塔式起重機基礎不均勻沉降的原因分析及應對措施

杜小平

上海綠地建筑工程有限公司 上海 200232

1 背景介紹

1.1 工程概況

上海崇明區18-2期03A地塊，東邊為佘山島路，南邊為翠竹路，西邊老滧港。工程總建筑面積58 429.14 m2，包含6棟多層框架結構，為商業用房，單層地庫，抗震等級為三級，建筑高度24.8 m。采用樁基筏板滿堂基礎，車庫底板厚600 mm，墊層厚100 mm，底板結構面標高為－5.55 m。場地自然標高為－0.60 m，地下室基坑土方開挖深度約7.1 m。設計降水要求達到開挖面以下0.5～1.0 m。

1.2 場地土層分布

工程所處區域地層分布從上至下為②1褐色-灰黃色粉質黏土、②2灰色淤泥質粉質黏土、②3-1灰色砂質粉土、②3-2灰色粉砂、②3-3灰色粉質砂土夾粉質黏土、④灰色淤泥質黏土。

1.3 塔式起重機平面布置

本工程根據運輸需要，共設置3臺塔式起重機，從西至東分別為1#（QTZ63，R=50 m，計算高度34 m）、2#（QTZ80，R=55 m，計算高度38 m）、3#（QTZ80，R=55 m，計算高度33 m）（圖1）。

圖1 塔式起重機平面布置

1.4 塔式起重機基礎設計

根據現場地質情況及施工進度的要求，塔吊基礎采用“基礎承臺＋預應力管樁”的形式。基礎尺寸設計為5 000 mm（長）×5 000 mm（寬）×1 350 mm（高）（圖2），塔吊設計臂長55 m，承臺采用C35混凝土澆筑，基礎面標高為－6.25 m，塔吊基礎底標高為－7.55 m。

經計算，選用4根PHC-AB400-95-26管樁基礎。地庫底板在塔吊基礎范圍內預埋400 mm×3 mm止水鋼板。

2 塔身出現傾斜

圖2 塔式起重機基礎剖面

當主體結構施工至1層時，2#塔式起重機于施工日常監測期間發現塔身傾斜加速、傾斜嚴重，經測量，其塔頂處最大水平位移為97 cm，嚴重超過0.4%的要求，預埋節傾斜2 cm，基礎部分不斷有含砂渾水溢出；嚴重影響了塔吊的正常使用，帶來了極大的安全隱患；3#塔吊同時發生類似現象，其塔頂最大水平位移24 cm。塔身的傾斜成為施工安全的重大風險。

3 原因分析

1）在塔吊基礎承臺頂面與地下室底的結合部位，基礎承臺沒有及時進行封閉，致使（在塔吊使用一段時間后）地下室底與基礎承臺板之間出現縫隙。

2）在施工至主體結構一層時正值雨季，地表水十分豐富且地下水位升高、水頭壓力增大。

3）塔吊基礎埋深較深，在坑外壓力水頭差的作用下，通過基礎節構件溢出，導致翻砂、涌砂，土體處于懸浮狀態，基礎土失去承壓能力，形成地基空洞，導致基礎承臺傾斜（塔身傾斜）。

4）管井降水拆除時間過早，后澆帶澆筑時間過早。結構施工正值雨季，在極大的水壓力作用下基礎底部出現滲漏、翻砂、涌砂，導致塔吊基礎底部虛空，失去承壓能力。由于塔吊的水平轉向，不斷向基礎傳遞水平扭矩，基礎管樁在土體保護缺失的情況下，達到抗剪能力極限，造成部分管樁斷裂。

5）地庫底板在塔吊基礎區域內的施工質量控制不到位，封閉效果不佳，造成此范圍滲漏。

6）樁體在沉樁前，可能存在隱形質量問題，在后期的塔吊運轉過程中，質量隱患顯露。

7）以上原因的綜合所致。

4 處理方法

4.1 3#塔吊處理措施

針對3#塔吊傾斜情況，且考慮到后續施工需要，各方研討確定其經加固后使用的可能性。塔吊原先設計是以獨立高度完成本工程的使用，無需附墻。經現場實際情況分析并同結構設計單位多次研討，最終確定采取增加附墻和基礎擴大的形式加固（圖3）。具體措施如下：

圖3 3#塔機附墻安裝

1）增加2道特制非標附墻，分別設置在3層和4層樓面。附墻安裝前先進行塔吊的糾偏，使塔身的垂直度符合規范要求，糾偏好后進行第1道附墻安裝，第1道附墻安裝在已澆筑完成的樓板上。在樓板開孔后，設置鋼板與高強度螺栓進行加固，再與4根液壓拉桿進行連接，拉桿通過鋼箍與塔身四角固定。第2道附墻設置在4層框架主梁上，混凝土澆筑前進行錨固件的預埋，同樣通過4根液壓拉桿與塔身固定。

2）首道附墻安裝完畢后，確保穩定，不再傾斜，再進行塔吊基礎預埋節處的漏水處理。

3）采用隔滲體上注漿蓋壓法進行堵漏。首在各滲漏點附近打孔引流，釋放部分水壓力，再分段注漿充填壓密漏水點的孔洞縫隙，注漿材料選用PU發泡止水劑（1∶1配比），注漿壓力控制在0.4～0.5 MPa，注漿后養護48 h。

4）考慮后期運轉過程中塔吊基礎及塔身應力較大，會破壞堵漏效果，為減小塔吊基礎及塔身的內應力，在塔吊基礎上部（地庫底板上）擴大增加1塊尺寸為6 000 mm×6 000 mm×600 mm的混凝土基礎，配φ18 mm@150 mm雙層雙向鋼筋。

3#塔吊在加固完成后，經過4周的每日監測，基礎部分再無滲漏，塔身在非工作狀態下斜率保持在0.1%的范圍內，最終在主體結構完成后正常拆除。

固定支架對主體結構的影響：經后期對該部位混凝土強度的測試，主體結構質量完好。

4.2 2#塔吊處理措施

1）考慮到2#塔吊傾斜程度較大，安全風險高，確定拆除此臺塔吊。但常規先降節再拆除的方法存在一定的風險，通過計算最終選用200 t大型汽車吊進行遠程拆除。

2）整體拆除流程：施工現場清理→汽車吊就位展開→逐塊拆除平衡重（保留2塊平衡重）→拆除起重臂→拆除剩余平衡重→拆除塔頭→拆除駕駛室及回轉機構→拆除爬升架→拆除剩余標準節→運輸出場。

5 經驗總結

出現此類塔式起重機基礎傾斜的情況并不常見，如若處理不到位，將會造成重大損失[1-3]。應從以下幾方面出發，避免危險的發生：

1）在塔吊基礎設計時，應充分了解項目所在地的水文地質條件，尤其是流砂和管涌等此類不利情況對塔吊基礎的影響，對可能產生的風險進行預估并重點控制。

2）嚴格執行定期對塔吊的垂直度進行檢測的要求，確保獲取最及時、準確的信息。

3）發生危情時必須以保證人員安全為首要條件，疏散附近的勞動者，經過權威部門制訂可靠的技術方案后再予以實施。

6 結語

塔式起重機在建筑工程中已被廣泛使用，其在提供高效運輸的同時也成為了重大安全風險點，稍有失誤就可能造成重大的損失。因此，必須在每一個環節都謹小慎微。首先認真、仔細地研究地質勘探報告，了解當地水文地質及環境情況，制訂科學合理的技術方案，在施工過程中嚴格遵照方案及規范執行，同時，在使用過程中保持及時的周期性監控。若遇到突發情況，也應積極、冷靜處理，在最大程度上減少損失。