鋼格構式塔吊基礎在軟土地區深基坑中的應用

李卓文， 朱明華， 程玉琦， 劉明軍

（中建一局集團建設發展有限公司，北京 100102）

隨著工程建設行業的快速發展，大型建筑工程的地下室規模越來越大，塔吊位于地下室的情況極為普遍。鋼格構式塔吊基礎作為一種新型塔吊基礎形式，既可以保證塔吊在基坑土方開挖前就可以投入使用，又能減少塔吊基礎施工時的挖深，對提高施工效率、縮短施工周期、節約施工成本具有重要意義[1]。雖然鋼格構式塔吊基礎應用越來越普遍；但質量保證及與主體結構交界處的節點處理質量是施工控制難點，本文以軟土地區超大深基坑工程實踐為例，詳細介紹了鋼格構式塔吊基礎施工過程中的具體保證措施以及與主體結構交界處的節點處理做法，確保塔吊使用安全及結構質量。

1 工程概況

某工程場地為故河道分布區，土層主要為粉質黏土、粉土、粉砂，靜止水埋深1.8～3.18 m，整體地下3層，地上是2棟14層、2棟32層、1棟41層高層住宅，基坑面積約1.57 萬m2，開挖深度為17.093 m（局部深坑位置加深3.45 m）[2]。支護結構為密排灌注樁（西側地下連續墻）+2道混凝土內支撐，支撐梁最大截面3 000 mm×700 mm，現場共布設3臺QTZ125塔吊。

2 塔吊基礎

根據地質勘察報告，開挖1.8 m 左右即可見地下水，埋深約20.00～50.00 m 分布著2 個微承壓含水層且內支撐體量大，為保證基坑安全及工期，需要在內支撐施工前完成塔吊安裝，考慮鋼結構施工效率快、構件可回收，塔吊基礎采用“鋼平臺+鋼格構柱+灌注樁”組合。

2.1 基礎設計

2.1.1 鋼平臺

格構柱頂焊接由30 mm 厚Q345B 鋼板組成的鋼梁，十字形交叉布置。鋼梁規格為4 115 mm×600 mm×600 mm，鋼平臺受力點間距為2 040 mm×2 400 mm。見圖1。

圖1 鋼平臺設計

2.1.2 鋼格構柱

每根塔吊采用4根鋼格構柱。鋼格構柱頂大沽標高為3.857 m，總長度26.257 m，采用Q235B鋼板，規格350 mm×200 mm×12 mm；每道鋼板間距700 mm，角鋼采用Q235B 鋼，規格160 mm×16 mm。格構柱規格為460 mm×460 mm，錨入灌注樁長度為3 000 mm，柱間支撐由28#槽鋼、140 mm×12 mm 角鋼、50 mm×4 mm 角鋼焊接而成[3]。見圖2。

圖2 鋼格構柱桿件

2.1.3 灌注樁

塔吊立柱樁為4 根混凝土灌注樁，樁頂標高-19.40 m，有效樁長35 m，主筋為18 根直徑25 mm的HRB400 鋼筋，螺旋箍采用直徑8 mm 的HRB300 鋼筋間距200 mm 設置，樁頂4 m 范圍內進行箍筋加密，格構柱伸入樁部位樁箍筋加密1倍[4]，樁徑800 mm，混凝土強度等級C30，水下施工提高一級，超灌1.5 m。

2.2 設計驗算

采用計算軟件對鋼平臺、鋼格構柱、灌注樁進行驗算。鋼平臺驗算包括鋼構件連接焊縫、加強桿、鋼板與塔吊基座連接焊縫等；鋼格構柱驗算包括軸心受壓、均勻彎曲受彎構件整體穩定性系數、鋼格構柱材料強度、綴板規格及間距等；灌注樁驗算包括樁基豎向承載力、水平承載力、抗拔承載力及軟弱下臥層等[5]。

3 施工技術

3.1 工藝流程

灌注樁及鋼格構柱施工—基礎土方開挖鋼平臺施工—第一步鋼格構柱連接桿施工—塔身基礎節焊接及塔吊安裝—隨土方開挖施工剩余鋼格構柱連接桿—鋼格構柱穿底板、樓板及頂板節點處理。

3.2 關鍵技術

3.2.1 灌注樁及鋼格構柱

1）采用2 臺GPS-10 正循環鉆機進行灌注樁施工，十字線校正護筒及樁位中心，兩者偏差應＜20 mm。配備6 m×3 m×1.5 m專用泥漿池，泥漿密度1.05～1.15 g/cm3，鉆孔過程中保持孔內1.5～2 m 的水頭高度，保證孔壁穩定。

2）鉆孔結束后，要對所成樁孔進行兩次清孔，清孔結束后鉆機移位；鋼筋籠和混凝土灌注導管下放完畢后，在導管管口采用雙3PN 大泵并聯，正循環清渣，直到孔底沉渣厚度＜10 cm。

3）塔吊立柱樁的鋼筋籠長度約為35 m，分兩節吊裝；采用混凝土圓柱形墊塊做鋼筋保護層，厚55 mm，沿鋼筋籠周圈水平均布3 個，縱向間距3 m，保護層墊塊的固定鋼筋焊在主筋上。樁鋼筋籠吊裝均采用55 t履帶吊起吊。

4）臨時格構柱由等邊角鋼和綴板搭接焊而成，拼接部位需滿足等強連接要求，材質與格構柱角鋼相同，搭接角鋼長度為500 mm，角鋼對接端部須磨平，端面應水平。拼接角鋼接縫對角錯開距離2.0 m，拼接處另加綴板，接縫處滿焊，焊縫高14 mm。格構柱綴板與角鋼焊接應嚴格控制構件幾何尺寸；焊縫的表面焊波應均勻，不得有裂縫、未熔合、夾渣、焊瘤、咬邊、燒穿、弧坑和針狀氣孔等缺陷，焊接區無飛濺殘留物。利用1臺55 t履帶吊起吊格構柱，起吊時，吊直、扶穩，保證格構柱中心定位準確，施工時格構柱頂設定位器，以確保格構柱定向方位，垂直度偏差≤1/1 000。

5）灌注樁混凝土坍落度控制在（180±20）mm，安裝鋼筋籠完畢到灌注混凝土間隔控制在4 h 以內，澆筑過程中，須不斷測定混凝土面上升高度并根據混凝土供應情況來確定拆卸導管的時間、長度，以免發生樁身夾渣、夾泥、蜂窩事故。灌注樁混凝土澆筑完畢后，采用樁端樁側復式注漿，注漿范圍為樁端以上12 m，注漿水泥強度應與樁身一致，后注漿導管應采用鋼管，沿鋼筋籠圓周對稱設置且與鋼筋籠加勁筋綁扎固定或焊接。

3.2.2 基礎土方開挖鋼平臺

1）塔吊基礎土方開挖采用液壓反鏟挖掘機一次挖掘到位，不需要降水和鋼板樁支護，按1∶1.5進行放坡，基坑邊坡上口2 m內不得堆載。

2）X 形鋼平臺分3段加工，汽車吊現場拼裝就位，與鋼格構柱進行焊接。一次焊接作業面多且復雜，焊接鋼板厚度30 mm，鋼平臺運至現場后采用手工電弧焊進行焊接，焊縫焊腳高度20 mm，一律滿焊，焊縫等級為一級，需要連續進行多層的施焊作業。

3）鋼平臺在塔吊基座連接處間隔163 mm 設置3道25 mm 厚加勁肋。焊前檢查坡口角度、鈍邊、間隙及錯口量。坡口內和兩側的銹斑、油污、氧化皮等應清除干凈。焊后外觀用超聲波檢測合格后取樣進行力學試驗，要求試驗接頭抗拉強度和沖擊韌性達到母材標準值。

3.2.3 鋼格構柱連接桿

1）塔吊安裝前完成第一步Z 形連接桿施工，然后隨土方開挖進行鋼格構柱連接桿焊接施工。

2）鋼格構柱四周土方每次開挖至Z 形連接桿底桿下返80 mm，每次開挖深度不超過3 m，周圍土方高差不超過2 m，靠近鋼格構柱500 mm 范圍內嚴禁機械開挖，土方開挖完成后立即進行該范圍Z 形型連接桿施工。相鄰鋼格構柱之間以Z 形連接桿焊接，焊縫焊腳高度12 mm，連接桿為［28 槽鋼，對角鋼格構柱采用十字拉桿進行連接，拉桿采用L140 mm×12 mm角鋼[6]。

3.2.4 塔身基礎節焊接及塔吊安裝

第一步Z 形連接桿施工完畢后進行塔吊安裝，塔身基礎節與鋼平臺焊接，焊腳焊縫高度3 cm；然后依次完成塔身標準節、塔吊套架、回轉支承、塔頂、司機室、平衡臂、起重臂等構件安裝；最后安裝起升機構、變幅機構、回轉機構、頂升油缸及各種附件。

3.2.5 鋼格構柱穿底板、樓板及頂板節點處理

待主體結構封頂、塔吊拆除后進行塔吊基礎鋼格構柱拆除，故鋼格構柱穿地庫底板、頂板時需做好止水措施，鋼格構柱同主體結構澆筑為整體，不留設施工縫[7]。

1）基礎底板厚度600 mm，分層澆筑，鋼格構柱穿基礎底板時，必須設置止水防滲措施，在基礎底板中間位置焊接3 mm 厚、50 mm 寬止水鋼板，與鋼格構柱角鋼一圈進行滿焊。基礎底板防水體系采用4 mm+3 mmSBS 改性瀝青防水卷材，灌注樁樁頭涂刷250 mm寬、1 mm 厚水泥基滲透結晶型防水涂料，分兩遍涂刷并且刷方向要互相垂直。鋼格構柱底部涂刷2 mm 厚橡膠瀝青防水涂料并上返250 mm，防水卷材在鋼格構柱位置上返50 mm 并進行密封處理，拐角處設置附加層。

2）鋼格構柱穿地庫樓板時，若該區域建筑功能無防水要求，不需設置止水措施，盡量保證X、Y方向鋼筋穿鋼格構柱不斷開；若必須斷開，需打彎焊接至鋼格構柱角鋼上并在貫通一側增設同規格數量的斷開鋼筋。

3）鋼格構柱穿地庫頂板時，在頂板中間位置焊接3 mm 厚、50 mm 寬止水鋼板，止水鋼板與鋼格構柱角鋼一圈進行滿焊。地庫頂板防水體系采用3 mm 厚SBS 改性瀝青防水涂料+4 mm 厚SBS 改性瀝青耐根穿刺防水卷材。鋼格構柱底部涂刷3 mm 厚SBS 改性瀝青防水涂料并上返250 mm，防水卷材在鋼格構柱位置上返50 mm并進行密封處理，拐角處設置附加層。

3.3 注意事項

1）須嚴格控制鋼平臺塔吊基礎加工尺寸和焊接質量，核對焊接材料的品種、規格、性能等滿足設計要求，對加工廠和現場施工人員做好施工工藝交底。

2）確保鋼格構柱定位準確，符合設計要求，垂直度偏差控制在2%以內且≯10 mm，鋼格構柱頂部高差控制在±3 mm以內。

3）鋼格構柱附近區域土方分層開挖厚度≯2 m，四周應同時開挖，避免土方高差過大產生水平側壓力，格構柱周邊2 m范圍嚴禁采用機械開挖。

4）鋼格構柱穿地下室基礎底板、頂板時確保止水鋼板滿焊一圈，地下室結構接觸范圍鋼格構柱內混凝土剔除干凈，確保止水效果。

3.4 垂直度監測

采用全站儀對塔吊南北和東西兩個方向垂直度進行月監測。先選擇一個方向，保持空載狀態，施工現場風速≤3 m/s，控制塔吊大臂與測量方向、全站儀平行，對測量點標記，架設全站儀測量垂直和水平距離，計算得出該方向塔吊垂直度偏差；同理對垂直于該方向塔吊垂直度偏差進行測量，經測量塔吊獨立狀態最大偏移量發生在2#塔吊，塔吊頂升高度46.5 m，偏西96 mm、偏北56 mm，垂直度偏差2.065‰，符合要求，附著狀態下最高附著點以下垂直度偏差亦＜2‰。

4 結語

1）通過對鋼平臺加鋼格構柱塔吊基礎合理設計，施工過程中嚴格控制灌注樁及鋼格構柱垂直度，保證焊接質量及焊縫高度，在第一道混凝土內支撐施工前完成塔吊安裝并投入使用，材料的運輸效率得到提升，保證了2道雙圓環混凝土內支撐施工進度。

2）鋼平臺加鋼格構柱塔吊基礎無需澆筑混凝土，省去了混凝土養護時間，保證基坑施工工期，鋼平臺的尺寸小于混凝土基礎，避免大面積施工前局部深基坑開挖且鋼平臺加鋼格構柱塔吊基礎后期可回收二次利用，具有較好的安全性及經濟效益。