鋼格構(gòu)式塔吊基礎(chǔ)在軟土地區(qū)深基坑中的應(yīng)用

李卓文， 朱明華， 程玉琦， 劉明軍

（中建一局集團(tuán)建設(shè)發(fā)展有限公司，北京 100102）

隨著工程建設(shè)行業(yè)的快速發(fā)展，大型建筑工程的地下室規(guī)模越來越大，塔吊位于地下室的情況極為普遍。鋼格構(gòu)式塔吊基礎(chǔ)作為一種新型塔吊基礎(chǔ)形式，既可以保證塔吊在基坑土方開挖前就可以投入使用，又能減少塔吊基礎(chǔ)施工時(shí)的挖深，對提高施工效率、縮短施工周期、節(jié)約施工成本具有重要意義[1]。雖然鋼格構(gòu)式塔吊基礎(chǔ)應(yīng)用越來越普遍；但質(zhì)量保證及與主體結(jié)構(gòu)交界處的節(jié)點(diǎn)處理質(zhì)量是施工控制難點(diǎn)，本文以軟土地區(qū)超大深基坑工程實(shí)踐為例，詳細(xì)介紹了鋼格構(gòu)式塔吊基礎(chǔ)施工過程中的具體保證措施以及與主體結(jié)構(gòu)交界處的節(jié)點(diǎn)處理做法，確保塔吊使用安全及結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

1 工程概況

某工程場地為故河道分布區(qū)，土層主要為粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂，靜止水埋深1.8～3.18 m，整體地下3層，地上是2棟14層、2棟32層、1棟41層高層住宅，基坑面積約1.57 萬m2，開挖深度為17.093 m（局部深坑位置加深3.45 m）[2]。支護(hù)結(jié)構(gòu)為密排灌注樁（西側(cè)地下連續(xù)墻）+2道混凝土內(nèi)支撐，支撐梁最大截面3 000 mm×700 mm，現(xiàn)場共布設(shè)3臺QTZ125塔吊。

2 塔吊基礎(chǔ)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，開挖1.8 m 左右即可見地下水，埋深約20.00～50.00 m 分布著2 個(gè)微承壓含水層且內(nèi)支撐體量大，為保證基坑安全及工期，需要在內(nèi)支撐施工前完成塔吊安裝，考慮鋼結(jié)構(gòu)施工效率快、構(gòu)件可回收，塔吊基礎(chǔ)采用“鋼平臺+鋼格構(gòu)柱+灌注樁”組合。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1.1 鋼平臺

格構(gòu)柱頂焊接由30 mm 厚Q345B 鋼板組成的鋼梁，十字形交叉布置。鋼梁規(guī)格為4 115 mm×600 mm×600 mm，鋼平臺受力點(diǎn)間距為2 040 mm×2 400 mm。見圖1。

圖1 鋼平臺設(shè)計(jì)

2.1.2 鋼格構(gòu)柱

每根塔吊采用4根鋼格構(gòu)柱。鋼格構(gòu)柱頂大沽標(biāo)高為3.857 m，總長度26.257 m，采用Q235B鋼板，規(guī)格350 mm×200 mm×12 mm；每道鋼板間距700 mm，角鋼采用Q235B 鋼，規(guī)格160 mm×16 mm。格構(gòu)柱規(guī)格為460 mm×460 mm，錨入灌注樁長度為3 000 mm，柱間支撐由28#槽鋼、140 mm×12 mm 角鋼、50 mm×4 mm 角鋼焊接而成[3]。見圖2。

圖2 鋼格構(gòu)柱桿件

2.1.3 灌注樁

塔吊立柱樁為4 根混凝土灌注樁，樁頂標(biāo)高-19.40 m，有效樁長35 m，主筋為18 根直徑25 mm的HRB400 鋼筋，螺旋箍采用直徑8 mm 的HRB300 鋼筋間距200 mm 設(shè)置，樁頂4 m 范圍內(nèi)進(jìn)行箍筋加密，格構(gòu)柱伸入樁部位樁箍筋加密1倍[4]，樁徑800 mm，混凝土強(qiáng)度等級C30，水下施工提高一級，超灌1.5 m。

2.2 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

采用計(jì)算軟件對鋼平臺、鋼格構(gòu)柱、灌注樁進(jìn)行驗(yàn)算。鋼平臺驗(yàn)算包括鋼構(gòu)件連接焊縫、加強(qiáng)桿、鋼板與塔吊基座連接焊縫等；鋼格構(gòu)柱驗(yàn)算包括軸心受壓、均勻彎曲受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定性系數(shù)、鋼格構(gòu)柱材料強(qiáng)度、綴板規(guī)格及間距等；灌注樁驗(yàn)算包括樁基豎向承載力、水平承載力、抗拔承載力及軟弱下臥層等[5]。

3 施工技術(shù)

3.1 工藝流程

灌注樁及鋼格構(gòu)柱施工—基礎(chǔ)土方開挖鋼平臺施工—第一步鋼格構(gòu)柱連接桿施工—塔身基礎(chǔ)節(jié)焊接及塔吊安裝—隨土方開挖施工剩余鋼格構(gòu)柱連接桿—鋼格構(gòu)柱穿底板、樓板及頂板節(jié)點(diǎn)處理。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 灌注樁及鋼格構(gòu)柱

1）采用2 臺GPS-10 正循環(huán)鉆機(jī)進(jìn)行灌注樁施工，十字線校正護(hù)筒及樁位中心，兩者偏差應(yīng)＜20 mm。配備6 m×3 m×1.5 m專用泥漿池，泥漿密度1.05～1.15 g/cm3，鉆孔過程中保持孔內(nèi)1.5～2 m 的水頭高度，保證孔壁穩(wěn)定。

2）鉆孔結(jié)束后，要對所成樁孔進(jìn)行兩次清孔，清孔結(jié)束后鉆機(jī)移位；鋼筋籠和混凝土灌注導(dǎo)管下放完畢后，在導(dǎo)管管口采用雙3PN 大泵并聯(lián)，正循環(huán)清渣，直到孔底沉渣厚度＜10 cm。

3）塔吊立柱樁的鋼筋籠長度約為35 m，分兩節(jié)吊裝；采用混凝土圓柱形墊塊做鋼筋保護(hù)層，厚55 mm，沿鋼筋籠周圈水平均布3 個(gè)，縱向間距3 m，保護(hù)層墊塊的固定鋼筋焊在主筋上。樁鋼筋籠吊裝均采用55 t履帶吊起吊。

4）臨時(shí)格構(gòu)柱由等邊角鋼和綴板搭接焊而成，拼接部位需滿足等強(qiáng)連接要求，材質(zhì)與格構(gòu)柱角鋼相同，搭接角鋼長度為500 mm，角鋼對接端部須磨平，端面應(yīng)水平。拼接角鋼接縫對角錯(cuò)開距離2.0 m，拼接處另加綴板，接縫處滿焊，焊縫高14 mm。格構(gòu)柱綴板與角鋼焊接應(yīng)嚴(yán)格控制構(gòu)件幾何尺寸；焊縫的表面焊波應(yīng)均勻，不得有裂縫、未熔合、夾渣、焊瘤、咬邊、燒穿、弧坑和針狀氣孔等缺陷，焊接區(qū)無飛濺殘留物。利用1臺55 t履帶吊起吊格構(gòu)柱，起吊時(shí)，吊直、扶穩(wěn)，保證格構(gòu)柱中心定位準(zhǔn)確，施工時(shí)格構(gòu)柱頂設(shè)定位器，以確保格構(gòu)柱定向方位，垂直度偏差≤1/1 000。

5）灌注樁混凝土坍落度控制在（180±20）mm，安裝鋼筋籠完畢到灌注混凝土間隔控制在4 h 以內(nèi)，澆筑過程中，須不斷測定混凝土面上升高度并根據(jù)混凝土供應(yīng)情況來確定拆卸導(dǎo)管的時(shí)間、長度，以免發(fā)生樁身夾渣、夾泥、蜂窩事故。灌注樁混凝土澆筑完畢后，采用樁端樁側(cè)復(fù)式注漿，注漿范圍為樁端以上12 m，注漿水泥強(qiáng)度應(yīng)與樁身一致，后注漿導(dǎo)管應(yīng)采用鋼管，沿鋼筋籠圓周對稱設(shè)置且與鋼筋籠加勁筋綁扎固定或焊接。

3.2.2 基礎(chǔ)土方開挖鋼平臺

1）塔吊基礎(chǔ)土方開挖采用液壓反鏟挖掘機(jī)一次挖掘到位，不需要降水和鋼板樁支護(hù)，按1∶1.5進(jìn)行放坡，基坑邊坡上口2 m內(nèi)不得堆載。

2）X 形鋼平臺分3段加工，汽車吊現(xiàn)場拼裝就位，與鋼格構(gòu)柱進(jìn)行焊接。一次焊接作業(yè)面多且復(fù)雜，焊接鋼板厚度30 mm，鋼平臺運(yùn)至現(xiàn)場后采用手工電弧焊進(jìn)行焊接，焊縫焊腳高度20 mm，一律滿焊，焊縫等級為一級，需要連續(xù)進(jìn)行多層的施焊作業(yè)。

3）鋼平臺在塔吊基座連接處間隔163 mm 設(shè)置3道25 mm 厚加勁肋。焊前檢查坡口角度、鈍邊、間隙及錯(cuò)口量。坡口內(nèi)和兩側(cè)的銹斑、油污、氧化皮等應(yīng)清除干凈。焊后外觀用超聲波檢測合格后取樣進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，要求試驗(yàn)接頭抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2.3 鋼格構(gòu)柱連接桿

1）塔吊安裝前完成第一步Z 形連接桿施工，然后隨土方開挖進(jìn)行鋼格構(gòu)柱連接桿焊接施工。

2）鋼格構(gòu)柱四周土方每次開挖至Z 形連接桿底桿下返80 mm，每次開挖深度不超過3 m，周圍土方高差不超過2 m，靠近鋼格構(gòu)柱500 mm 范圍內(nèi)嚴(yán)禁機(jī)械開挖，土方開挖完成后立即進(jìn)行該范圍Z 形型連接桿施工。相鄰鋼格構(gòu)柱之間以Z 形連接桿焊接，焊縫焊腳高度12 mm，連接桿為［28 槽鋼，對角鋼格構(gòu)柱采用十字拉桿進(jìn)行連接，拉桿采用L140 mm×12 mm角鋼[6]。

3.2.4 塔身基礎(chǔ)節(jié)焊接及塔吊安裝

第一步Z 形連接桿施工完畢后進(jìn)行塔吊安裝，塔身基礎(chǔ)節(jié)與鋼平臺焊接，焊腳焊縫高度3 cm；然后依次完成塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、塔吊套架、回轉(zhuǎn)支承、塔頂、司機(jī)室、平衡臂、起重臂等構(gòu)件安裝；最后安裝起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、頂升油缸及各種附件。

3.2.5 鋼格構(gòu)柱穿底板、樓板及頂板節(jié)點(diǎn)處理

待主體結(jié)構(gòu)封頂、塔吊拆除后進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)鋼格構(gòu)柱拆除，故鋼格構(gòu)柱穿地庫底板、頂板時(shí)需做好止水措施，鋼格構(gòu)柱同主體結(jié)構(gòu)澆筑為整體，不留設(shè)施工縫[7]。

1）基礎(chǔ)底板厚度600 mm，分層澆筑，鋼格構(gòu)柱穿基礎(chǔ)底板時(shí)，必須設(shè)置止水防滲措施，在基礎(chǔ)底板中間位置焊接3 mm 厚、50 mm 寬止水鋼板，與鋼格構(gòu)柱角鋼一圈進(jìn)行滿焊。基礎(chǔ)底板防水體系采用4 mm+3 mmSBS 改性瀝青防水卷材，灌注樁樁頭涂刷250 mm寬、1 mm 厚水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，分兩遍涂刷并且刷方向要互相垂直。鋼格構(gòu)柱底部涂刷2 mm 厚橡膠瀝青防水涂料并上返250 mm，防水卷材在鋼格構(gòu)柱位置上返50 mm 并進(jìn)行密封處理，拐角處設(shè)置附加層。

2）鋼格構(gòu)柱穿地庫樓板時(shí)，若該區(qū)域建筑功能無防水要求，不需設(shè)置止水措施，盡量保證X、Y方向鋼筋穿鋼格構(gòu)柱不斷開；若必須斷開，需打彎焊接至鋼格構(gòu)柱角鋼上并在貫通一側(cè)增設(shè)同規(guī)格數(shù)量的斷開鋼筋。

3）鋼格構(gòu)柱穿地庫頂板時(shí)，在頂板中間位置焊接3 mm 厚、50 mm 寬止水鋼板，止水鋼板與鋼格構(gòu)柱角鋼一圈進(jìn)行滿焊。地庫頂板防水體系采用3 mm 厚SBS 改性瀝青防水涂料+4 mm 厚SBS 改性瀝青耐根穿刺防水卷材。鋼格構(gòu)柱底部涂刷3 mm 厚SBS 改性瀝青防水涂料并上返250 mm，防水卷材在鋼格構(gòu)柱位置上返50 mm并進(jìn)行密封處理，拐角處設(shè)置附加層。

3.3 注意事項(xiàng)

1）須嚴(yán)格控制鋼平臺塔吊基礎(chǔ)加工尺寸和焊接質(zhì)量，核對焊接材料的品種、規(guī)格、性能等滿足設(shè)計(jì)要求，對加工廠和現(xiàn)場施工人員做好施工工藝交底。

2）確保鋼格構(gòu)柱定位準(zhǔn)確，符合設(shè)計(jì)要求，垂直度偏差控制在2%以內(nèi)且≯10 mm，鋼格構(gòu)柱頂部高差控制在±3 mm以內(nèi)。

3）鋼格構(gòu)柱附近區(qū)域土方分層開挖厚度≯2 m，四周應(yīng)同時(shí)開挖，避免土方高差過大產(chǎn)生水平側(cè)壓力，格構(gòu)柱周邊2 m范圍嚴(yán)禁采用機(jī)械開挖。

4）鋼格構(gòu)柱穿地下室基礎(chǔ)底板、頂板時(shí)確保止水鋼板滿焊一圈，地下室結(jié)構(gòu)接觸范圍鋼格構(gòu)柱內(nèi)混凝土剔除干凈，確保止水效果。

3.4 垂直度監(jiān)測

采用全站儀對塔吊南北和東西兩個(gè)方向垂直度進(jìn)行月監(jiān)測。先選擇一個(gè)方向，保持空載狀態(tài)，施工現(xiàn)場風(fēng)速≤3 m/s，控制塔吊大臂與測量方向、全站儀平行，對測量點(diǎn)標(biāo)記，架設(shè)全站儀測量垂直和水平距離，計(jì)算得出該方向塔吊垂直度偏差；同理對垂直于該方向塔吊垂直度偏差進(jìn)行測量，經(jīng)測量塔吊獨(dú)立狀態(tài)最大偏移量發(fā)生在2#塔吊，塔吊頂升高度46.5 m，偏西96 mm、偏北56 mm，垂直度偏差2.065‰，符合要求，附著狀態(tài)下最高附著點(diǎn)以下垂直度偏差亦＜2‰。

4 結(jié)語

1）通過對鋼平臺加鋼格構(gòu)柱塔吊基礎(chǔ)合理設(shè)計(jì)，施工過程中嚴(yán)格控制灌注樁及鋼格構(gòu)柱垂直度，保證焊接質(zhì)量及焊縫高度，在第一道混凝土內(nèi)支撐施工前完成塔吊安裝并投入使用，材料的運(yùn)輸效率得到提升，保證了2道雙圓環(huán)混凝土內(nèi)支撐施工進(jìn)度。

2）鋼平臺加鋼格構(gòu)柱塔吊基礎(chǔ)無需澆筑混凝土，省去了混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間，保證基坑施工工期，鋼平臺的尺寸小于混凝土基礎(chǔ)，避免大面積施工前局部深基坑開挖且鋼平臺加鋼格構(gòu)柱塔吊基礎(chǔ)后期可回收二次利用，具有較好的安全性及經(jīng)濟(jì)效益。