組合式塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工

梅榮

摘要：組合式塔吊基礎(chǔ)是一種高承臺(tái)、懸空塔吊基礎(chǔ)，此類型塔吊基礎(chǔ)不同于傳統(tǒng)塔吊基礎(chǔ)埋置于土體或混凝土底板中，此類型塔吊基礎(chǔ)通過(guò)錨固于灌注樁內(nèi)的鋼格構(gòu)柱及其上支撐的混凝土承臺(tái)，塔吊承臺(tái)懸空于空中。塔吊自重及上部荷載通過(guò)承臺(tái)傳遞給下部的鋼格構(gòu)柱和混凝土灌注樁，灌注樁抵抗抗壓和抗拔荷載。本文根據(jù)某工程實(shí)例，探討了組合式塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：組合式塔吊；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；施工

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

引言

為了節(jié)約土地資源，充分利用地下空間，建筑地下室的平面尺寸越來(lái)越大，基坑越來(lái)越深，為滿足施工要求，常常把塔吊設(shè)在基坑內(nèi)，并且在大面積挖土前完成塔吊安裝工作。采用把塔吊基礎(chǔ)設(shè)在底板下的常規(guī)做法時(shí)，由于開(kāi)挖深度較深，水平放坡距離較大，如再遇到地下水位偏高的情況，施工難度較大，塔吊安裝難度更大。組合式塔吊基礎(chǔ)就是能較好地解決上述問(wèn)題的一種基礎(chǔ)形式。

一、工程概況

某工程地下二層，地上五層，建筑高度27.6m，建筑面積約7.5萬(wàn)m2，地下室單層面積約1.6萬(wàn)m2，基坑開(kāi)挖深度10.0m，為流塑狀淤泥質(zhì)土。本工程工期極緊，從基坑土方開(kāi)挖到主體結(jié)構(gòu)封頂，合同工期要求僅6個(gè)月，若不提前投入塔吊使用，施工效率無(wú)法提高，工期難以保證。

二、常見(jiàn)的塔吊基礎(chǔ)地基設(shè)計(jì)方案

工程實(shí)踐中根據(jù)施工平面布置及施工場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，常見(jiàn)的塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案有:

（一）、直接利用天然地基這種情況適用于施工場(chǎng)地土質(zhì)條件較好的場(chǎng)地，且在塔吊基礎(chǔ)埋置深度范圍內(nèi)存在最薄處≥1.5m且該土層地基承載力特征值≥210kPa的穩(wěn)定原土層。

（二）、利用砂石墊層進(jìn)行土層置換，間接利用天然地基這種情況適用于施工場(chǎng)地土質(zhì)條件較差，但在塔吊基礎(chǔ)埋置深度適用范圍內(nèi)存在最薄處≥1.5m且該土層地基承載力特征值≥90kPa的穩(wěn)定原土層，直接利用天然地基不能夠滿足塔吊基礎(chǔ)對(duì)地耐力的要求，需利用砂石墊層將該土層以上部分劣質(zhì)土加以置換，應(yīng)注意砂石墊層經(jīng)夯實(shí)后承載力應(yīng)≥210kPa，砂石墊層置換的厚度及面積須經(jīng)計(jì)算確定。

三、組合式塔吊基礎(chǔ)的組成

組合式塔吊基礎(chǔ)由以下幾部分組成:基樁、構(gòu)造承臺(tái)、鋼格構(gòu)柱、水平連桿及斜撐、鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)或鋼筋混凝土承臺(tái)、塔身。見(jiàn)圖1。

圖1組合式塔吊基礎(chǔ)組成示意圖

四、塔吊基礎(chǔ)樁基設(shè)計(jì)及承載力驗(yàn)算

（一）、基樁承載力計(jì)算

組合式塔吊基礎(chǔ)的基樁承受拉、壓荷載作用，計(jì)算時(shí)需計(jì)算抗壓及抗拔承載力，還要驗(yàn)算樁身主筋的抗拉能力。基樁承載力必須滿足的條件:

1.2R≥Qkmax且Nk≥Qkmin(偏心荷載作用)

R≥Qkmax(軸心荷載作用)

基樁豎向抗壓承載力特征值R可按下式計(jì)算:

R=Ra=Quk

Quk=uΣψsiqsikli+ψpqpkAp

基樁豎向抗拉承載力特征值Nk可按下式計(jì)算:

Nk=Tuk+GP

Tuk=Σλiuiψsikqsikli

樁身結(jié)構(gòu)抗壓、抗拉承載力必須滿足以下條件:

抗壓承載力=ψcfcAp≥1.35×Qkmax

抗拉承載力=fyAs≥1.35×Qkmin

式中:ψc—成樁工藝系數(shù);

fc—混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;

Ap—樁身混凝土截面積;

fy—樁主筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;

As—樁主筋截面積;

GP—樁自重，在地下水位以下取浮容重。

（二）、塔式起重機(jī)穩(wěn)定性驗(yàn)算

1)驗(yàn)算假定①起重臂處于最大幅度位置(對(duì)于小車變幅起重臂小車位于最大幅度)，起重臂指向下坡方向，并負(fù)有額定荷載;②正常風(fēng)狀態(tài)下，忽略風(fēng)的影響;③起重機(jī)吊物上下速度所引起的動(dòng)勢(shì)能忽略不計(jì)。2)在上述假定成立條件下，塔式起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性)驗(yàn)算:

0.95Mk-KLML-MD≥0

式中:

Mk---由塔式起重機(jī)自重、壓重及基礎(chǔ)自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩;

ML---塔式起重機(jī)負(fù)載對(duì)傾覆邊的力矩;

KL---載荷系數(shù)，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB3811-83，取為1.4;

MD---由坡度因素而產(chǎn)生的傾覆力矩，在保證

塔吊基礎(chǔ)施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上通常忽略不計(jì)，取為零。

（三）、工藝原理

本工法適用于超大面積地下室深基坑項(xiàng)目，鋼格構(gòu)柱下端預(yù)埋于基礎(chǔ)灌注樁內(nèi)，格構(gòu)柱上端預(yù)埋于塔吊混凝土承臺(tái)內(nèi)，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)通過(guò)預(yù)埋于基礎(chǔ)承臺(tái)內(nèi)的地腳錨栓或支腿進(jìn)行安裝。塔吊自重及上部荷載通過(guò)承臺(tái)傳遞給下部的鋼格構(gòu)柱和混凝土灌注樁，灌注樁抵抗抗壓和抗拔荷載。

五、施工工藝流程及操作要點(diǎn)

（一）、塔吊混凝土承臺(tái)的設(shè)計(jì)

塔吊混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)計(jì)算應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010和現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94以及對(duì)應(yīng)塔吊說(shuō)明書中的相關(guān)規(guī)定?？梢曚摳駱?gòu)柱為基樁，按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行受彎、受剪承載力計(jì)算（圖2）。

圖2組合式塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖示

（二）、鋼格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)

①塔吊混凝土承臺(tái)采用四個(gè)等截面鋼格構(gòu)柱作為支撐，鋼格構(gòu)柱的布置應(yīng)與下端灌注樁軸線重合，鋼格構(gòu)柱宜為對(duì)稱構(gòu)件，每個(gè)鋼格構(gòu)柱采用四支等邊角鋼，通過(guò)綴板拼接。

②格構(gòu)柱截面尺寸、角鋼界面、綴板尺寸及間距應(yīng)根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其剛度和整體穩(wěn)定性、分肢穩(wěn)定性、綴板剛度、焊角尺寸進(jìn)行驗(yàn)算。

（三）、塔吊基礎(chǔ)施工

1、基礎(chǔ)灌注樁沖孔施工

對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地清理、平整，沖（鉆）機(jī)位置墊層平整保證孔位準(zhǔn)確。適當(dāng)位置設(shè)置泥漿池，采用機(jī)械開(kāi)挖。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員根據(jù)圖紙精確放樣孔位，復(fù)查無(wú)誤后可安放沖（鉆）機(jī)開(kāi)始作業(yè)。沖孔完成后要對(duì)成孔深度、沉渣厚度、泥漿成分進(jìn)行分析，確保達(dá)到設(shè)計(jì)的持力層。

2、鋼柱安裝要求

格構(gòu)式鋼柱與鋼筋籠焊接完成后，應(yīng)使用汽車吊或其他起重設(shè)備將其插入樁孔內(nèi)。為準(zhǔn)確定位4根格構(gòu)式鋼柱，應(yīng)做到以下幾點(diǎn):(1)樁機(jī)就位準(zhǔn)確，鉆進(jìn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制垂直度;(2)沿鋼柱軸線方向每隔1．5～2．0m焊一道與樁鋼筋籠直徑相同的定位箍筋，在定位箍筋上綁混凝土穿心塊，用來(lái)控制鋼柱在樁孔中的位置;(3)鋼柱頂應(yīng)高出自然地面(如低于地面，應(yīng)在格構(gòu)柱頂焊定位角鋼，等土方開(kāi)挖后將定位角鋼割除)，在樁孔四周搭設(shè)固定支架將鋼筋籠及鋼柱懸掛在樁孔內(nèi)，不得直接擱置在樁孔底的巖土上;(4)在澆注混凝土前應(yīng)校正好鋼柱的平面位置、四個(gè)面與建筑軸線的夾角、4根鋼柱的相對(duì)位置，在混凝土初凝前還應(yīng)再校正一次。

3、灌注水下混凝土施工

采用C35混凝土直升導(dǎo)管法灌注水下混凝土。澆注混凝土前，進(jìn)行第二次清孔。灌注水下混凝土所用導(dǎo)管使用前要試拼、試壓，不得漏水，并編號(hào)及自上而下標(biāo)示尺度。導(dǎo)管軸線偏差不超過(guò)孔深的0.5%，亦≯10cm。組裝時(shí)，連接螺栓的螺帽在上。

混凝土的儲(chǔ)存量要滿足首批混凝土入孔后，導(dǎo)管埋入混凝土的深度不小于2m。水下混凝土要連續(xù)灌注，不得中途停頓。混凝土澆注過(guò)程中，隨灌注提升導(dǎo)管，注意提管速度不得過(guò)快或過(guò)慢，過(guò)快容易引起漏水，過(guò)慢容易將導(dǎo)管埋入混凝土中過(guò)多，使導(dǎo)管提升困難，易造成斷樁；設(shè)專人經(jīng)常測(cè)量導(dǎo)管埋入混凝土中深度，并做好記錄。

4、鋼平臺(tái)施工要求

鋼平臺(tái)與格構(gòu)式鋼柱的焊接工藝流程:用水平連桿及斜撐將4根格構(gòu)柱的上部連成整體→4根格構(gòu)柱找平，將高出的部分截去→將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的格構(gòu)柱位置畫在平臺(tái)鋼板上→將肋板臨時(shí)點(diǎn)焊到平臺(tái)鋼板上→復(fù)核肋板位置→將肋板焊到鋼平臺(tái)上(平焊)→將焊有肋板的鋼平臺(tái)反面倒扣在格構(gòu)柱上→將鋼平臺(tái)水平偏差調(diào)整在1/1000以內(nèi)，點(diǎn)焊固定→將肋板與格構(gòu)柱的柱肢焊在一起(立焊)。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，采用組合式塔吊基礎(chǔ)能較好地解決大面積深基坑工程在地下室施工期間正常使用塔吊的問(wèn)題，減少材料的二次搬運(yùn)工作，提高塔吊的使用效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低施工成本，加快施工進(jìn)度，綜合效益非常顯著。

參考文獻(xiàn)

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