特殊工況下塔吊基礎的選型與施工

龔鋒鋒

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

隨著城市化建設的全面提速和老城區(qū)的改造升級，工程項目建設的形式日益多樣。城市地下室整體開發(fā)與各開發(fā)公司的先后進場，或老城區(qū)改造利用原有建筑地下室，會面臨上部結(jié)構(gòu)施工時地下室頂板已成形，從而對后期進場施工，特別是給塔吊等大型施工設施布置帶來了諸多困難與挑戰(zhàn)。在上述特殊施工工況下，常采用的方式有：結(jié)構(gòu)開洞，塔吊基礎布設在地下室結(jié)構(gòu)底板；選擇合適場地搭設塔吊基礎專用結(jié)構(gòu)；利用地下室結(jié)構(gòu)，塔吊基礎布設在地下室頂板等[1-6]。本文結(jié)合上海市徐匯區(qū)黃浦江南延伸段某商辦樓項目工程建設情況，重點研究利用地下室頂板梁柱結(jié)構(gòu)設置鋼筋混凝土塔吊基礎的適用情況、施工方法與具體措施。

1 工程概況

背景工程為上海市徐匯區(qū)黃浦江南延伸段某商辦樓項目地上部分（圖1），用地范圍南至龍文路，北至規(guī)劃七路南側(cè)，東至云謠路西側(cè)，西至規(guī)劃十一路東側(cè)，總用地面積12 540.5 m2，總建筑面積61 921 m2，核心筒對應地下建筑面積3 687 m2。

圖1 工程平面示意

工程地上共6棟建筑，分別為1棟21層辦公塔樓（高120 m）、2棟1層商業(yè)樓、3棟2層商業(yè)樓。工程地下建筑共3層，為塔樓核心筒及設備機房。地下1層層高7 m，為車庫、設備用房及商業(yè)；地下2層層高4.2 m，為車庫及設備用房；地下3層層高3.8 m，為車庫及設備用房。進場施工前，周邊道路規(guī)劃七路和規(guī)劃十一路暫未完工，地下室頂板已施工完成，僅預留首層插筋、鋼結(jié)構(gòu)勁性柱及圓管柱等。

如何在不破壞原有地下室結(jié)構(gòu)的情況下，在復雜環(huán)境下利用現(xiàn)有條件以相對方便、經(jīng)濟可行的方式設置塔吊。從而滿足地庫頂板上方高120 m建筑順利施工，塔吊基礎的選型及施工成為關(guān)鍵難題之一。在考慮利用地下室頂板梁柱結(jié)構(gòu)設置鋼筋混凝土塔吊基礎時，需重點分析塔吊基礎的具體形式、布設位置、傳力方式、承載能力等要求。

2 特殊工況下塔吊布置的影響因素分析

2.1 減少對地下室結(jié)構(gòu)影響

本項目進場時地下結(jié)構(gòu)已完成，上部結(jié)構(gòu)施工階段若因設置塔吊基礎，破壞原地下室主體結(jié)構(gòu)，勢必造成地下室成品破壞。若把塔吊基礎設在地下室，將產(chǎn)生以下不良后果：影響施工過程對地下室的使用；上部結(jié)構(gòu)施工時，塔吊基礎位置易發(fā)生雨水回灌，將對地下室已施工完成區(qū)域造成破壞；將增加塔吊標準節(jié)和附墻的使用；在拆除塔吊基礎梁時增加場內(nèi)機械運輸成本；后續(xù)還需對塔吊位置結(jié)構(gòu)板進行補缺，成本較高。故塔吊基礎宜考慮設置在地下室頂板上方。

2.2 避讓后續(xù)拉索幕墻施工

本工程主塔樓為21層辦公塔樓，其中主樓西立面1—3層、南立面10—13層部分、東立面18—21層中庭為高18 m的拉索幕墻挑空層，拉索幕墻區(qū)域的外框圓管柱（灌芯）通過鋼箱梁橫向連接。塔吊布置需考慮塔吊附墻連接，附墻應盡可能避讓拉索幕墻區(qū)域的圓管柱，避免因附墻拉力造成圓管柱垂直度偏差。

2.3 確保總體施工場布合理

上部結(jié)構(gòu)進場施工前，場地周邊道路僅南側(cè)龍文路（下方為管廊，不宜通行重型車）和東側(cè)云謠路可通車，北側(cè)規(guī)劃七路及西側(cè)規(guī)劃十一路暫未完成，不具備通車條件，重型材料運輸只能考慮從東側(cè)云謠路進出。塔吊的布置位置需考慮周邊道路交通組織。且本工程主塔樓為核心筒＋外框圓管柱（灌芯）結(jié)構(gòu)，鋼梁、柱等鋼結(jié)構(gòu)近6 000 t，塔吊布置需綜合考慮鋼構(gòu)件材料卸貨問題，鋼結(jié)構(gòu)臨時堆場需在塔吊覆蓋半徑范圍內(nèi)。

通過分析上述塔吊基礎布置影響因素，本項目塔吊基礎選型分析如下：

1）若選用裝配式鋼梁通過剪力墻種植筋、抱箍、螺栓等連接，對剪力墻的要求較高，種植筋密而深，對原結(jié)構(gòu)破壞多，鋼梁需通過廠家結(jié)合現(xiàn)場情況加工。前期道路不通，沒有起吊機械的情況下，對勞動力要求高。另外，鋼梁抗傾覆能力差，塔吊使用過程中鋼梁易因剪切破壞而發(fā)生傾倒。為便于施工，且確保塔吊更加安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，故本工程不考慮設置單獨搭設的裝配式塔吊基礎承臺。

2）常規(guī)在地下室施工時，結(jié)合地下室及上部結(jié)構(gòu)情況，在深基坑施工階段，基坑內(nèi)高承臺塔吊基礎多使用格構(gòu)柱加鋼筋混凝土基礎承臺形式，少量采用普通鋼結(jié)構(gòu)基礎承臺。而本工程在綜合考慮不破壞原有地下室結(jié)構(gòu)及成品，主塔樓東、西、南三面拉索幕墻區(qū)域圓管柱不宜塔吊附墻，周邊2條道路暫未通車，僅1條道路可供上部大量鋼構(gòu)件通行、吊裝等諸多復雜環(huán)境后，不考慮塔吊基礎設置在地下室底板。

綜上所述，結(jié)合本工程實際情況，利用地下室頂板梁柱結(jié)構(gòu)設置鋼筋混凝土塔吊基礎是較為合理的選擇。

3 塔吊基礎的設計與實施

3.1 布設位置的選定

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，計劃在地下室頂板上方布置2臺塔吊，一臺供A主樓核心筒施工使用，另一臺供裙房、主樓外框圓管柱、鋼梁、樓承板等施工使用。考慮到場地西側(cè)和北側(cè)道路暫未通行，南側(cè)裙房較多，主樓西側(cè)空地無法布設塔吊，且A塔樓北側(cè)外框圓管柱緊靠用地紅線等情況，結(jié)合東側(cè)18—21層和西側(cè)1—3層有2處高18 m的拉索幕墻挑空層，南側(cè)10—13層僅東南角區(qū)域有中庭，故考慮一臺塔吊位于主樓南側(cè)，另一臺位于主樓北側(cè)，2臺塔吊需滿足群塔施工要求。

結(jié)合上部結(jié)構(gòu)鋼梁、鋼柱等材料的質(zhì)量，擬選用1臺STT133型塔吊（北），設于主樓北側(cè)外框和核心筒之間，臂長取30 m。取2倍率起升速度，自由高度49.266 m，最終安裝高度135.126 m，端部最大起重量為3 t，附墻連接在核心筒混凝土結(jié)構(gòu)上，能滿足主樓核心筒結(jié)構(gòu)施工使用需求。

（3）問題處理：集裝箱上的鉛封被毀、控制中心發(fā)現(xiàn)無效鉛封拒絕開封、電子鉛封內(nèi)嵌芯片失靈等情況都屬于本系統(tǒng)的問題，需要提出處理問題辦法[2]。

選用1臺QTP250（ZTT7023-12T）型塔吊（南），設于主樓外南側(cè)F裙房區(qū)域內(nèi)，臂長取60 m。取2倍率起升速度，初裝最大高度51 m，最終安裝高度148.74 m，端部最大起重量為3.2 t，附墻連接在外框圓管柱上，主要滿足本工程上部結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)吊裝使用需求，且大臂始終位于北側(cè)塔吊上方。

3.2 基礎結(jié)構(gòu)的設計

以STT133型塔吊基礎為例，考慮基礎設置于地下室頂板上方，位于A主樓北側(cè)圓管柱與核心筒之間，塔身需避開上部結(jié)構(gòu)鋼梁、柱、樓梯等結(jié)構(gòu)。結(jié)合地下室頂板上方可利用的結(jié)構(gòu)柱及剪力墻，利用植筋上做的4根結(jié)構(gòu)柱，在首層板上形成塔吊基礎反梁。通過仔細查閱地下室頂板結(jié)構(gòu)圖紙，并經(jīng)原結(jié)構(gòu)設計復算整棟樓梁、柱結(jié)構(gòu)受力情況，考慮將STT133型塔吊基礎北側(cè)2個柱子（500 mm×500 mm），在地下室2根圓管柱之間的剪力墻部位豎向植筋，避開圓管柱（灌芯）；塔吊基礎南側(cè)2根柱子（800 mm×800 mm），利用地下室結(jié)構(gòu)柱部位豎向植筋（原結(jié)構(gòu)柱僅至±0 m）。后利用植筋上做的4根結(jié)構(gòu)柱，在首層板上形成塔吊基礎反梁（根據(jù)4根柱的位置關(guān)系，整個基礎梁呈梯形，見圖2）。

圖2 STT133塔吊基礎利用結(jié)構(gòu)柱及剪力墻結(jié)構(gòu)示意

為避免對地下室頂板的結(jié)構(gòu)板面質(zhì)量產(chǎn)生影響，特采用梁-柱傳力的基礎形式，把基礎反梁騰空50～100 cm。可隨時觀察基礎反梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量，有無結(jié)構(gòu)裂縫、梁柱變形、沉降情況等，也為后續(xù)采取結(jié)構(gòu)加固等補救措施提供操作空間。經(jīng)原結(jié)構(gòu)設計復核受剪承載力及抗傾覆、穩(wěn)定性，原主體結(jié)構(gòu)可承受該作用力，植筋深度為23倍縱筋直徑，即57.5 cm。

STT133型塔吊基礎南北柱間距有9.6 m，結(jié)構(gòu)梁均由設計用軟件計算，并經(jīng)原結(jié)構(gòu)設計復核，塔吊基礎反梁由7根基礎梁組成，基礎梁底標高距首層板底500 mm，塔吊基礎范圍首層板標高為－0.10 m，梁高為1 500 mm，塔吊基礎面標高為＋1.90 m。7根基礎梁根據(jù)計算，采用截面積為500 mm×1 500 mm、800 mm×1 500 mm及900 mm×1 500 mm的大梁，混凝土等級采用C45，塔吊基礎節(jié)地腳螺栓直接預埋于梁內(nèi)，塔吊底架選用過渡節(jié)，底節(jié)高為7.74 m，截面為1.67 m×1.67 m。

此4根柱相關(guān)范圍地下室頂板以上主體結(jié)構(gòu)緩建，待塔吊拆除后再行施工，地下室頂板以上控制樓面活荷載不大于2 kPa。

同理，ZTT7023-12T型塔吊基礎位于A主樓南側(cè)F裙樓區(qū)域內(nèi)，塔吊基礎采用現(xiàn)有的4根結(jié)構(gòu)柱，在首層板上增設7根塔吊基礎梁，基礎梁底標高距首層板底1 100 mm，塔吊基礎范圍首層板標高為－0.10 m，梁高為1 500 mm。根據(jù)計算，7根基礎梁采用截面積為600 mm×1 500 mm、700 mm×1 500 mm及900 mm×1 500 mm的大梁，塔吊基礎節(jié)地腳螺栓直接預埋在梁內(nèi)，底架選用固定式底節(jié)，底節(jié)高為7.76 m，截面為2 m×2 m。

綜上，本工程通過原結(jié)構(gòu)設計單位復算受剪承載力及抗傾覆、穩(wěn)定性，確認基礎梁的大小及種植筋長短。塔吊基礎通過地腳螺栓把力傳至基礎梁上，結(jié)構(gòu)反梁傳遞至豎向結(jié)構(gòu)柱及剪力墻上。塔吊基礎的受力通過轉(zhuǎn)換，有效改變其力學傳播路徑，直接將塔吊基礎的反力作用在原結(jié)構(gòu)柱上，從而以梁-柱傳力的基礎形式實現(xiàn)了塔吊基礎布設在地下室結(jié)構(gòu)頂板。

3.3 塔吊基礎實施與要點

本工程進場前地下室已經(jīng)完工，在上部結(jié)構(gòu)實施過程中，為了盡可能減少對原有地下室結(jié)構(gòu)的破壞及對地下成品的保護，通過分析復雜環(huán)境，在既有地下室頂板上方利用周邊結(jié)構(gòu)柱及剪力墻設置鋼筋混凝土基礎承臺，塔吊通過地腳螺栓與超大基礎反梁連接在一起，把力傳至基礎梁上，基礎結(jié)構(gòu)反梁傳遞至豎向結(jié)構(gòu)柱及剪力墻上。塔吊基礎的受力通過轉(zhuǎn)換，有效改變其力學傳播途徑，直接將塔吊基礎的反力作用在原結(jié)構(gòu)柱上，從而以梁-柱傳力的基礎形式實現(xiàn)了板頂設塔。該塔吊基礎專項施工方案經(jīng)專家論證后按評審方案要求組織施工。塔吊基礎施工完成經(jīng)養(yǎng)護后投入使用，塔吊使用過程中，塔吊基礎梁及承臺做好每月沉降觀測。

經(jīng)實踐，地庫頂板上方利用周邊結(jié)構(gòu)柱及剪力墻設置鋼筋混凝土基礎承臺安全、穩(wěn)定、可靠。STT133型塔吊基礎位置在主塔樓核心筒與外框之間，塔吊基礎范圍內(nèi)壓型鋼板待塔吊使用完成并拆除后，再鋪設壓型鋼板，采用比原混凝土等級高一級的微膨脹混凝土進行結(jié)構(gòu)補缺。該塔吊基礎結(jié)構(gòu)均為臨時結(jié)構(gòu)，將采用繩鋸切割吊運的方式進行拆除。

而ZTT7023-12T型塔吊基礎位于F棟裙房（僅1層）內(nèi)，該裙房結(jié)構(gòu)待塔吊拆除后施工。該塔吊除基礎4根結(jié)構(gòu)柱為永久結(jié)構(gòu)外，其他梁、板均為臨時結(jié)構(gòu)，將采用繩鋸切割吊運的方式進行拆除。

3.3.2 塔吊基礎施工要點

1）植筋施工要點。植筋采用直徑25 mm的鋼筋注膠植筋，7 d后結(jié)構(gòu)膠完全固化，進行拉拔試驗（無損傷檢驗），試驗值達到設計要求（每根鋼筋強度設計值的80%）后卸荷。注膠48 h后方可進行下道工序施工，48 h內(nèi)不得對鋼筋有任何擾動。植筋錨固的關(guān)鍵是清孔，結(jié)構(gòu)膠必須有檢驗報告。

2）基礎承臺排架施工。2個塔吊基礎梁均屬超限梁，按照梁底立桿根數(shù)按每根立桿支撐梁混凝土體積0.25 m3以內(nèi)布置，故基礎梁現(xiàn)澆混凝土施工：鋼管φ48 mm×3.0 mm，立桿間距700 mm×700 mm，步距900 mm，900 mm×1 500 mm的超限梁跨度方向立桿間距350 mm，梁底增加3根支撐，梁、板底支撐用雙扣件。

3）塔吊基礎沉降觀測。基礎塔吊混凝土拆模后應在四角設置沉降觀測點，并完成初始高程測設，在上部結(jié)構(gòu)安裝前再測1次，以后在上部結(jié)構(gòu)安裝后每半月測設1次，發(fā)現(xiàn)沉降過大、過快、不均勻沉降等異常情況應立即停止使用，并等待相關(guān)部門分析處理后，方可決定可斷續(xù)使用或不能使用。

4）塔吊基礎周邊臨邊圍護措施。塔吊安裝完畢后，基礎承臺四周搭設高1 200 mm的圍護欄桿，并布置警示牌，夜間加設紅燈標志。搭設完畢并經(jīng)施工員、安全員檢查通過后方可正式啟用（圖3）。

圖3 塔吊基礎周邊臨邊圍護示意

4 結(jié)語

本工程在實施過程中，針對地下室頂板已完成的情況，系統(tǒng)分析地下結(jié)構(gòu)及周邊復雜環(huán)境等諸多因素，因地制宜，通過利用地庫頂板上方既有柱、剪力墻等對塔吊基礎的受力進行轉(zhuǎn)換，有效改變其力學傳播途徑，直接將塔吊基礎的反力作用在原結(jié)構(gòu)柱上，從而實現(xiàn)通過結(jié)構(gòu)梁-柱傳力的方式在首層板上布置鋼筋混凝土塔吊異形基礎的目標。

與傳統(tǒng)的組合式塔吊基礎（鉆孔灌注樁＋鋼格構(gòu)柱＋鋼筋混凝土承臺）及普通鋼結(jié)構(gòu)基礎承臺相比，本項目的塔吊基礎對原有梁柱的破壞更小，抗塔吊傾覆力更強。與其他塔吊基礎布置方案相比，該方案更具有可操作性與經(jīng)濟性。不僅盡可能減小了對地下室結(jié)構(gòu)的影響，同時節(jié)省了約50 t鋼材及56 m3混凝土，減少了機械設備及勞動力的投入，從而達到了綠色施工的目的，取得了良好的社會效益及經(jīng)濟效益，為后續(xù)同類工程施工提供了一定的借鑒經(jīng)驗。