塔吊基礎施工技術研究

劉建東 劉中鋒 楊志木

中交路橋建設有限公司

1 引言

塔吊又名塔式起重機，其結構相對簡單，起重作業時工作空間大，能夠給司機提供開闊的視野，同時操作方式相對便捷，是目前建筑工程不可或缺的起重設備之一。基礎決定上層建筑，要確保塔吊使用期間的良好性能，必須保證塔吊基礎的牢固，從而滿足其受力需求。然而塔吊基礎施工技術往往是容易被施工單位忽視的，從而帶來安全隱患，最終導致工程事故。因而，對塔吊基礎施工技術的研究，對施工安全保證有著十分重大的意義。

2 塔吊基礎的分類

常用的塔吊基礎結構形式有樁基礎、承臺基礎、十字交叉梁基礎及組合式基礎，承臺基礎是由鋼筋混凝土組成的基礎，十字交叉梁基礎則是由兩道長度和截面相同交叉組成的混凝土基礎，現部分塔吊廠家已配置十字交叉鋼梁基礎，施工時只需對四個角點進行錨固即可。鋼筋混凝土結構的承臺基礎及十字交叉梁基礎較適合在土體相對比較穩定，同時地基承載力又比較好的位置進行使用。

樁基礎可作為單獨基礎，也可與上述承臺基礎或十字交叉梁基礎組合，適用于軟弱土層，依靠不同土層的樁側摩阻力、樁端阻力及土壓力的組合來抵抗塔吊作用在基礎的力，從而使結構整體達到受力平衡。樁基礎包括預制混凝土樁、預應力混凝土管樁、鉆孔灌注樁及鋼管樁等，在進行樁基類型選擇時，需要分析不同項目的地質、周邊環境情況、施工難易程度以及施工成本等不同因素，保證即能夠追求良好性能同時，又可以為項目節約成本。組合式基礎則是樁基、承臺及鋼結構組成的復合型結構，其多變性可適應不同項目的不同需求。

3 塔吊基礎的選擇及計算

菲律賓埃斯特熱拉-潘塔里恩大橋項目主橋上部為懸澆箱梁，采用掛籃懸澆施工，塔吊的使用便于掛籃的拼裝拆卸以及鋼筋模板的吊運。塔吊選址在河岸邊，表層土體不穩固，不適用天然基礎，而群樁承臺基礎造價相對較高，同時相比于鉆孔灌注樁及預應力管樁，鋼管樁的成本相對較低，且施工過程簡單，可直接通過焊接進行連接。項目采用QTZ80塔式起重機進行施工作業，使用十字交叉鋼梁+鋼管樁作為基礎，施工簡便，同時也能夠較良好地滿足施工需求。基礎采用四根外徑630mm，壁厚為8mm 鋼管樁作為樁基礎，在靠近樁頂位置的相鄰鋼管樁之間焊接雙拼[20a槽鋼作為平聯，加強基礎整體穩定性。同時，每根鋼管樁樁頂設置一個加強墊塊，墊塊由若干2cm鋼板焊接而成，頂部鋼板開孔，通過M30 高強螺栓與十字交叉鋼梁進行連接。十字交叉鋼梁與塔吊基礎節通過銷軸連接，保證塔吊底部穩固性。

塔吊基礎荷載可從廠家提供的《塔吊使用說明書》中獲得，其中包括作用在基礎的水平力、垂直力、彎矩及扭矩，此荷載為上部作用于基礎的作用力，計算時還需加入基礎自身的重力及考慮其他周邊環境對基礎的影響。基礎的計算可以直接通過Midas進行建模，并施加上述荷載，進行強度、剛度及穩定性多方面復核，加以驗證設計的合理性，也便于及時進行適當調整。同時，鋼管樁的軸向抗壓承載力計算可以參考JTS 167—2018《碼頭結構設計規范》[1]，而鋼管樁的穩定性可以參考GB 50017—2017《鋼結構設計標準》[2]。

4 施工工藝及關鍵技術點

4.1 導向架安裝

在進行塔吊基礎施工前，由測量放樣出基礎的邊線，先將基礎范圍內原地面的雜物清理干凈，表層土體如有較大碎石也需清理，以免造成較大的樁位偏差。就原場地組裝導向架，導向架由I20a工字鋼焊接而成，為上下兩層框架結構，內邊尺寸略大于鋼管樁的外徑，上下框應確保垂直，保證鋼管樁插打的垂直度。導向架放置前，測量先放樣出將鋼管樁中心的點位，導向架中心對齊鋼管樁中心點位安裝，并將其臨時固定在周邊結構上，防止插打過程中發生偏移。安裝完成后，檢查導向架與樁中心的偏位及導向架的垂直度，并根據誤差及時進行調整。在進行鋼管樁的插打過程中，如若振樁錘振幅較大，會對導向架產生較大影響，因而導向架的固定必須確保牢固，同時在施工過程中也需要實時進行監控，發現松動及時停止插打并矯正，避免因導向架原因導致較大的樁位偏差。

4.2 鋼管樁插打及平聯焊接

采用4 根外徑630mm 壁厚8mm 的鋼管樁作為塔吊基礎，考慮現場地質情況、場地使用情況以及費用等多個因素，使用DZJ-90型振樁錘+徐工55t履帶吊組成打樁機進行鋼管樁的插打。鋼管樁插打前，必須對其進行檢驗，確保其外觀尺寸及各方面指標滿足施工要求。鋼管樁插打時，首先用振樁錘夾住鋼管樁上端，不得在夾持器與樁頭部之間留有空隙，同時在單根鋼管頂對撐割開兩個小孔，通過卸扣和鋼絲繩將鋼管樁和振樁錘連接，形成安全保障措施，防止因振樁錘未夾緊鋼管樁而導致高空墜落，造成施工事故。檢查振樁錘與鋼管樁的連接無誤后，將鋼管樁吊裝至設計位置，調整樁的平面位置及樁身的垂直度，偏差滿足要求后即可開始鋼管樁的插打。鋼管樁插打過程中，由專人進行指揮，確保各個工作面完好的配合。同時，插打樁的過程中必須及時進行垂直度及偏位的跟蹤，偏差過大及時進行調整，過程中一點一滴控制，避免返工。

由于單根鋼管樁的長度無法滿足設計的入土深度及承載力的要求，因而，單根鋼管樁下沉完成后須進行接樁處理。接樁時，在底節鋼管樁上端口臨時焊接兩塊鋼板作為限位板，將上節鋼管樁吊裝并與底節鋼管樁對接，調整兩鋼管口完美對其之后，在兩鋼管之間接縫處進行滿焊連接，焊接質量嚴格按照規范要求。接口焊接完成后，在接縫四周空間對稱布置8 塊長寬厚為20×20×1cm的鋼板，同樣通過滿焊連接，確保連接質量滿足使用性能需求。

當鋼管樁的入土深度接近設計深度，而樁貫入量＜5cm/min時，繼續持荷5min并進行觀察，此時仍然沒有明顯下沉即可認為此根樁滿足要求。最終沉樁偏差控制如下：樁平面位置偏差控制在5cm 以內，樁身垂直度≤1%。由于土層可能與設計出現偏差，因而在施工時施工過程可能出現鋼管樁無法達到設計深度或者達到設計深度后仍然可以輕松插打的狀況。當出現第一種情況時，如無法證明鋼管樁的承載力滿足設計要求，則可以考慮在樁兩側各對撐增設一根鋼管樁，距離與原樁位保持在1m 以上，以保障土體的側摩阻力，使得結構整體受力滿足施工過程要求。當出現第二種情況時，樁承載力此時無法滿足要求，因而必須接長繼續插打，直至滿足樁貫入量要求。

四根鋼管樁插打完畢后，為保證樁間的緊密連接，確保結構整體穩定性，需采用雙拼[20a槽鋼作為平聯，焊接在兩根相鄰鋼管樁之間，連接處的焊接應當保證滿焊。平聯的中心必須對應兩鋼管樁的中心，同時，由于下料尺寸不當等原因可能會導致平聯與鋼管樁無法完美的貼合，故必須在無法貼合的面增設連接板并焊接，確保平聯能夠以良好的發揮其作用。

4.3 加強墊塊安裝

加強墊塊是設置在鋼管樁與十字交叉鋼梁之間的連接件，也是塔吊基礎的關鍵組成部位，不容出錯。由于加強墊塊對塔吊基礎結構具有十分重大的意義，故其組成件均采用20mm厚鋼板。加強墊塊與上部十字交叉鋼梁通過高強螺栓進行連接，故其水平板布置兩層，層間預留高強螺栓施工空間，層間距控制在30cm左右。墊塊下層鋼板焊接在鋼管樁樁頂，除了接縫處需要滿焊外，四周還需對稱布置12塊加勁板對其進行加固。墊塊上層鋼板根據上部十字交叉鋼梁的螺栓孔位提前預留孔洞，兩層水平板之間通過若干豎向連接板和加勁板進行連接，保證墊塊的穩定性，豎向連接板及加勁板的位置最好距螺栓孔5cm左右，保障施工作業空間。整個加強墊塊的各構件之間均通過滿焊進行連接，嚴格把控焊接質量，確保施工安全。

4.4 十字交叉鋼梁安裝

十字交叉鋼梁可在廠家定做，條件滿足也可工地自行加工制作，此構件建議從廠家直接購買，可以保證結構的精度要求以及使用的安全性。其結構形式為十字鋼結構，主梁可采用鋼板焊接或者直接采用大規格型鋼進行制作，四個十字邊之間通過型鋼平聯形成一個整體，使結構整體性更加良好。十字交叉鋼梁安裝前，將其吊裝至安裝位置，人工調節其位置使其螺栓孔與下方加強墊塊預留孔對齊，連接高強螺栓，此時結構即成為一個整體。十字交叉鋼梁安裝完成即所有塔吊基礎施工完成，后續在基礎上完成塔吊各組成構件的拼裝。

4.5 施工注意事項

4.5.1 垂直度及偏位的控制

要讓鋼管樁的垂直度及偏位達到更高的標準，必須在施工全過程中進行監測，而且每個控制過程精益求精，避免最終偏差累積過大。首先，在導向架安裝時，必須精確放樣出鋼管樁的坐標，導向架的中心嚴格與樁位中心對齊。其次，鋼管樁插打前需嚴格與放樣點位對中，控制好垂直度后再進行施打。插打過程中，由專人對其垂直度進行監測，可通過調整眼睛觀察角度，將鋼管樁與周邊垂直建筑物進行比較，發現角度后及時停止并進行糾偏，采用水平尺確保垂直后方可繼續進行施工，直至鋼管樁插打完成。

4.5.2 振樁錘使用注意事項

振樁錘與起重機之間連接必須有防脫落的保護裝置，鋼管樁與振樁錘之間也應而外增加連接鋼絲繩作為安全繩使用。在使用過程中必須保持振樁錘垂直，以保證鋼管樁垂直度，這個過程需要吊車司機適當控制提吊的力度，力度過大會影響樁下沉，力度小則會導致振樁錘傾斜，對吊車司機水平要求較高。同時，施工過程中由專人管理振樁錘的線纜，避免纏繞并損壞。鋼管樁下沉遇到硬物時，先分析原因，切忌可蠻干硬干，造成鋼管樁損傷。

4.5.3 加強墊塊安裝注意事項

加強墊塊作為重要的連接件，必須保證每個焊接及拴接點均連接完成。安裝時，先將墊塊放置于鋼管樁頂且調整好角度和位置，暫時不做任何連接，待十字交叉鋼梁吊裝在其上方并通過銷軸連接好之后，再將其焊接在鋼管樁之上，并施焊加勁板補強。按此順序進行施工可避免因為墊塊位置不精確而致使鋼梁銷軸無法連接的情況產生，加快施工進度。

4.5.4 其他注意事項

由于該基礎均是由鋼結構組成，作為塔吊根基，其完好連接性將影響的整個塔吊的使用。在整個基礎結構中，除了加強墊塊與十字交叉鋼梁之間的連接采用銷接外，其他結構均采用焊接，為保證焊接質量，所以構件的尺寸均應當嚴格進行下料，避免因尺寸不吻合而造成部分連接空隙過大。焊接時，所有焊縫均應飽滿平順，滿足施工規范要求。

5 結束語

塔吊基礎是塔吊不可缺少的組成結構，其結構設計和施工質量的好壞將直接影響到后期塔吊施工作業的安全性，在建筑施工中有著重要的意義。塔吊基礎施工技術的關鍵點在于塔吊基礎的選型、施工工藝和設備的選擇以及施工過程質量的控制。通過對上述關鍵點的合理把控，能夠節省項目成本并加快施工進度，為項目帶來很大的收益。本文通過對菲律賓埃斯特熱拉-潘塔里恩大橋項目塔吊基礎施工技術的研究，可以供類似工程項目塔吊施工借鑒，并提供一個清晰的施工思路，確保塔吊基礎施工的安全性、經濟性以及可操作性。