軟土地區深基坑邊緣設置塔吊基礎的處理措施

曾慶國 王春平 徐能成

上海南匯建工建設（集團）有限公司 上海 201399

目前，高層住宅小區普遍配備地下機動車庫，地庫布局大致分為連通式和獨立式。連通式地下車庫，地庫與住宅共用地下墻體，塔吊基礎常設置在地庫底板下方，嵌固可靠。采用獨立式布局時，塔吊基礎通常位于地庫外墻與住宅地下室外墻之間，存在塔吊基礎與住宅地下室外墻以及地下車庫外墻碰撞問題，在基坑未回填時，還存在塔吊基礎外露、塔吊基樁受水平推力等問題[1-2]。本文結合工程實例，提出相應的處理措施，并對實施效果做介紹分析。

1 工程概況

1.1 工程地塊信息

上海市浦東新區惠南鎮東南社區06-01地塊動遷房項目，位于惠南鎮觀海路東，朱家港路南，總建筑面積146 351.25 m2，其中地上建筑面積117 711.33 m2，地下建筑面積28 639.92 m2。

1.2 基礎概況

本工程包括13幢18層住宅和1層獨立式地下機動車庫。機動車庫開挖面標高－7.40 m，住宅底板開挖面標高－3.95 m，高差3.45 m。現場布置10臺塔吊，塔吊編號1#～10#，除5#、10#塔吊外，其余8臺塔吊均布置在住宅樓與地庫之間的空地內（圖1）。為滿足預制構件吊裝要求，塔吊型號比較大，分別為QTZ125、QTZ160、QTZ200和QTZ250，按說明書要求，塔吊基礎平面尺寸為（5.0 m×5.0 m）～（7.1 m×7.1 m）。上海地區塔吊基礎要求采用樁基礎，結合本工程實際情況，采用與高層住宅樁基礎相同的預應力管樁，型號為PHC500-AB-100，樁長28 m。住宅采用樁筏基礎，預應力管樁型號為PHC500-AB-100，樁長28～33 m，底板厚650 mm。地下機動車庫采用300 mm×300 mm混凝土方樁，樁長23 m。

圖1 塔吊基礎平面布置示意

1.3 圍護概況

地下車庫周邊采用重力式水泥攪拌樁擋墻，基坑圍護長1 734 m，地庫開挖面積24 241 m2。攪拌樁采用雙軸水泥土攪拌樁2φ700 mm@1 000 mm，樁間搭結200 mm，水泥摻量13%，明浜與暗浜區水泥摻量16%；前后排樁內插φ48 mm×3.0 mm@1 000 mm鋼管，其余攪拌樁內插長1.2 m的φ12 mm@1 000 mm鋼筋，頂部與壓頂板相連接；壓頂采用厚20 cm的鋼筋混凝土壓頂板，內配雙向φ8 mm@200 mm×200 mm鋼筋。

2 塔吊基礎布置重、難點

1）塔吊基礎鄰近地下機動車庫基坑邊，屬于建筑地基基礎規范中“邊坡”位置。

2）塔吊采用樁基礎，塔吊基礎位置有圍護樁，圍護攪拌樁位置與塔吊基礎樁位置有重疊。

3）設計要求待住宅地下室施工完成后，才可進行地庫土方開挖，若采用落低塔吊基礎的做法，會造成住宅底板范圍內放坡施工，對樁周土都有擾動，且塔吊基坑四周土體產生的滑移，對住宅基樁造成水平推力，甚至會造成樁頂水平位移，對住宅結構不利。

3 施工關鍵點

3.1 基坑圍護深化

塔吊基礎承臺位于地庫圍護壩體上方，通過圖紙放樣，精確定位塔吊樁位，圍護攪拌樁施工時將塔吊基樁圍繞，地庫開挖后不使基樁外露，保護塔吊承臺下方土體（圖2）。

圖2 塔吊樁基與圍護攪拌樁平面位置示意

3.2 增加承臺拉結

地庫基坑開挖后，塔吊承臺底標高與地庫基底存在3.05 m的高差。圍護設計壩體允許水平位移40 mm，土體位移還會對處于懸臂狀態的樁身造成剪切與彎曲破壞。塔吊承臺與住宅底板相鄰，且住宅底板厚650 mm，有足夠的平面剛度，因此設置傳力帶，將塔吊承臺與住宅底板相連，限制住塔吊承臺的側移。考慮到后期2個基礎沉降不同，將傳力帶設置成厚300 mm，與住宅底板和塔吊承臺厚度相差明顯，且居中設置傳力鋼筋，配置雙向φ14 mm@200 mm鋼筋網，讓傳力帶有足夠的水平剛度，限制住塔吊承臺位移。傳力帶平面外剛度較弱，2個基礎沉降不同時，通過傳力帶受力變形，減小基礎沉降的相互影響。后期塔吊基礎破拆時，剛度較小的傳力帶很容易被破壞，避免住宅底板受到拆除施工的影響（圖3）。

圖3 塔吊基礎剖面示意

3.3 圍護壓頂處理

圍護壓頂設計為厚200 mm，施工順序為：塔吊基礎施工→住宅基礎開挖→地庫圍護壓頂施工→住宅地下室施工→地庫基礎開挖。因此，在塔吊基礎施工時，將鋼筋預留出來，待壓頂施工時，將壓頂鋼筋與預留筋焊接。這種做法使圍護壓頂多一處嵌固點，減少了圍護壓頂跨度，有利于圍護壩體的穩定。

3.4 傳力帶配筋計算

塔吊基礎正常施工時，四周有回填土，可限制住承臺扭轉。本項目從住宅基礎施工時，即開始運轉塔吊，到地庫施工完成后才能回填基坑，造成塔吊基礎四周有長達數月的時間是沒有回填土嵌固的。此段時間，依靠傳力帶嵌固塔吊承臺。扭矩按塔吊說明書提供的數值，以2#塔吊QTZ125（ZJ6020）為例，計算過程簡述為：按照GB 50010—2018《混凝土結構設計規范》中深受彎構件相關公式，計算得到傳力帶的抵抗彎矩為997.272 kN·m，大于塔吊對基礎的水平扭矩（388 kN·m），且有足夠的安全系數，滿足要求。

3.5 承臺樁基構造措施

在地庫開挖后，地庫外側壩體有向地庫內滑移的趨勢，雖然重力壩會提供部分抗力，但土體滑移還是會引起承臺管樁樁身受剪。對于這種情況，現場采取樁頂填芯做法。根據圖集10G409《預應力混凝土管樁》做法，填芯高度不小于3 m，現場填芯長度按大于2倍基坑高差控制，且不小于水泥土攪拌樁長度。本項目統一填芯高度為8 m。

在現場施工中，因塔吊基礎管樁口封堵不嚴，故在附近的圍護樁施工時，有大量水泥土涌入管樁內孔，導致填芯鋼筋籠無法放置。施工現場采用小型鉆機，將樁孔內水泥土清除，保證了填芯長度（圖4、圖5）。

圖4 管樁灌芯用鋼筋吊籠

圖5 管樁內孔清理施工

3.6 塔吊樁基礎驗算

塔吊說明書提供的基礎形式為板式基礎，現場采用樁基礎，承臺按照說明書給定的板式基礎截面，依照JGJ/T 187—2019《塔式起重機混凝土基礎工程技術規程》中的樁承臺要求進行復核。單樁承載力按照塔吊附近勘探點的土層進行計算。因塔吊的豎向荷載較小，而豎直方向的彎矩值大，基樁會出現受拉的情況，故各樁需進行抗拔復核。詳細計算過程可按照JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》進行。

3.7 后期施工時遇到的問題

地庫開挖后，圍護壩體水泥土干縮效應明顯，造成承臺底面與壩頂出現水平間隙。現場經過觀測，塔吊基礎沒有明顯沉降與傾斜，塔身垂直度沒有變化。將出現的水平間隙用水泥漿灌注后，繼續施工。圍護樁施工時，為避開塔吊基礎樁身，塔吊基礎承臺范圍內的攪拌樁都向地庫一側偏移，導致地下車庫外墻施工時操作空間不足。現場為保證基樁不外露，沒有切削攪拌樁，而是加厚承臺寬度范圍內的地庫外墻，該范圍的外墻外模采用磚胎模。內模采用底板預埋端鋼管，設置斜撐加固（圖6）。

圖6 塔吊承臺處地庫外墻內模斜撐示意

對于正常施工的地下室外墻，靠近塔吊位置的回填土改用中砂回填，并采用水撼法填實，減小因回填土不密實造成回填后塔吊承臺下圍護壩體的持續變形。

4 塔吊基礎沉降及附近圍護壩體變形

4.1 塔吊基礎沉降觀測

本工程塔吊于2019年10月安裝，至2020年11月結構封頂，運行穩定。在基坑施工階段，要求基坑監測單位對塔吊進行定期觀測。監測數據顯示，塔吊基礎的最終累計沉降值穩定在3 mm之內。基坑回填后，停止觀測。

4.2 壩體水平位移觀測

塔吊承臺與住宅底板通過傳力帶相連后，對圍護壓頂的支撐作用明顯。2#塔吊附近的地庫北側圍護墻頂水平側移監測點為W8，基坑南側無塔吊基礎的圍護墻頂水平側移監測點為W34，兩者的水平位移對比如圖7所示。由圖7可知，W8監測點的最終水平位移值為W34點的68%，說明塔吊承臺處的傳力帶對減小基坑圍護水平位移作用顯著。

圖7 傳力帶對圍護墻頂水平位移的影響對比

4.3 監測結果分析

采用該措施后，基坑邊緣塔吊沉降沒有因基坑開挖而導致劇烈變化，且觀測值極小。塔吊基礎與住宅基礎相連，對圍護壩體形成附加的拉結點，減小了壩體的水平位移值。

4.4 施工提示

塔吊設備使用說明書中，塔吊基礎為板式基礎，當軟土地區采用樁基礎時，應對說明書的基礎形式進行復核，配筋形式應符合樁承臺的構造要求，并結合塔吊的使用荷載，合理布樁。應對不同廠家提供的塔吊使用荷載表進行研究，避免因荷載取值偏小造成塔吊基礎不安全，或者因荷載取值過大和荷載重復計算造成塔吊基礎設計時過于保守，浪費資源。

5 結語

本工程布置10臺塔吊，其中8臺位于基坑邊。塔吊基礎深埋會造成大量住宅基樁外露，且還需在塔吊基坑四周做圍護設計，增加工程造價和施工難度。采用傳力帶將塔吊基礎與住宅基礎相連的措施，既保證塔吊正常運轉，又可以增加基坑圍護的安全性，同時還減少了工程造價。本項目的塔吊基礎方案得到了設計單位認可，并進行了專家評審，可為上海等軟土地區地下1層、重力壩支護項目的塔吊布置提供一定的參考。