塔吊基礎(chǔ)改造方案及施工技術(shù)探討

高新，李寶成

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100071）

1 工程概述

案例項目中含有兩棟43 層建筑項目，為有效控制塔吊的工期支出，拆除原有內(nèi)嵌塔吊。暫停工程13 個月，項目重新施工。由初期設(shè)計的43 層項目更改為30 層。結(jié)合項目現(xiàn)場施工的實際情況，綜合考量成本控制、安全施工、環(huán)保作業(yè)等因素后，需在原有塔吊基礎(chǔ)表層添加新型塔吊，以保證用料調(diào)運的高效性。經(jīng)塔吊性能檢查發(fā)現(xiàn)：初期使用的塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋螺栓長時間處于空氣裸露狀態(tài)，并未進(jìn)行相應(yīng)的運維管理，致使塔吊基礎(chǔ)質(zhì)量欠佳，經(jīng)專業(yè)性能檢測，初期使用的塔吊性能有缺陷，無法滿足新塔吊安全使用的各項要求，需替換原有塔吊基礎(chǔ)，或者進(jìn)行有效改造加固處理，以此保障新塔吊運行的平穩(wěn)性[1]。表1 為初期、新加兩個塔吊的型號與個數(shù)。

表1中新增的塔吊設(shè)備的吊運臂長達(dá)到60 m，能夠符合工程各項用料的高效運輸需求。

表1 初期、新加兩個塔吊的型號與個數(shù)

2 改造方案對比

2.1 判斷塔吊基礎(chǔ)安全性的主要因素

塔吊基礎(chǔ)的安全性主要通過承重檢測進(jìn)行評估和判斷，重點檢測塔機潛在的風(fēng)險隱患，加強對塔機地基的驗收。另外，還要充分考慮地基局部最大荷載，塔機的偏心荷載、進(jìn)風(fēng)荷載、起吊荷載等。依照塔機自重+起重荷載+基礎(chǔ)荷載進(jìn)行計算，最終根據(jù)計算結(jié)果判斷安全性，并進(jìn)行方案調(diào)整和改進(jìn)。

2.2 改造方案對比

2.2.1 方案A：替換加固新增基礎(chǔ)

根據(jù)勘察報告分析，對加層部分原有柱下獨立基礎(chǔ)進(jìn)行加固，采用C20 混凝土，基底持力土層更換為卵石層，在原基礎(chǔ)上增加鋼筋混凝土，通過加大底面積的方式進(jìn)行加固處理。

2.2.2 方案B：使用地腳螺栓

依據(jù)螺栓類型塔吊的工程操作規(guī)范，初期承臺位置進(jìn)行凹槽施工，凹槽的作業(yè)深度=頂面高度+1.2 m，開鑿區(qū)域各邊長均為2.2 m，開槽處理后取出初期承臺已經(jīng)銹蝕變質(zhì)的螺栓部件，依據(jù)塔吊操作規(guī)范再次配置螺栓，達(dá)到加固效果。方案B 適用于承臺質(zhì)量變化較為嚴(yán)重的項目。

2.2.3 方案C：預(yù)設(shè)支護(hù)加固方法

依據(jù)塔吊基礎(chǔ)的各項工藝規(guī)范，使用支護(hù)型塔吊基礎(chǔ)（見圖2），對初期承臺進(jìn)行凹槽施工，凹槽面長寬均為2.2 m，依據(jù)塔吊操作規(guī)范添加支護(hù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到塔吊固定效果。為顯著提升塔身安裝的精確性，支護(hù)結(jié)構(gòu)與塔吊各處連接完成后再開展全結(jié)構(gòu)的預(yù)埋處理，并嚴(yán)格控制支護(hù)結(jié)構(gòu)埋深，以此保障支護(hù)結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性，遠(yuǎn)離新增、初期兩個時期混凝土交界處的性能薄弱區(qū)域，以此提升支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性。方案C 適用于支護(hù)要求較高的項目。

圖2 支護(hù)預(yù)設(shè)式的塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 對比塔吊方案

方案A 具有人工需求量大、耗時多、成本高等特點，拆除原有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)存在工程隱患。方案B 中，地腳螺栓的深埋規(guī)定較為嚴(yán)格，尤其重筑混凝土配制的工藝流程，并且無法精確控制螺栓定位，極易發(fā)生定位偏差問題，新增螺栓深埋要求為1.2 m，開挖工程量較大。相比前兩個方案，方案C 的澆筑、開挖工程量較小，可有效控制塔吊裝設(shè)的精確性，還可保證工藝安全性以及成本可控性。3 個方案的經(jīng)濟(jì)性對比結(jié)果見表2。綜合3 個方案的特點，方案C 用時最短，為12 d。工程量較小：拆除量為4.28 m3，新澆量為7.32 m3。工藝污染較小，可順應(yīng)案例項目的改造需求。由此選定方案C 對案例項目開展基礎(chǔ)加固處理，切實發(fā)揮改造工藝的加固優(yōu)勢[2]。

由表2 可知，3 個方案中，工程拆、澆量最大的是方案A，相應(yīng)形成的工藝成本最高，其次是方案B，拆、澆工程量最小的是方案C，其工藝成本最小，符合經(jīng)濟(jì)控制理念。結(jié)合3 個工藝方案的適用性特點可知：方案A 不適用于工程量較大的項目；方案B 可用于承臺部分受損嚴(yán)重的項目，對其進(jìn)行針對性修補；方案C 具有較強的安全性，適用于支護(hù)要求較高的項目，符合案例項目的承臺施工要求。對3 個方案經(jīng)濟(jì)性、適用性的綜合對比發(fā)現(xiàn)：方案C 更適用于案例項目。

表2 3 個方案的經(jīng)濟(jì)效益對比結(jié)果

3 改造工藝的具體應(yīng)用

3.1 技術(shù)要點

3.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

首先，塔吊優(yōu)化前期，需準(zhǔn)確測算基礎(chǔ)力學(xué)的性能，保證驗算結(jié)果的精確性，使其符合塔吊設(shè)備裝設(shè)、設(shè)備高效運行的各項規(guī)范。其次，塔吊改造前期需給出具體方案，獲取設(shè)計組織的認(rèn)可，或者由設(shè)計單位驗證加固方案的可用性。再次，改造需進(jìn)行完整的審批處理，聯(lián)合專家開展方案論證，提升工藝安全性。最后，方案落實前高效進(jìn)行工藝交底，保證各環(huán)節(jié)施工人員全面掌握加固要點。

3.1.2 改造加固關(guān)鍵點

使用方案C 開展塔吊加固，開槽施工規(guī)格長寬均為2.2 m，深度取1.0 m，使其成凹型。整體逐步吊放新增的支護(hù)型塔吊，將其基礎(chǔ)、支護(hù)兩個結(jié)構(gòu)放置于凹槽處。初步校準(zhǔn)塔吊支護(hù)方位后，對于用料結(jié)合區(qū)域，給予植筋處理。處理時植筋選用抗剪鋼筋，材料型號為φ14 mm、梅花形布置，采取豎向3 排布置方法，鋼筋排列間距設(shè)計為300 mm。圖3 是植筋改造斷面示意圖。植筋處理后，去除用料結(jié)合面形成的鑿毛，保持基礎(chǔ)凹槽整體的清潔性。于初期承臺周邊添加胎膜，添加高度為100 mm。鋼筋網(wǎng)片采取多向布設(shè)方式，網(wǎng)片型號為φ22 mm。

圖3 植筋改造斷面示意圖

3.2 技術(shù)措施

3.2.1 澆筑鋼筋結(jié)構(gòu)規(guī)范

鋼筋澆筑前，需去除承臺表層存在的鑿毛，增設(shè)高度至少100 mm 的磚胎膜，布設(shè)兩排鋼筋網(wǎng)片。豎向鋼筋添加固定處理后，連接材料選用鋼筋網(wǎng)片。凹槽位置使用的豎向拉筋的型號等同于初期結(jié)構(gòu)使用的鋼筋，采取鋼筋錯接方式，搭接重合長度需大于10d（d為鋼筋直徑）。承臺抬高處理后，使其與地面層高度一致。

3.2.2 基層用料工藝方案

1）新舊用料結(jié)合位置處理。為增強新舊用料結(jié)合處的質(zhì)量，切實增強用料工程質(zhì)量，提升用料耐用性，需在前期對新舊用料的結(jié)合位置進(jìn)行鑿毛處理，清除凹槽交接處牢固性欠佳部分。清除裸露鋼筋表層生成的銹蝕，清潔用料表層形成的碎屑。在新舊用料結(jié)合位置添加一層界面劑，澆筑用料需提升強度級別。

2）混料澆筑。基礎(chǔ)位置驗收完成后，使用C40 混凝土開展二次澆筑處理。澆筑使用接地扁鐵，保證防雷效果，接地電阻不可超過4 Ω。澆筑期間需保持塔吊支腳位置的牢固性，盡量防止位移問題。使用經(jīng)緯儀動態(tài)監(jiān)測支腿位置的變動情況，偏差規(guī)范值為±2 mm。基層平整性偏差需小于0.001 m。澆筑后2 h 內(nèi)使用兩層毛巾給予覆蓋處理，配合灑水養(yǎng)護(hù)措施。二次澆筑需進(jìn)行為期15 d 的養(yǎng)護(hù)處理，用料強度不低于85%。

3.2.3 植筋性能測算

以基礎(chǔ)凹槽內(nèi)層為植筋區(qū)域，采取四面植筋工藝，以此提升基礎(chǔ)承臺性能。鋼筋型號為φ14 mm、材料長度為500 mm，布置角度與地面平行，豎向添加鋼筋3 組，鋼筋間隔為300 mm。

1）植筋錨固測算。案例項目以新舊用料結(jié)合處為施工方向，參照設(shè)計組織給出的加固方法，使用抗剪鋼筋進(jìn)行加固處理。結(jié)合案例項目的實際結(jié)構(gòu)特點，獲取植筋錨固區(qū)域的最小參數(shù)，計算公式如下：

式中，N為植筋抗拉強度；f為植筋的抗拉性能；A為植筋的斷面面積；s為植筋間距；α 為對混凝土性能具有劈裂干擾的驗算參數(shù)；d為鋼筋直徑；q為黏結(jié)強度；h為植筋深度；ψ、μ、t、w、T為植筋測算的修正系數(shù)。

當(dāng)混凝土強度不低于C30，添加植筋的修正系數(shù)的參數(shù)值為1.0，帶入式（4）的運算結(jié)果為1.265，植筋錨固區(qū)域的最小參數(shù)可取300 mm。

2）植筋技術(shù)。植筋表層涂抹強力植筋膠，植筋處理深度為300 mm。植筋膠凝固后72 h，進(jìn)行拉拔檢測綜合獲取植筋強度。拉拔作用需符合鋼筋屈服需求，保證鋼筋處于屈服狀態(tài)時位置偏移量小于0.3 mm。鋼筋表層使用電錘，使表層呈現(xiàn)“凹”形，凹槽內(nèi)壁各節(jié)點增設(shè)鉆孔，孔徑參數(shù)取18 mm，孔徑需大于鋼筋截面寬度至少4 mm，鉆孔深度取值350 mm。鉆孔完成需清除孔內(nèi)灰塵，運行空壓吸塵器，保證孔內(nèi)清潔性。棉紗表層添加幾滴丙酮，用于清潔孔內(nèi)四壁。運行除銹設(shè)備，高效打磨鋼筋斷頭位置，確保除銹質(zhì)量。使用兩組植筋膠，依據(jù)說明規(guī)范進(jìn)行混合使用，膠體調(diào)和后的有效時間為15 min。選用膠槍將混合膠添加在孔內(nèi)，保證鋼筋搗實的充分性，插入鋼筋，保證加固效果。如果插筋期間孔內(nèi)溢出部分膠體，需使用棉紗封閉孔口處，保持植筋四周的干燥性[3]。

3）拉拔檢測。植筋處理72 d 可使用拉力計開展無損檢測。采取持續(xù)施壓方法，每次加載平均數(shù)為45 kN，持續(xù)施壓1 min。檢測結(jié)果符合工程的加固需求。

4 結(jié)語

綜上所述，以實際工程為例，證實了地下室底板內(nèi)嵌塔吊基礎(chǔ)承臺施工技術(shù)實際應(yīng)用的可行性，大大縮短了工期，加強了對危險源的控制，并且可以有效控制塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)潛在的風(fēng)險問題，切實發(fā)揮塔吊承臺的優(yōu)勢，使其獲得廣泛應(yīng)用。根據(jù)工程實踐可知：支護(hù)型塔吊與植筋聯(lián)合的工藝方案的內(nèi)嵌塔吊基礎(chǔ)加固效果較好。