共坑超高層建筑群群塔布置與轉換施工技術研究

芮 揚

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 背景工程

天津于家堡金融區起步區由03-15地塊工程、03-16地塊工程、03-21地塊工程、03-22地塊工程、03-25地塊工程、03-26地塊工程共同組成。各地塊的主要單體設計參數如表1所示。

表1 六地塊概況

六地塊設置于一個基坑中，共用外圍護支撐體系，其中03-16地塊為密肋混凝土柱筒全混凝土結構體系，建筑層數和高度為全地塊最多、最高，作為六地塊的標志建筑，其形象進度等綜合目標最高。六地塊設計的主體建筑均為超高層建筑，同時六地塊中還設計有從地下橫向橫穿地塊的地鐵明挖隧道箱體，屬于共坑同步施工的超高層建筑群，其大型機械——塔式起重機的布置本身就具有一定的難度。同時工程在前期支撐和土方開挖施工時，進行六地塊的群塔布置，并完成了所有吊車的基礎設置。但是，由于后期結構設計的變動加之業主對整個工程進度目標的改變，部分前期設置的塔吊型號、位置不盡合理，并且后續6個地塊分由6家總承包單位進場施工，前期的塔吊設置給后續各地塊的上部施工帶來了一定影響[1-3]。

2 群塔設置及沖突分析

2.1 六地塊前期的塔吊布置設計與實際布置

選用20臺塔吊作為垂直和水平運輸的主要設備，其中設置于主樓的10臺塔吊用于底板及主體結構施工，設置于輔樓的10臺塔吊用于土方開挖，底板、支撐以及輔樓的施工。20臺塔吊分2個階段進行布置安裝。

第1階段布置：安裝10臺位于輔樓位置的塔吊，考慮避開支撐和坡道位。第1階段中的塔吊一般均采用70 m左右的臂長，以提高覆蓋面，滿足支撐材料、樁頭及土方的運輸。塔吊所不能覆蓋的角部區域由汽車吊負責材料的垂直運輸。

第2階段布置：安裝主樓塔吊，考慮到主樓區域的塔吊外附及內爬塔需要準確定位，因此在墊層、防水施工完，在底板澆筑之前，進行主樓塔吊的定位和安裝，也有利于底板上鋼結構預埋件的安裝作業；同時對輔樓位置塔吊的臂長進行調整，防止對主樓塔吊作業造成影響（圖1）。

圖1 六地塊前期群塔設置設計

各單體總承包單位進場后，現場實際只完成第1階段塔吊的布置和安裝，對于第2階段的塔吊，前期單位完成了布置在核心筒以外的塔吊的預設基礎樁。并且由于機械設備的緣故，部分塔吊的型號和位置出現了調整，部分STT293塔吊實際安裝成了STT200塔吊，安裝的臂長也有所改變（圖2）。

圖2 六地塊前期塔吊實際布置

2.2 群塔設置的影響與沖突分析

2.2.1 前期的群塔設計對工程影響最大

1）前期吊車布置按照初版結構設計進行，地塊建筑的結構主體設計未完全定型，后期結構設計發生改變后，前期的吊車或安裝完畢，或基礎施工完成，使得這些吊車與結構本體產生矛盾，直接影響到結構本體的施工。

2）后期建設單位對進度結構目標作出了比較大的調整，使得部分地塊的施工進度安排發生了改變，原先設計的塔吊裝拆和升節流程安排不能實現，直接造成地塊之間的塔吊互相影響。

3）前期單位布置的吊車位置和性能，未充分考慮到后期結構設計的變化，加之地塊進度的不協調造成支撐和圍護本體的施工方法和換拆流程改變，使得一些原先設置的吊車的利用率大幅降低，影響到地塊結構施工的實際吊裝需求。

上述三方面直接給六地塊地下結構的施工帶來了很大影響，尤其影響到了03-16地塊的結構施工。

2.2.2 沖突點分析

針對六地塊前期的塔吊布置情況，結合工程的總體進度目標要求和施工工序安排，重點對六地塊中的進度要求最高的03-16地塊的塔吊布置進行了相關研究，分析發現按照前期的塔吊布置設置給03-16地塊的工程施工帶來了5個沖突點。

沖突點1：主樓第2階段布置的3-16-2塔吊不能滿足吊裝要求。

03-16地塊主樓16層以下設置有4個大截面腳柱，單節吊裝質量較大，按照前期單位的設想，底板完成后在主樓核心筒內設置吊車，受核心筒吊車位置限制，塔吊距基坑邊緣比較遠，在地下室結構施工期間，對吊裝質量有限制，無法滿足主樓結構的吊裝需求。

沖突點2：03-16-3號塔吊基本無起吊點。

六地塊的南北向和東西向支撐設計采用支撐下腹板的形式，未按照常規的棧橋設計，使得03-16地塊的3-16-3號塔吊在基礎開挖后基礎底板施工期間無吊點，無法滿足附樓A和附樓B南半側的施工。

同時3-16-3號塔吊還受到03-15地塊和03-22地塊的相鄰塔吊影響。并且按照前期單位的設計，3-16-3號塔吊要在附樓A和附樓B完成后拆除，但實際上這部吊車所處的位置靠近六地塊中部，只有在相鄰地塊全部出±0 m后才能有吊點，作用完全受限。

沖突點3：附樓A處預設位置的3-16-4號塔吊附墻受限，影響主樓施工。

預設的附樓A處的塔吊基礎，經過坐標核對，其位置與附樓A的部分梁板結構存在沖突，并且此處預設的塔吊設想在裙房施工完畢后拆除，而裙房A受到東西向支撐的壓制，地下2層施工完畢后，必然要停滯施工，而主樓可以直接繼續施工，附樓A的塔吊距離主樓過遠，無法附著于主樓之上，不能升節。大臂將影響到主樓的施工。

沖突點4：主樓單塔吊難以滿足進度要求。

03-16地塊主樓單層面積為2 700 m2，建筑高度為246 m，結構工期要求非常緊，按照前期設想的僅靠核心筒內設置的1臺塔吊方案將很難滿足上部結構的吊裝要求。

沖突點5：3-16-1號塔吊受地塊主樓影響，作用受限。

03-16地塊西北角設置的3-16-1號塔吊，依據課題組的基礎核對，基礎設置于明挖地鐵隧道的區域內，塔吊的塔身與隧道側墻重合，影響了隧道側墻施工，同時，3-16-1號塔吊臂長60 m，即使縮至50 m仍然直接覆蓋到03-15地塊的主樓外鋼框結構，一旦03-15地塊的施工進度過快則直接影響到塔吊的安全，而若為了避免影響到主樓的結構施工，前期單位設想3-16-1號塔吊在地下室結構施工完畢后即拆除，這樣附樓B的上部結構施工將無吊車可用。

3 群塔布置與轉換技術

3.1 群塔布置調整與轉換方案分析選擇

針對上述影響和沖突分析，結合現場各單體建筑的結構情況、進度要求和周邊條件，針對03-16地塊考慮了2種群塔調整和轉換方案。

方案一：

1）基礎剩余土方開挖和基礎底板施工階段沿用地塊內原已布置的2臺塔吊。

2）地下3層結構完成后，主樓核心筒內安裝1臺塔吊，主樓核心筒外南側安裝1臺塔吊，并將地塊內的3-16-3號塔吊拆除。

3）地塊地下室結構完成后，拆除03-16-1號塔吊。主樓上部結構施工至16層、附樓A封頂后，拆除主樓南側新增塔吊。

4）主樓封頂后拆除核心筒內塔吊。

方案二：

1）基礎剩余土方開挖和基礎底板施工階段沿用地塊內原已布置的2臺塔吊。

2）地下3層結構完成后，主樓北側核心筒外安裝1臺塔吊，主樓核心筒外南側安裝1臺塔吊，并將地塊內的3-16-3號塔吊拆除。

3）地塊地下室結構完成后，拆除03-16-1號塔吊，并在地下空間頂部增加1臺塔吊以滿足附樓B的結構施工需求。主樓上部結構施工至32層、附樓A封頂后，拆除主樓南側新增塔吊。

4）主樓封頂后拆除主樓北側塔吊。

分析2種方案的優缺點，方案二比方案一具有優勢，主要表現在：

1）對主樓結構而言，本工程為6個地塊在同一基坑內共同施工，標段西側為03-15地塊，南側為03-22地塊。僅基坑北側和東側有施工便道，同時主樓周邊均有裙房，故而主樓距離基坑外邊線較遠，主樓外框距離北側施工便道31.5 m，距離東側施工便道25.0 m。塔吊布置在核心筒內，采用內爬式塔吊距離基坑邊42～50 m，增加了塔吊到坑邊的起重半徑，降低了塔吊起重坑邊構件的最大起重力，同時需對核心筒內進行加固，成本較高，施工工藝較為煩瑣。而采用將附墻式塔吊基礎布置在主樓剪力墻外側3.5 m左右位置，滿足腳手架搭設距離，同時距離基坑邊最近僅21.5 m，如采用大功率塔吊，一般起重半徑在25 m以內，最大起重量12.08 t，大于單節勁性鋼構件的11.2 t，滿足施工要求。如需考慮塔吊起重半徑對于主樓的全覆蓋因素和勁性鋼柱吊裝因素，塔吊基礎需適當向基坑內移，一般內移15～30 m，只需采用50 t汽車吊在基坑邊將構件短駁至基坑內，再用塔吊進行吊裝，此類情況對于工程施工成本及進度影響也較小。

2）主樓塔吊采用內爬的塔吊，拆除需同屋面吊配合，采用附墻式塔吊，由于主樓北側為地下2層結構，無裙房，塔吊可自身降節到底，采用50 t汽車吊方可對塔吊進行拆除，在施工方面和經濟成本方面都有較大優勢。

3）方案二調整了主樓塔吊的拆除時間，并在附樓B區域的地下室頂板上增加了塔吊，能夠較好地滿足工程進度的實際需求。

最終選擇方案二作為塔吊布局轉換的實施方案。

3.2 群塔布置調整與轉換的技術設計和實施

根據施工特點，塔吊安裝采取先后結合的方式，土方開挖前安裝輔樓塔吊，以滿足土方以及環梁的施工要求，開挖到地下室底板標高后，安裝其余塔吊，底板施工前所有塔吊安裝完畢。

1）本工程施工期間塔吊的配置分5個階段。

第1階段：在基礎底板完成前，使用前期的2臺塔吊，分別為位于西北角的臂長60 m的3-16-1號塔吊STT200和位于西南角的臂長60 m的3-16-3號塔吊STT200（圖3）。

圖3 第1階段塔吊設置

第2階段：基礎底板完成后，加裝2臺塔吊，即主樓南側的ST7027塔吊，臂長55 m，主樓北側的21CJ290/18 t型塔吊，臂長54 m。同時，使用新裝的21CJ290/18 t型塔吊拆除西南側原有中建的塔吊。南側新裝塔機負責南側兩角柱的勁性結構吊裝、附樓A的屋面勁性梁的吊裝、土建施工。北側新裝塔吊負責北側兩角柱的勁性結構吊裝，附樓B、主樓、地下室的土建施工（圖4）。

圖4 第2階段塔吊設置

第3階段：南北地下空間施工完成后，拆除西北角的3-16-1號塔吊，并安裝地下空間頂板塔吊，STT153塔吊臂長45 m，由于第1道支撐的拆除時間存在不確定因素，主樓可能在地下空間完成前出±0 m，此時3-16-1號塔吊仍需要保留至南北地下空間完成，此時需將塔吊大臂縮短至54 m，以不碰D樓的上部結構外邊線為準（圖5）。

圖5 第3階段塔吊設置

第4階段：主樓施工至15層，附樓A上部勁性梁吊裝完成后，主樓施工總高度達到150 m時，拆除南側的ST7027塔吊。同時加長北側的21CJ290/18 t型塔吊的臂長以覆蓋D樓的上部結構投影面（圖6）。

圖6 第4階段塔吊設置

第5 階段：主樓結構封頂后，拆除主樓北部的21CJ290/18 t型塔吊。

2）塔吊基礎定位的確定。主樓北側塔吊基礎考慮布置在外墻北側3.5 m位置，滿足腳手架搭設距離，同時位于（9軸、1/P軸）勁性柱與（12軸、1/P軸）勁性柱的中心線上，塔吊至基坑邊起重半徑為21.5 m，至北側2個勁性柱吊裝就位起重半徑為13 m，小于25 m，滿足起重要求。

主樓南側塔吊基礎考慮布置在外墻南側3.5m位置，同時位于（1/G軸、12軸）勁性柱與（1/G軸、2/6軸）勁性柱的中心線上，塔吊基礎至基坑邊起重半徑49 m，需50 t汽車吊配合將鋼構件短駁至基坑內，同時對鋼構件進行分解，以減少構件質量，使構件質量在塔吊起重半徑及最大起重允許范圍內。塔吊基礎至南側2個勁性柱吊裝就位起重半徑為23 m，小于25 m，滿足起重要求。

3）調整塔吊型號的確定。本工程主樓結構高233.85 m，地下室結構施工階段，考慮到裙房施工及勁性柱吊裝因素，安裝2臺塔吊，1臺安裝在主樓北側、1臺安裝在主樓南側。主樓4根角柱從地下3層至地上15層采用勁性鋼柱，在主樓施工至15層結構頂板時，附樓A已結構封頂，并且上部已無勁性鋼柱，故可拆除主樓南側1臺塔吊，保留主樓北側塔吊至主樓結構封頂。

主樓北側塔吊需滿足安裝高度大于等于269.50 m，21.5 m起重半徑范圍內最大起重量為11.2 t的要求。主樓南側塔吊需滿足安裝高度大于等于70.31 m，40 m起重半徑范圍內最大起重量為6.6 t的要求。鋼柱由于塔吊吊裝半徑的限制，均采用單層一節、豎向分段吊裝。單節豎向分成2段的鋼柱吊裝就位以后，采用連接板臨時固定，間隔2 m一塊，用普通螺栓連接。

根據以上技術參數，并考慮機械設備來源，綜合考慮經濟因素，最終確定在主樓北側采用21CJ290/18 t型塔吊，塔吊接44 m大臂，采用4倍率，最大起重量18 t，最大起重半徑44 m處起重量6.5 t，最高安裝高度為300 m。

主樓南側采用ST7027塔吊，ST7027塔吊接55 m大臂，采用2倍率，最大起重量8 t，最大起重半徑55 m處起重量4.9 t，最高安裝高度為186 m。

3.3 底板外挑式塔吊基礎的設置技術

基礎及地下室結構施工階段，主樓調整和增設的塔吊為北側的21CJ290平衡臂式起重機，南側ST7027塔帽式起重機。主樓北側沒有預設的塔吊基礎，塔吊21CJ290為新增的外附著式，需要重新施工。主樓南側有前期單位預設的塔吊基礎，南側塔吊ST7027可以考慮利用此基礎。

但是就本工程而言，主樓南、北側2部塔吊的設置需滿足主樓的鋼骨柱的吊裝要求，并且采用附著于主樓的附墻方式，因此，主樓南、北側塔吊的基礎距離主樓的位置應比較近，塔吊中心距離主樓邊控制在3.5 m以內以便于附墻。根據03-16地塊的地下室底板的結構設計情況，利用基礎底板設置塔吊基礎，遇到3個難題：

1）主樓周邊3.5 m范圍位置的基礎底板恰是與裙樓底板交叉的位置，設計有沉降后澆帶，根據滿足結構施工所確定的塔吊設置的最佳位置，正好橫跨在沉降后澆帶上。

2）沉降后澆帶又正好是主樓和裙樓基礎底板厚度的分界，后澆帶內側主樓區域基礎底板的厚度為3.5 m，后澆帶外側附樓區域的基礎底板厚度僅為800 mm。

3）03-16地塊的結構設計有一個特點，3個主要單體所采用的基礎形式完全不同，主樓D采用了超厚大筏板基礎，附樓B采用了加深承臺加連系梁筏板基礎，附樓A采用了深梁加筏板基礎，而南北側塔吊所設置的最佳位置處的附樓底板的基礎形式不一樣，南側塔吊位于主樓D和附樓A的交界處，北側塔吊定位于主樓D和附樓B的交界處，這給基礎的設計帶來了困難。

采用常規的處理方式都很難解決上述的3個難點，因此課題組綜合研究了塔吊位置附近的結構設計情況以及塔吊的基礎設置要求，創新地提出了底板外挑式塔吊基礎的設置技術。具體的方案設想如下：根據目前塔吊基礎平面位置，考慮從主樓3.5 m大底板中懸挑出2根混凝土暗梁對應塔吊的基礎錨腳位置作為塔吊基礎，并根據力學計算配置塔吊基礎鋼筋，混凝土采用C60，同主樓基礎混凝土，底板外挑式塔吊基礎與主樓基礎底板一同施工。

依據工程現場的實際條件，結合塔吊的施工最大荷載要求，本工程主樓南北側新增的2臺塔吊基礎均利用主樓大底板外挑承臺的基礎形式。

1）基礎定位。南側ST7027塔吊基礎設置于主樓南側9軸—10軸中間，附樓A的G軸線以北，基礎中心距離主樓南側柱外3 500 mm。由于原設計方在此處設計有主樓與附樓之間的沉降后澆帶，為滿足塔吊的基礎施工，經與設計方商議，調整原后澆帶位置，避開塔吊基礎位置（圖7）。

圖7 ST7027塔機基礎平面軸線定位

北側21CJ290/18 t型塔吊基礎設置于主樓北側10軸—11軸中間，主樓的Q軸線以南，基礎中心距離主樓北側柱外3 500 mm。由于原設計方在此處設計有主樓與附樓之間的沉降后澆帶，為滿足塔吊的基礎施工，經與設計方商議，對原后澆帶位置進行調整，避開塔吊基礎位置（圖8）。

圖8 21CJ290/18 t型塔機基礎平面軸線定位

2）塔吊基礎設計。南側ST7027塔吊基礎采用主樓底板外挑承臺，錨腳位置局部設暗梁，承臺尺寸2 200 mm×2 800 mm×3 500 mm。基礎混凝土為C45S8（同底板），墊層為100 mm厚C20素混凝土。擬定承臺配筋為：上層鋼筋直徑32 mm@200 mm，下層鋼筋直徑32 mm，兩側構造鋼筋28根，直徑為16 mm，中間2道直徑16 mm@200 mm的鋼筋網片，暗梁位置箍筋為直徑16 mm@200 mm，塔吊錨腳預埋深度2 000 mm（圖9）。

圖9 主樓南側ST7027塔吊基礎設計剖面示意

北側21CJ290/18 t型塔吊基礎采用主樓底板外挑承臺，錨腳位置局部設暗梁，承臺尺寸2 300 mm×2 800 mm×3 500 mm。基礎混凝土強度為C45S8，墊層為100 mm厚C20素混凝土。

擬定承臺配筋為：上層鋼筋直徑32 mm@200 mm（雙層雙向），下層鋼筋直徑32 mm（雙層雙向），兩側構造鋼筋28根，直徑為16 mm，中間2道直徑16 mm@200 mm的鋼筋網片，暗梁位置箍筋為直徑16 mm@200 mm，塔吊錨腳預埋深度2 000 mm（圖10）。

圖10 底板外挑式塔吊基礎設計示意

4 實施效果分析

通過對前期塔吊的調整，避免了不當設置的塔吊影響到主樓結構的順利提前出±0 m，并且有力地保證了主樓鋼結構的安裝，滿足了03-16地塊主樓后續的進度目標。03-16地塊主樓結構施工高峰期順利實現了5 d一層的進度目標。

同時也避免了03-16地塊的塔吊對其他地塊塔吊的影響，避免了因為各建筑之間不同的進度要求而導致的群塔之間相互干涉制約情況的發生。

5 結語

高層或者超高層建筑群共坑的情況越來越常見，而由于超高層建筑的單體開發和施工往往由單一單位進行，在共坑施工過程中，很難避免群塔布置的相互影響和制約。通過結合工程目標現場實際情況，對群塔設計的沖突進行分析，并創新地設計了一種新的后置塔吊基礎轉換方案，科學地布置或轉換群塔，為類似項目提供了借鑒。