預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

高維權(quán)

(中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

1 引言

塔吊基礎(chǔ)目前常用的有板式、樁式基礎(chǔ)、組合式基礎(chǔ)，傳統(tǒng)塔吊施工周期長，無法周轉(zhuǎn)使用。黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項目，占地面積606.75畝，共建設(shè)多層住宅樓房101棟，磚混結(jié)構(gòu)，其中4層復(fù)式38棟，4＋1多層34棟，5＋1多層電梯房37棟，共2 258戶，約306 000 m2。

黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項目特點是單體樓棟多，塔吊需求量大。本工程針對預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)立項研究，從實地考察、設(shè)計計算和理論分析方面出發(fā)，制定切實可行的裝配式塔吊基礎(chǔ)方案。黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項目規(guī)劃每兩棟樓一臺塔吊，考慮塔吊在3個地塊之間周轉(zhuǎn)，計劃共投入塔吊33臺，租賃裝配式塔吊基礎(chǔ)33組，每組裝配式塔吊基礎(chǔ)考慮2～3次周轉(zhuǎn)。裝配式塔吊基礎(chǔ)具有安拆方便，施工工期短，周轉(zhuǎn)使用，均攤費用低，有利于環(huán)保等優(yōu)勢，具有很好的社會效益及經(jīng)濟效益。

2 裝配式塔吊基礎(chǔ)設(shè)計方案

2.1 塔機基礎(chǔ)設(shè)計及型號選用

項目開工時，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)QTZ50塔吊，能滿足工程實際施工需要，但是采用哪種預(yù)制混凝土構(gòu)件能夠滿足塔機基礎(chǔ)的抗傾覆力[1]要求是考慮的重點。為此在確定塔機型號后，對預(yù)制裝配式塔吊基礎(chǔ)進(jìn)行了抗傾覆驗算[2]。主要通過下列公式計算:

式中，Mstb為預(yù)制塔機基礎(chǔ)抵抗傾覆的力矩值(kN·m)；Mdst為塔式起重機作用在基礎(chǔ)上的傾覆力矩值(kN·m)；l0為預(yù)制塔機基礎(chǔ)最小的抗傾覆力臂(mm)；b0為基礎(chǔ)端件的寬度(mm)；l為預(yù)制塔機基礎(chǔ)底面的長度(mm)。

經(jīng)過上式計算后，采用QTZ50塔吊在吊起10 kN的重物時的抗傾覆力矩值為1 026.9 kN·m；非工作狀態(tài)下傾覆力矩值為1 193.9 kN·m，滿足本工程的使用，為此我們選擇了由13件預(yù)制混凝土構(gòu)件組成的塔吊基礎(chǔ)。基礎(chǔ)放線如圖1所示，塔吊基礎(chǔ)構(gòu)件吊裝如圖2所示。

圖1 基礎(chǔ)墊層放線圖

圖2 砼構(gòu)件吊裝示意圖

2.2 鋼絞線選用

預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)由多個預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件組成，通過鋼絞線張拉而形成一個整體。鋼絞線張拉時需要采用多大的張拉力，選用何種規(guī)格的鋼絞線以及鋼絞線的根數(shù)等需要通過設(shè)計計算來確定。

2.2.1 鋼絞線預(yù)應(yīng)力值計算

根據(jù)《混凝土預(yù)制拼裝塔機基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(JGJT 197-2010)第4.2.8條設(shè)計要求，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況，對拼裝連接索[3]施加的有效預(yù)應(yīng)力，依據(jù)下式進(jìn)行計算:

式中，σpe為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力(N/mm2)；σcon為預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉控制應(yīng)力(N/mm2)，可取σcon＝0.55fptk，fptk為預(yù)應(yīng)力鋼絞線強度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)；σl為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的預(yù)應(yīng)力損失值，σl取200 N/mm2。

通過運用上式，計算出在施工現(xiàn)場時，鋼絞線的張拉力為100～120 kN，相當(dāng)于0.45～0.55fptk，僅為屈服強度的一半，完全處于彈性工作狀態(tài)，在錨固兩端間不會產(chǎn)生塑性變形。

2.2.2 鋼絞線截面尺寸及數(shù)量的計算

根據(jù)《混凝土預(yù)制拼裝塔機基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(JGJT 197-2010)第4.2.8條設(shè)計要求，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積和根數(shù)可按照下列公式計算:

式中，Ap為預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積(mm2)；Mmax為預(yù)制塔機基礎(chǔ)梁截面內(nèi)的最大彎矩設(shè)計值(kN·m)；σ′pe為考慮拼接縫影響，經(jīng)折減后的有效預(yù)應(yīng)力(N/mm2)，σ′pe＝0.85σpe；h0為預(yù)制塔機基礎(chǔ)梁的有效高度，取基礎(chǔ)截面頂部到下部鋼絞線合力點的距離(mm)；n為基礎(chǔ)底部預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量(根)，取整數(shù)；Apl為單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積(mm2)。

經(jīng)過上式計算，本工程采用1860級鋼絞線[4]，鋼絞線為直徑15.2 mm，面積為107.7 mm2；用預(yù)應(yīng)力鋼絞線將中心件、過渡件、端件串聯(lián)相扣在一起，構(gòu)件上部預(yù)應(yīng)力鋼絞線雙向4根，下部雙向10根。

2.3 預(yù)制混凝土構(gòu)件張拉技術(shù)

為了提高預(yù)制混凝土構(gòu)件鋼絞線的張拉質(zhì)量，項目部經(jīng)過調(diào)查、討論，決定采用的張拉設(shè)備由前卡式千斤頂和電動油泵配合使用，通過工作把錨固件中的鋼絞線力量增加來賦予預(yù)應(yīng)力數(shù)值。在張拉過程中，首先是把千斤頂和壓力表進(jìn)行配對，因為不同的壓力表所體現(xiàn)的壓力值是不同的，張拉時按標(biāo)定的千斤頂和壓力表配套使用；其次是校正的作用，因為影響這兩個運作的因素很多，特別是千斤頂和油泵。本工程預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)采用了無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力工藝[5]，將塊狀的混凝土構(gòu)件連接組合成受力整體，無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋[6]采用高強度、低松弛鋼絞線，強度可達(dá)到1 860 MPa，但每束直徑15.2 mm，其固定端和張拉端采用OVM系列夾片錨[7]。鋼束張拉時，必須對稱進(jìn)行，以構(gòu)件中線對稱左、右鋼束之差不得超過一束，并按先中間后兩邊的順序進(jìn)行。

2.4 預(yù)制混凝土構(gòu)件合龍拼裝技術(shù)

2.4.1 混凝土構(gòu)件編號

本工程采用的預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)是由13件預(yù)制混凝土構(gòu)件組成，分別是由1件十字型中心件(置于預(yù)制塔機基礎(chǔ)中心部位十字型混凝土預(yù)制件[8])，4件過渡件(擴展預(yù)制塔吊基礎(chǔ)長度的混凝土預(yù)制件)，4件端件(預(yù)制塔機基礎(chǔ)端部的混凝土預(yù)制件)，4件配重件(擱置于過渡件、端件之間的用于抗傾覆的混凝土預(yù)制件)。十字型中心件編號為1號構(gòu)件，過渡件編號分別為2號、3號、4號、5號構(gòu)件，端件編號分別為6號、7號、8號、9號構(gòu)件，配重件標(biāo)號分別為10號、11號、12號、13號構(gòu)件。如圖3所示。

圖3 混凝土構(gòu)件編號示意圖

2.4.2 提高混凝土構(gòu)件的安裝定位精準(zhǔn)度

塔吊基礎(chǔ)對于地基承載力的要求極高，所以對于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的安裝精度必須嚴(yán)格控制。針對這一問題，利用BIM技術(shù)對塔吊安裝定位全過程進(jìn)行模擬[9]，同時配備多名專職測量人員，應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行快速定位，用全站儀將各個混凝土構(gòu)件的位置進(jìn)行多次復(fù)核[10]，保證混凝土構(gòu)件[11]的位置準(zhǔn)確無誤。

2.4.3 合龍拼裝

采用25 t汽車吊吊裝1號構(gòu)件，將其安裝在事先測放好的放樣點上，對準(zhǔn)墊層中心線十字線；然后依次吊裝2號構(gòu)件、3號構(gòu)件、4號構(gòu)件、5號構(gòu)件，將其與1號構(gòu)件對準(zhǔn)拼裝；其次吊裝6號構(gòu)件、7號構(gòu)件、8號構(gòu)件、9號構(gòu)件，將其與對應(yīng)的過渡件對準(zhǔn)拼裝；最后吊裝10號構(gòu)件、11號構(gòu)件、12號構(gòu)件、13號構(gòu)件，將其安裝在對應(yīng)的過渡件和端件上。在吊裝過應(yīng)注意起吊時的繩索與構(gòu)件水平夾角不宜小于45°，并利用砂滑動層，定位預(yù)制構(gòu)件的凹件和凸件緊密吻合，保證預(yù)制件的中心件的中心位置與軸線重合，拼裝連接索張拉首先應(yīng)進(jìn)行合龍張拉，待拼裝構(gòu)件完全合龍后再正式進(jìn)行逐根對稱張拉，在張拉過程中應(yīng)嚴(yán)格控制油泵壓力值，讀數(shù)偏差不得大于0.5 MPa，張拉后，各預(yù)制件的拼裝應(yīng)嚴(yán)密。在拼裝連接索的錨具及保留的鋼絞線外漏部分涂覆油脂和其他可清洗的防腐材料，并設(shè)置全密封保護(hù)套。

3 裝配式塔吊基礎(chǔ)安裝施工技術(shù)

3.1 工藝流程(見圖4)

圖4 施工工藝流程

(1)確定地基承載力:地基承載力要求應(yīng)不小于80 kN/m2，滿足塔機基礎(chǔ)承載力要求。

(2)確定塔機位置:根據(jù)施工平面布置圖采用GPS確定塔機安裝位置。

(3)測量、放線:開挖前用全站儀放出基坑周圍四點，用石灰撒出開挖線，開挖深度20 cm，基坑平面尺寸8.6 m×8.6 m，每邊工作面30 cm。

(4)澆筑混凝土墊層:夯實基坑后，裝配式塔吊基礎(chǔ)墊層平面尺寸為8 m×8 m，混凝土強度等級C15，厚200 mm。

3.2 裝配式塔吊基礎(chǔ)安裝

(1)吊裝各預(yù)制件及合龍:先用汽車吊吊裝十字形中心件，使十字形中心件中心對準(zhǔn)墊層中心線，再按照裝配式塔吊基礎(chǔ)安裝說明依次吊裝過渡件、端件，吊裝過程中起吊時的繩索與構(gòu)件水平面夾角不宜小于45°，并利用砂滑動層，定位預(yù)制構(gòu)件的凹件和凸件緊密吻合，保證預(yù)制件的中心位置與軸線重合。

(2)穿鋼絞線及張拉:拼裝連接索張拉首先應(yīng)進(jìn)行合龍張拉，待拼裝構(gòu)件完全合龍后再正式進(jìn)行逐根對稱張拉，在張拉過程中應(yīng)嚴(yán)格控制油泵壓力值，讀數(shù)偏差不得大于0.5 MPa，張拉后，各預(yù)制件的拼裝應(yīng)嚴(yán)密。在拼裝連接索的錨具及保留的鋼絞線外漏部分涂覆油脂和其他可清洗的防腐材料，并設(shè)置全密封保護(hù)套[12]。

(3)吊裝配重件:用汽車吊吊裝配重件，配重件擱置在基礎(chǔ)邊緣，配重件中部應(yīng)懸空，并與基礎(chǔ)可靠連接，配重件必須到達(dá)設(shè)計要求的總重量。

4 結(jié)論

通過對預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)研究，針對工程現(xiàn)場實際進(jìn)行分析計算，選擇合理的塔吊型號和鋼絞線規(guī)格，通過BIM技術(shù)建立預(yù)制混凝土構(gòu)件模型和模擬合龍安裝施工技術(shù)，保證了現(xiàn)場預(yù)制構(gòu)件安裝的精準(zhǔn)度，有效減少安裝偏差，縮短了施工時間，且預(yù)制構(gòu)件可以反復(fù)多次使用，大大降低了成本，取得了一定的經(jīng)濟效益。