(tài)扭矩較大，為保證塔吊運(yùn)行安全，在新增混凝土柱一側(cè)對(duì)稱增設(shè)可調(diào)頂撐。公寓樓標(biāo)準(zhǔn)層塔吊爬升為5 層爬升1 次，則塔吊的豎向作用力將由連續(xù)5 層電梯門(mén)洞上口的結(jié)構(gòu)梁共同承擔(dān)。由于原設(shè)計(jì)混凝土梁按當(dāng)前層砌筑墻體荷載考慮，施工中對(duì)爬升層頂部的結(jié)構(gòu)梁進(jìn)行加筋處理。

圖2 核心筒新增混凝土支撐柱

圖3 辦公樓核心筒新增混凝土支撐柱及頂撐

4.3 井道寬度不足預(yù)留洞處理

在公寓樓位置，由于電梯井道寬度不能滿足塔吊爬升框架的安裝，公寓樓核心筒墻體及新增混凝土支撐柱在爬升框架位置需預(yù)留3 490 mm×1 500 mm洞，如圖4所示。

圖4 墻體預(yù)留洞

對(duì)核心筒墻體預(yù)留孔洞位置進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，具體處理措施為：洞口上部及兩側(cè)增加4C25鋼筋，鋼筋兩端按規(guī)范長(zhǎng)度錨入結(jié)構(gòu)中[8]。核心筒預(yù)留洞混凝土澆筑前在洞口頂部埋設(shè)注漿管，混凝土澆筑后，對(duì)頂部施工縫進(jìn)行注漿處理。

4.4 爬升框架不在結(jié)構(gòu)梁板位置處理

裙樓范圍內(nèi)個(gè)別樓層型鋼梁不能正好落于結(jié)構(gòu)梁板之上，而是安裝在梁板以上某一高度處的柱、墻上，如此導(dǎo)致新增混凝土柱失去頂部約束，無(wú)法抵抗塔吊工作時(shí)產(chǎn)生的巨大扭矩，故在此部位爬升框架下型鋼梁錨固端的支撐柱位置增加200 mm×1 500 mm支撐梁，支撐梁兩端錨入電梯井道兩端墻體中，如圖5所示。待此爬升層爬升框架取消，并將爬升框架位置的預(yù)留洞口澆筑后，將影響電梯門(mén)洞口的支撐梁破除。

圖5 爬升框架不在結(jié)構(gòu)梁板位置時(shí)加梁

4.5 爬升層結(jié)構(gòu)梁板中空處理

辦公樓第2個(gè)爬升層的型鋼梁位于2層梁板向上高1.8 m處核心筒增設(shè)的支撐柱上，此部位電梯前室結(jié)構(gòu)樓板中空，支撐柱無(wú)法抵抗塔吊工作時(shí)產(chǎn)生的巨大扭矩。經(jīng)研究，此部位增加水平鋼支撐，以此將型鋼梁的水平作用力傳遞給梁板承擔(dān)，如圖6、圖7所示。

圖6 型鋼梁加固平面

圖7 型鋼梁加固剖面

5 內(nèi)爬塔拆除

根據(jù)結(jié)構(gòu)封頂時(shí)間先后，本工程公寓樓內(nèi)爬塔拆除順序?yàn)镃棟→B棟→A棟。內(nèi)爬塔拆除采用常規(guī)拆除施工工藝。

由于辦公樓內(nèi)爬塔自重較大，需采用大型（200 kN）屋面吊對(duì)其拆除，大型屋面吊需采用中型80 kN屋面吊對(duì)其拆除，然后采用扒桿將中型屋面吊拆除。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程采用內(nèi)爬塔機(jī)，確保了裙樓地下室全面展開(kāi)施工；塔吊通過(guò)塔身加強(qiáng)節(jié)的位置確定，降低了塔吊購(gòu)買(mǎi)成本；通過(guò)詳細(xì)、合理的土建配合，確保了內(nèi)爬塔的準(zhǔn)確爬升、安全穩(wěn)定的工作；通過(guò)塔吊拆除優(yōu)化等施工技術(shù)，確保了內(nèi)爬塔的安全、快速的拆除，縮短了工期、減小了安全風(fēng)險(xiǎn)。