海中預埋式鋼結構塔吊基礎設計與施工

林舒祥

（中交四航局第五工程有限公司，福建福州 350000）

1 工程簡介

蓮陽河特大橋全長1.35 km，標準斷面寬40 m，為高架連續梁式結構。基礎采用“鉆孔灌注樁+承臺基礎”綜合型方案，橋臺為U臺；上部結構組成中，引橋為預制T梁，跨堤橋為鋼混組合梁，主橋為變截面預應力混凝土連續箱梁；下部結構為獨柱花瓶墩、蓋梁；橋面結構為現澆層（8 cm）和瀝青混凝土（10 cm）。

2 塔吊選型及性能參數

塔吊采用中聯重科W6513-8B塔式起重機，共2臺，分別在第11、12號墩處施工（編號為1#塔機、2#塔機）。

塔吊型號及主要技術性能參數如表1所示。

表1 塔吊型號及主要技術性能參數

塔吊焊接在鋼管樁基礎上，左、右幅承臺處分別預埋2根630鋼管。根據施工要求，將塔身穿過主橋主梁翼板；主梁梁板施工時，于該處開設尺寸為3.5 m×3.5 m的缺口，隨著施工進程的推進，拆除塔吊，修補缺口。

塔吊基礎結構立面如圖1所示。

圖1 塔吊基礎結構立面（單位：mm）

3 塔吊基礎施工方案

3.1 關鍵部位的安裝

（1）鋼管樁的安裝。塔吊配套8根φ630 mm×10 mm鋼管；預埋件為16根φ25 mm帶肋螺紋錨筋，在承臺施工前將其預埋到位；取8塊加勁板，設置在立柱與預埋鋼板間。

（2）樁基鋼管的連接。平聯施工材料為雙拼20a槽鋼，配套φ300 mm×10 mm鋼管。槽鋼與鋼管間滿焊，全面保證焊接質量。焊前清理附著在鋼管樁表面的雜物，包含油污、銹跡等，直至其恢復潔凈、干燥的狀態。

（3）梁體材料包含橫梁3I63a分配梁和縱梁2HW400×400，根據設計要求，將各梁體安裝至指定位置，進行焊接處理。分配梁之間及其與樁頭間的焊縫等級均為二級。

（4）防腐處理。部分鐵件及鋼管樁外露，與潮濕空氣等環境因子接觸后易銹蝕，不利于構件的正常使用。將外露部分清理干凈，采用涂層保護。

（5）各項基礎工作落實到位后，安排驗收。需要考慮鋼管樁的型號、入土深度、型鋼性質、樁底高程等參數，根據實際情況采取處理措施，直至完全通過驗收。

3.2 鋼結構塔吊基礎的受力計算與分析

（1）鋼平臺整體結構。

①荷載加載。采用MIDASCivil軟件，根據TC6013A型塔吊的相關數據展開計算。建模時，將承臺中心視為坐標系原點，沿主梁方向為x軸，沿次梁方向為y軸，沿豎直方向為z軸。

②模型設置。橫系梁、斜系梁材料均為Q235，主、次梁材料為Q245。主梁與格構柱連接部位采用“一般支承”，約束x、y、z方向的位移。

（2）計算結果。

①格構柱對主梁最大作用力Fx=97.4 kN、Fy=-59.4 kN、Fz=1 104.9 kN、Fz=638.5 kN。

②主梁對次梁的作用力Fx=89.3 kN，Fy=-101.8 kN，Fy=101.8 kN，Fz=1 067 kN。

③承臺梁應力云圖如圖2～圖4所示。

圖2 承臺梁y向彎曲應力最大包絡值（單位：MPa）

圖3 承臺梁y向彎曲應力最小包絡值（單位：MPa）

圖4 承臺梁坐標系組合應力（單位：MPa）

最大應力小于材料允許應力，達到要求。

3.3 塔吊基礎節點計算與分析

（1）主次梁及主梁螺栓連接。

節點處螺栓受力條件：承受拉力最大1 067 kN；承受剪力為Fx=89.3 kN；Fy=101.8 kN。螺栓選用8.8級B級普通螺栓6φ30 mm，根據規定，單個螺栓抗剪承載力Nvb=226.2 kN。

（2）鋼格構柱頂蓋板、加勁板。

立柱頂蓋板受力條件：承受拉力638.5 kN；承受剪力114.08 kN。從結構連接角度分析，加勁肋與蓋板、立柱間均為角焊縫滿焊方式，構成厚度為8 mm的焊縫結構。從受力的角度分析，假設加勁板水平焊縫完全承受水平力。與GB 50017—2017《鋼結構設計規范》的相關要求對比分析可知，焊縫的承載力可滿足要求，維持穩定。

（3）樁基與鋼格構柱。

樁基是基礎結構，采用長度45 m的φ850 mm鉆孔灌注樁。根據建模分析結果，確定立柱樁頂的最大作用力，水平剪力Fx=97.4 kN，Fy=-59.4 kN，垂直力Fz=1 104.9 kN，Fz=638.5 kN。根據樁基豎向承載力、抗拔力驗算結果得知，兩方面力學性能表現均可滿足要求。鋼格構柱的承載力和穩定性也能夠完全滿足要求。樁基、鋼格構柱受力條件較良好。

3.4 鋼結構塔吊基礎施工要點

（1）正式施工前，根據現有信息分析建筑承受能力，對承受力不足的部位采取加固措施，直至滿足塔吊支承要求。

（2）懸挑梁預埋工作落實到位后，要求懸挑梁以上混凝土厚度至少達到1.5 m。

（3）為保證結構完整性，塔吊預埋件、預留件處的混凝土施工需具有連續性，避免形成施工縫。提前做規劃，施工中加強協調，力爭全面消除施工過程中的阻礙因素。

（4）預埋件、預留件所處位置應具有準確性，控制懸挑平臺承載變形量。懸挑主梁水平坡度應為0.4%，外高內低。

（5）焊接是重要的連接手段，在焊接前確定具體的作業流程以及方法。準備質量可靠的焊條以及性能穩定的焊機，為焊接施工提供物資支持。采用先點焊、后逐步焊接的方法，盡可能減少連續焊接。焊接后，收集使用后剩余的焊材以及機具，妥善保管，以便后續使用。

（6）嚴格控制塔吊地腳螺栓孔的位置；塔身朝向建筑物一側形成0.4%垂直度，難以滿足要求時，墊入合適厚度的鐵墊板，進行有效調整。

（7）底座及地腳螺栓連接應具有足夠的穩定性，上下連接時各處螺母數量至少達到2個，設置合適厚度的彈簧墊片，有效墊緊，確保其在受力后仍能夠維持穩定。

（8）塔吊安裝前，由專員編制專項安裝技術方案，通過驗證后投入使用。塔吊安裝人員嚴格依據既定的方案施工，未經許可不得隨意更改作業工序、方法以及參數。為增強塔吊的穩定性，可在塔吊基礎上增設塔吊附墻點，配套具有加固作用的附墻裝置，構筑完整的塔吊基礎結構體系。

4 鋼結構塔吊基礎的施工與使用維護

4.1 施工要求

塔吊基礎施工中，著重考慮樁基礎和鋼格構柱兩部分，其垂直度、水平平整度均應滿足要求，加強焊縫質量控制以及日常維護，全面保證鋼結構塔吊基礎的施工質量。

4.2 垂直度

樁基、鋼格構柱的垂直度要求分別為1/300、1/500，中心偏差不超過10 mm，盡可能減小偏差。

4.3 水平平整度

鋼平臺應具有足夠的平整度，鋼格構柱頂面水平度誤差不超過0.5%。安裝鋼平臺和塔吊前，安排專員測定鋼平臺和格構柱頂面的平整度。按規范安裝鋼格構柱，無誤則安放柱頭蓋板和加勁板。樁基或鋼格構柱的垂直度不達標時能夠根據具體情況調整柱頭蓋板，完成鋼平臺的安裝作業。

4.4 焊接質量檢驗

焊接是鋼結構塔吊基礎施工中的重要工序，焊接質量將直接影響塔吊基礎的穩定性，需根據規范以及工程要求準確判斷焊縫的質量，對焊縫做全面的檢測。敲掉質量檢驗不達標的焊縫，以科學的方法焊接，再組織質量檢測，直至焊縫實測結果滿足要求。

4.5 使用階段的維護要點

使用過程中的質量檢驗也較為關鍵，應安排專員巡檢，如巡檢螺栓及型鋼梁的位置以及穩定狀態。螺栓有松動則擰緊，型鋼的位置存在偏差應進行適當調整或在失穩時采取緊固措施；焊縫存在質量問題時，暫停施工，安排無損檢測，采取針對性的補救措施，通過質量檢驗后投入使用；型鋼存在超限值的變形現象時，暫停施工，安排檢測、調整、加固，再按照規范檢驗，滿足要求后投入使用。鋼結構塔吊基礎的維護應具有全面性與連續性，以便給塔吊吊裝工作的開展創設堅實的基礎。

5 結語

鋼結構塔吊基礎是吊裝施工全流程中的基礎內容，保證基礎施工質量對推動后續工作的開展具有重要作用。本文用建模的方法計算驗證鋼結構塔吊基礎，提出其施工要點以及使用過程中的維護要點，以期為類似工程提供參考。