塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)研究

劉建東 劉中鋒 楊志木

中交路橋建設(shè)有限公司

1 引言

塔吊又名塔式起重機(jī)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，起重作業(yè)時(shí)工作空間大，能夠給司機(jī)提供開闊的視野，同時(shí)操作方式相對(duì)便捷，是目前建筑工程不可或缺的起重設(shè)備之一。基礎(chǔ)決定上層建筑，要確保塔吊使用期間的良好性能，必須保證塔吊基礎(chǔ)的牢固，從而滿足其受力需求。然而塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)往往是容易被施工單位忽視的，從而帶來安全隱患，最終導(dǎo)致工程事故。因而，對(duì)塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)的研究，對(duì)施工安全保證有著十分重大的意義。

2 塔吊基礎(chǔ)的分類

常用的塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式有樁基礎(chǔ)、承臺(tái)基礎(chǔ)、十字交叉梁基礎(chǔ)及組合式基礎(chǔ)，承臺(tái)基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土組成的基礎(chǔ)，十字交叉梁基礎(chǔ)則是由兩道長(zhǎng)度和截面相同交叉組成的混凝土基礎(chǔ)，現(xiàn)部分塔吊廠家已配置十字交叉鋼梁基礎(chǔ)，施工時(shí)只需對(duì)四個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行錨固即可。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承臺(tái)基礎(chǔ)及十字交叉梁基礎(chǔ)較適合在土體相對(duì)比較穩(wěn)定，同時(shí)地基承載力又比較好的位置進(jìn)行使用。

樁基礎(chǔ)可作為單獨(dú)基礎(chǔ)，也可與上述承臺(tái)基礎(chǔ)或十字交叉梁基礎(chǔ)組合，適用于軟弱土層，依靠不同土層的樁側(cè)摩阻力、樁端阻力及土壓力的組合來抵抗塔吊作用在基礎(chǔ)的力，從而使結(jié)構(gòu)整體達(dá)到受力平衡。樁基礎(chǔ)包括預(yù)制混凝土樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、鉆孔灌注樁及鋼管樁等，在進(jìn)行樁基類型選擇時(shí)，需要分析不同項(xiàng)目的地質(zhì)、周邊環(huán)境情況、施工難易程度以及施工成本等不同因素，保證即能夠追求良好性能同時(shí)，又可以為項(xiàng)目節(jié)約成本。組合式基礎(chǔ)則是樁基、承臺(tái)及鋼結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合型結(jié)構(gòu)，其多變性可適應(yīng)不同項(xiàng)目的不同需求。

3 塔吊基礎(chǔ)的選擇及計(jì)算

菲律賓埃斯特?zé)崂?潘塔里恩大橋項(xiàng)目主橋上部為懸澆箱梁，采用掛籃懸澆施工，塔吊的使用便于掛籃的拼裝拆卸以及鋼筋模板的吊運(yùn)。塔吊選址在河岸邊，表層土體不穩(wěn)固，不適用天然基礎(chǔ)，而群樁承臺(tái)基礎(chǔ)造價(jià)相對(duì)較高，同時(shí)相比于鉆孔灌注樁及預(yù)應(yīng)力管樁，鋼管樁的成本相對(duì)較低，且施工過程簡(jiǎn)單，可直接通過焊接進(jìn)行連接。項(xiàng)目采用QTZ80塔式起重機(jī)進(jìn)行施工作業(yè)，使用十字交叉鋼梁+鋼管樁作為基礎(chǔ)，施工簡(jiǎn)便，同時(shí)也能夠較良好地滿足施工需求。基礎(chǔ)采用四根外徑630mm，壁厚為8mm 鋼管樁作為樁基礎(chǔ)，在靠近樁頂位置的相鄰鋼管樁之間焊接雙拼[20a槽鋼作為平聯(lián)，加強(qiáng)基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性。同時(shí)，每根鋼管樁樁頂設(shè)置一個(gè)加強(qiáng)墊塊，墊塊由若干2cm鋼板焊接而成，頂部鋼板開孔，通過M30 高強(qiáng)螺栓與十字交叉鋼梁進(jìn)行連接。十字交叉鋼梁與塔吊基礎(chǔ)節(jié)通過銷軸連接，保證塔吊底部穩(wěn)固性。

塔吊基礎(chǔ)荷載可從廠家提供的《塔吊使用說明書》中獲得，其中包括作用在基礎(chǔ)的水平力、垂直力、彎矩及扭矩，此荷載為上部作用于基礎(chǔ)的作用力，計(jì)算時(shí)還需加入基礎(chǔ)自身的重力及考慮其他周邊環(huán)境對(duì)基礎(chǔ)的影響?；A(chǔ)的計(jì)算可以直接通過Midas進(jìn)行建模，并施加上述荷載，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性多方面復(fù)核，加以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，也便于及時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。同時(shí)，鋼管樁的軸向抗壓承載力計(jì)算可以參考JTS 167—2018《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，而鋼管樁的穩(wěn)定性可以參考GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[2]。

4 施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

4.1 導(dǎo)向架安裝

在進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)施工前，由測(cè)量放樣出基礎(chǔ)的邊線，先將基礎(chǔ)范圍內(nèi)原地面的雜物清理干凈，表層土體如有較大碎石也需清理，以免造成較大的樁位偏差。就原場(chǎng)地組裝導(dǎo)向架，導(dǎo)向架由I20a工字鋼焊接而成，為上下兩層框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)邊尺寸略大于鋼管樁的外徑，上下框應(yīng)確保垂直，保證鋼管樁插打的垂直度。導(dǎo)向架放置前，測(cè)量先放樣出將鋼管樁中心的點(diǎn)位，導(dǎo)向架中心對(duì)齊鋼管樁中心點(diǎn)位安裝，并將其臨時(shí)固定在周邊結(jié)構(gòu)上，防止插打過程中發(fā)生偏移。安裝完成后，檢查導(dǎo)向架與樁中心的偏位及導(dǎo)向架的垂直度，并根據(jù)誤差及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)行鋼管樁的插打過程中，如若振樁錘振幅較大，會(huì)對(duì)導(dǎo)向架產(chǎn)生較大影響，因而導(dǎo)向架的固定必須確保牢固，同時(shí)在施工過程中也需要實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)松動(dòng)及時(shí)停止插打并矯正，避免因?qū)蚣茉驅(qū)е螺^大的樁位偏差。

4.2 鋼管樁插打及平聯(lián)焊接

采用4 根外徑630mm 壁厚8mm 的鋼管樁作為塔吊基礎(chǔ)，考慮現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況、場(chǎng)地使用情況以及費(fèi)用等多個(gè)因素，使用DZJ-90型振樁錘+徐工55t履帶吊組成打樁機(jī)進(jìn)行鋼管樁的插打。鋼管樁插打前，必須對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其外觀尺寸及各方面指標(biāo)滿足施工要求。鋼管樁插打時(shí)，首先用振樁錘夾住鋼管樁上端，不得在夾持器與樁頭部之間留有空隙，同時(shí)在單根鋼管頂對(duì)撐割開兩個(gè)小孔，通過卸扣和鋼絲繩將鋼管樁和振樁錘連接，形成安全保障措施，防止因振樁錘未夾緊鋼管樁而導(dǎo)致高空墜落，造成施工事故。檢查振樁錘與鋼管樁的連接無誤后，將鋼管樁吊裝至設(shè)計(jì)位置，調(diào)整樁的平面位置及樁身的垂直度，偏差滿足要求后即可開始鋼管樁的插打。鋼管樁插打過程中，由專人進(jìn)行指揮，確保各個(gè)工作面完好的配合。同時(shí)，插打樁的過程中必須及時(shí)進(jìn)行垂直度及偏位的跟蹤，偏差過大及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，過程中一點(diǎn)一滴控制，避免返工。

由于單根鋼管樁的長(zhǎng)度無法滿足設(shè)計(jì)的入土深度及承載力的要求，因而，單根鋼管樁下沉完成后須進(jìn)行接樁處理。接樁時(shí)，在底節(jié)鋼管樁上端口臨時(shí)焊接兩塊鋼板作為限位板，將上節(jié)鋼管樁吊裝并與底節(jié)鋼管樁對(duì)接，調(diào)整兩鋼管口完美對(duì)其之后，在兩鋼管之間接縫處進(jìn)行滿焊連接，焊接質(zhì)量嚴(yán)格按照規(guī)范要求。接口焊接完成后，在接縫四周空間對(duì)稱布置8 塊長(zhǎng)寬厚為20×20×1cm的鋼板，同樣通過滿焊連接，確保連接質(zhì)量滿足使用性能需求。

當(dāng)鋼管樁的入土深度接近設(shè)計(jì)深度，而樁貫入量＜5cm/min時(shí)，繼續(xù)持荷5min并進(jìn)行觀察，此時(shí)仍然沒有明顯下沉即可認(rèn)為此根樁滿足要求。最終沉樁偏差控制如下：樁平面位置偏差控制在5cm 以內(nèi)，樁身垂直度≤1%。由于土層可能與設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，因而在施工時(shí)施工過程可能出現(xiàn)鋼管樁無法達(dá)到設(shè)計(jì)深度或者達(dá)到設(shè)計(jì)深度后仍然可以輕松插打的狀況。當(dāng)出現(xiàn)第一種情況時(shí)，如無法證明鋼管樁的承載力滿足設(shè)計(jì)要求，則可以考慮在樁兩側(cè)各對(duì)撐增設(shè)一根鋼管樁，距離與原樁位保持在1m 以上，以保障土體的側(cè)摩阻力，使得結(jié)構(gòu)整體受力滿足施工過程要求。當(dāng)出現(xiàn)第二種情況時(shí)，樁承載力此時(shí)無法滿足要求，因而必須接長(zhǎng)繼續(xù)插打，直至滿足樁貫入量要求。

四根鋼管樁插打完畢后，為保證樁間的緊密連接，確保結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，需采用雙拼[20a槽鋼作為平聯(lián)，焊接在兩根相鄰鋼管樁之間，連接處的焊接應(yīng)當(dāng)保證滿焊。平聯(lián)的中心必須對(duì)應(yīng)兩鋼管樁的中心，同時(shí)，由于下料尺寸不當(dāng)?shù)仍蚩赡軙?huì)導(dǎo)致平聯(lián)與鋼管樁無法完美的貼合，故必須在無法貼合的面增設(shè)連接板并焊接，確保平聯(lián)能夠以良好的發(fā)揮其作用。

4.3 加強(qiáng)墊塊安裝

加強(qiáng)墊塊是設(shè)置在鋼管樁與十字交叉鋼梁之間的連接件，也是塔吊基礎(chǔ)的關(guān)鍵組成部位，不容出錯(cuò)。由于加強(qiáng)墊塊對(duì)塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)具有十分重大的意義，故其組成件均采用20mm厚鋼板。加強(qiáng)墊塊與上部十字交叉鋼梁通過高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，故其水平板布置兩層，層間預(yù)留高強(qiáng)螺栓施工空間，層間距控制在30cm左右。墊塊下層鋼板焊接在鋼管樁樁頂，除了接縫處需要滿焊外，四周還需對(duì)稱布置12塊加勁板對(duì)其進(jìn)行加固。墊塊上層鋼板根據(jù)上部十字交叉鋼梁的螺栓孔位提前預(yù)留孔洞，兩層水平板之間通過若干豎向連接板和加勁板進(jìn)行連接，保證墊塊的穩(wěn)定性，豎向連接板及加勁板的位置最好距螺栓孔5cm左右，保障施工作業(yè)空間。整個(gè)加強(qiáng)墊塊的各構(gòu)件之間均通過滿焊進(jìn)行連接，嚴(yán)格把控焊接質(zhì)量，確保施工安全。

4.4 十字交叉鋼梁安裝

十字交叉鋼梁可在廠家定做，條件滿足也可工地自行加工制作，此構(gòu)件建議從廠家直接購(gòu)買，可以保證結(jié)構(gòu)的精度要求以及使用的安全性。其結(jié)構(gòu)形式為十字鋼結(jié)構(gòu)，主梁可采用鋼板焊接或者直接采用大規(guī)格型鋼進(jìn)行制作，四個(gè)十字邊之間通過型鋼平聯(lián)形成一個(gè)整體，使結(jié)構(gòu)整體性更加良好。十字交叉鋼梁安裝前，將其吊裝至安裝位置，人工調(diào)節(jié)其位置使其螺栓孔與下方加強(qiáng)墊塊預(yù)留孔對(duì)齊，連接高強(qiáng)螺栓，此時(shí)結(jié)構(gòu)即成為一個(gè)整體。十字交叉鋼梁安裝完成即所有塔吊基礎(chǔ)施工完成，后續(xù)在基礎(chǔ)上完成塔吊各組成構(gòu)件的拼裝。

4.5 施工注意事項(xiàng)

4.5.1 垂直度及偏位的控制

要讓鋼管樁的垂直度及偏位達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，必須在施工全過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且每個(gè)控制過程精益求精，避免最終偏差累積過大。首先，在導(dǎo)向架安裝時(shí)，必須精確放樣出鋼管樁的坐標(biāo)，導(dǎo)向架的中心嚴(yán)格與樁位中心對(duì)齊。其次，鋼管樁插打前需嚴(yán)格與放樣點(diǎn)位對(duì)中，控制好垂直度后再進(jìn)行施打。插打過程中，由專人對(duì)其垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可通過調(diào)整眼睛觀察角度，將鋼管樁與周邊垂直建筑物進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)角度后及時(shí)停止并進(jìn)行糾偏，采用水平尺確保垂直后方可繼續(xù)進(jìn)行施工，直至鋼管樁插打完成。

4.5.2 振樁錘使用注意事項(xiàng)

振樁錘與起重機(jī)之間連接必須有防脫落的保護(hù)裝置，鋼管樁與振樁錘之間也應(yīng)而外增加連接鋼絲繩作為安全繩使用。在使用過程中必須保持振樁錘垂直，以保證鋼管樁垂直度，這個(gè)過程需要吊車司機(jī)適當(dāng)控制提吊的力度，力度過大會(huì)影響樁下沉，力度小則會(huì)導(dǎo)致振樁錘傾斜，對(duì)吊車司機(jī)水平要求較高。同時(shí)，施工過程中由專人管理振樁錘的線纜，避免纏繞并損壞。鋼管樁下沉遇到硬物時(shí)，先分析原因，切忌可蠻干硬干，造成鋼管樁損傷。

4.5.3 加強(qiáng)墊塊安裝注意事項(xiàng)

加強(qiáng)墊塊作為重要的連接件，必須保證每個(gè)焊接及拴接點(diǎn)均連接完成。安裝時(shí)，先將墊塊放置于鋼管樁頂且調(diào)整好角度和位置，暫時(shí)不做任何連接，待十字交叉鋼梁吊裝在其上方并通過銷軸連接好之后，再將其焊接在鋼管樁之上，并施焊加勁板補(bǔ)強(qiáng)。按此順序進(jìn)行施工可避免因?yàn)閴|塊位置不精確而致使鋼梁銷軸無法連接的情況產(chǎn)生，加快施工進(jìn)度。

4.5.4 其他注意事項(xiàng)

由于該基礎(chǔ)均是由鋼結(jié)構(gòu)組成，作為塔吊根基，其完好連接性將影響的整個(gè)塔吊的使用。在整個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，除了加強(qiáng)墊塊與十字交叉鋼梁之間的連接采用銷接外，其他結(jié)構(gòu)均采用焊接，為保證焊接質(zhì)量，所以構(gòu)件的尺寸均應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格進(jìn)行下料，避免因尺寸不吻合而造成部分連接空隙過大。焊接時(shí)，所有焊縫均應(yīng)飽滿平順，滿足施工規(guī)范要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

塔吊基礎(chǔ)是塔吊不可缺少的組成結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的好壞將直接影響到后期塔吊施工作業(yè)的安全性，在建筑施工中有著重要的意義。塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于塔吊基礎(chǔ)的選型、施工工藝和設(shè)備的選擇以及施工過程質(zhì)量的控制。通過對(duì)上述關(guān)鍵點(diǎn)的合理把控，能夠節(jié)省項(xiàng)目成本并加快施工進(jìn)度，為項(xiàng)目帶來很大的收益。本文通過對(duì)菲律賓埃斯特?zé)崂?潘塔里恩大橋項(xiàng)目塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)的研究，可以供類似工程項(xiàng)目塔吊施工借鑒，并提供一個(gè)清晰的施工思路，確保塔吊基礎(chǔ)施工的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及可操作性。