復(fù)雜地基條件下裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)

徐興杰， 方偉名

(中國(guó)華西企業(yè)股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都 610081)

裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)根據(jù)地基承載力選擇塔機(jī)基礎(chǔ)混凝土預(yù)制拼裝塊體重量和預(yù)制形式，塔機(jī)基礎(chǔ)一般由過(guò)渡件、配重塊、端件、中心件，定位剪力件、拼裝連接索、基礎(chǔ)底板、基礎(chǔ)夾板、基礎(chǔ)頂板、預(yù)埋螺栓、螺栓壓板和地腳螺栓等組成[1]。裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)與傳統(tǒng)整體現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)相比具有可裝配、可循環(huán)使用、可移動(dòng)、綠色節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)；傳統(tǒng)整體現(xiàn)澆混凝土基礎(chǔ)對(duì)鋼材和混凝土浪費(fèi)較大，所需人工費(fèi)更多，在拆除塔機(jī)后混凝土基礎(chǔ)處理難度較大，回收利用低，特別是在復(fù)雜情況下不利于安全穩(wěn)定運(yùn)行，干擾因素較大。

一般情況下的裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)根據(jù)地質(zhì)水文條件，選擇墊層加大、加厚處理來(lái)提高地基承載力。其工法流程：確定地基承載力—確定塔機(jī)位置—測(cè)量、放線—開(kāi)挖夯實(shí)基坑—澆筑混凝土墊層—混凝土養(yǎng)護(hù)—墊層放線—吊裝各預(yù)制件及合攏—穿鋼絞線及張拉—吊裝配重件。

其次確認(rèn)拼裝位置的地基承載力特征值及拼裝道路的具備條件，然后收集相鄰建筑、道路、管線、邊坡等相關(guān)資料，再根據(jù)要求清點(diǎn)預(yù)制件和配件數(shù)量、型號(hào)，最后根據(jù)設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求檢查預(yù)制件和配件質(zhì)量〔2〕；基礎(chǔ)上部一般為8 000 mm×8 000 mm×200 mm的混凝土找平和填實(shí)，中間增加φ12 mm三級(jí)鋼，單層雙向配筋，間距為200 mm，混凝土一般不低于C20，施工流程為確定拼裝位置—測(cè)量、放線—驗(yàn)收基坑尺寸及質(zhì)量—開(kāi)挖或夯實(shí)基坑—澆筑鋼筋混凝土墊層—吊裝各預(yù)制件及合攏—穿鋼絞線及張拉—吊裝配重件—拼裝地腳螺栓—監(jiān)測(cè)及驗(yàn)收—使用。其流程只需滿足規(guī)范要求，構(gòu)件高差和平整度吻合即可。

1 復(fù)雜地基條件對(duì)基礎(chǔ)安裝的影響分析

高架橋范圍內(nèi)地質(zhì)情況復(fù)雜。地下結(jié)構(gòu)縱橫交錯(cuò)，包括2#管廊、APM、大鐵等，地上結(jié)構(gòu)包括樁基開(kāi)挖、航站樓提升架施工，停機(jī)樓施工等，下引橋第一聯(lián)和第二聯(lián)下部分別是2#支管廊，其具體情況有：

(1)根據(jù)場(chǎng)地地下水標(biāo)高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，該區(qū)地下水水位標(biāo)高差異較大，初步分析系巖體透水性差，各微地貌單元之間水力聯(lián)系弱，存有上層滯水、松散覆蓋層中的孔隙水、基巖裂隙水3種。

(2)APM及大鐵(成都至自貢城際鐵路)下穿高架橋，同時(shí)高架橋與航站樓之間地下設(shè)有2#綜合管廊(與高架橋走向平行)。

(3)土方開(kāi)挖深度大，大面積處于壓實(shí)回填地基處理區(qū)域，且軟弱土層厚度較大，回填時(shí)間短，回填區(qū)域地基承載力較差。

(4)場(chǎng)地移交工期緊迫。場(chǎng)地移交工期要求已開(kāi)挖區(qū)域回填完成，承載力達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，并滿足高架橋滿堂架基礎(chǔ)地基承載力要求，且場(chǎng)地平整。

(5)四周場(chǎng)地堆放材料較多及場(chǎng)地施工開(kāi)挖，停車(chē)樓施工，航站樓施工，導(dǎo)致交通線路堵塞，單位多，車(chē)輛多，人員復(fù)雜，而高架橋所有材料均需采用塔吊調(diào)轉(zhuǎn)，高架橋與周?chē)h(huán)境如圖1所示,高架橋位置如圖2所示。

圖1 高架橋與周?chē)h(huán)境

圖2 高架橋位置

(6)受雨季影響，最大雨量及雨季時(shí)間，日最大降水量為200.8 mm。

(7)安裝運(yùn)輸過(guò)程由于回填土以及周?chē)喙しN施工影響，運(yùn)輸?shù)缆防щy，采用鋼板及裝配式混凝土基礎(chǔ)結(jié)合鋪路，保證塔機(jī)順利安裝及材料正常運(yùn)輸。

(8)部分塔機(jī)附著安裝困難。高架橋施工工法原因及塔機(jī)位置，導(dǎo)致部分附著桿安裝困難，最后采取附著桿加長(zhǎng)，利用周?chē)ㄖ锇惭b。

(9)部分塔機(jī)墊層基礎(chǔ)養(yǎng)護(hù)受雨季和地面水影響，采用挖集水坑抽排水，保護(hù)塔機(jī)基礎(chǔ)，養(yǎng)護(hù)期間用薄膜和土工布結(jié)合覆蓋，用回彈儀，檢測(cè)混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%方可進(jìn)行下一步操作。

綜上復(fù)雜情況分析，高架橋范圍干擾因素對(duì)橋梁施工影響較大。交叉施工、復(fù)雜地質(zhì)條件都不利于傳統(tǒng)塔機(jī)安裝。在此復(fù)雜情況下考慮使用裝配式塔基礎(chǔ)。

2 地基處理方案

2.1 裝配式塔基礎(chǔ)安裝計(jì)劃

高架橋區(qū)域共計(jì)劃安裝8臺(tái)QTZ100(T6013A-8A)塔式起重機(jī)。其中G2-4#塔機(jī)位于大鐵頂板上，回填高度不高，采用C20混凝土換填處理，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可安裝；G2-6#、G2-7#和G2-8#塔吊位于壓實(shí)填土區(qū)域，地基采用高壓旋噴加固，加固后根據(jù)地勘報(bào)考確定地基承載能力，根據(jù)承載要求結(jié)合平面布置圖利用GPS確定塔機(jī)安裝位置，測(cè)量放線后夯實(shí)基坑，澆筑墊層尺寸8 m×8 m 20 cm厚C20混凝土墊層并作承載力試驗(yàn)，符合要求后安裝塔機(jī)。根據(jù)地勘資料和JGJ/T 187-2009《塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》，G2-2#、G2-3#、G2-4#和G2-5#塔吊位于挖方區(qū)域，基礎(chǔ)地質(zhì)情況均符合要求，僅需對(duì)基礎(chǔ)面層進(jìn)行壓實(shí)平整，澆筑墊層，墊層養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到80%便可安裝裝配式基礎(chǔ)，塔吊計(jì)劃布置見(jiàn)圖3。

圖3 高架橋塔機(jī)布置

2.2 高壓旋噴加固方案

對(duì)于G2-6#、G2-7#和G2-8#塔機(jī)位于壓實(shí)填土范圍內(nèi)，且周邊地下存在市政管網(wǎng)，經(jīng)與地勘資料和市政管網(wǎng)對(duì)比，最終確定G2-6#塔機(jī)采用高壓旋噴對(duì)地基進(jìn)行加固；G2-7#塔機(jī)采用高壓旋噴樁加固，G2-8#塔機(jī)采用高壓旋噴樁加固。

塔機(jī)地基范圍內(nèi)噴射注漿采用單管法和雙管法結(jié)合。高壓旋噴樁單樁直徑采用0.6 m，下部同土層搭接1 m。高壓旋噴樁中心點(diǎn)在樁圓周上，高壓旋噴樁相互搭接100 mm且均勻排布。不同樁徑高壓旋噴樁加固布置見(jiàn)圖4，此地基加固采用6根高壓旋噴樁。

圖4 不同樁徑高壓旋噴樁布置

經(jīng)查閱相關(guān)資料與現(xiàn)場(chǎng)勘查，G2-6#、G2-7#和G2-8#塔機(jī)在回填區(qū)域內(nèi)其承載力小于120 kPa ,不滿足安裝要求。采用基礎(chǔ)方案處理：

(1)樁基下部7 m×7 m范圍內(nèi)采用高壓旋噴樁加固，采用樁徑0.6 m，直徑1.2 m的高壓旋噴樁，呈正方形布置，樁底標(biāo)高按入巖層0.5 m控制，大鐵頂板位置高壓旋噴樁底距離頂板0.5 m。

(2)混凝土墊層平整度≤5 mm。

(3)墊層7 300 mm處四周挖400 mm×400 mm截水溝，保持排水通暢，基礎(chǔ)周邊無(wú)積水。具體處理方案見(jiàn)圖5。

圖5 高壓旋噴樁布置平面(單位:m)

高壓旋噴樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)要求：①下部為巖層的塔機(jī)基礎(chǔ)高壓旋噴樁需嵌入巖層500 mm，如圖6所示；②下部有結(jié)構(gòu)(大鐵頂板、雨污管網(wǎng))的高壓旋噴樁樁底距離結(jié)構(gòu)頂部500 mm，如圖7所示。

圖6 塔機(jī)基礎(chǔ)剖面(單位:m)

圖7 下部有結(jié)構(gòu)的塔機(jī)基礎(chǔ)剖面(單位:m)

旋噴樁按正方形布置，采用強(qiáng)度等級(jí)為 42.5 級(jí)的普通硅酸鹽水泥，水灰比按 1.0，水泥摻量按 25%計(jì)，水泥用量約260 kg/m。

采用雙重管法施工時(shí)，水泥漿壓力大于25 MPa，氣流壓力大于0.7 MPa，提升速度 0.1～0.15 m/min，旋轉(zhuǎn)速度 12～15 r/min。施工工序?yàn)椋簷C(jī)具就位、現(xiàn)狀堆載體及填筑體內(nèi)鉆探引孔至樁底標(biāo)高、貫入噴射管、噴射注漿、拔管和沖洗等。

當(dāng)噴射注漿管貫入土中，噴嘴達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，可噴射注漿。當(dāng)噴射注漿參數(shù)達(dá)到規(guī)定值后，按旋噴工藝要求提升噴射管，由下而上旋轉(zhuǎn)噴射注漿(待水泥漿液冒漿至狀地表后停止噴漿)。噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度不得小于 100 mm。在旋噴注漿過(guò)程中出現(xiàn)壓力驟然下降、上升或冒漿異常時(shí)，應(yīng)查明原因并及時(shí)采取措施。

施工過(guò)程中應(yīng)做好施工記錄，施工記錄應(yīng)包含以下內(nèi)容：樁位置、起止時(shí)間、轉(zhuǎn)速、水泥漿壓力、流量、氣流壓力、水流壓力、提升速度、樁頂和樁底標(biāo)高等。施工示意圖見(jiàn)圖8。

圖8 旋噴注漿施工

旋噴樁復(fù)合地基承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)和單樁靜載荷試驗(yàn)。檢測(cè)數(shù)量不得少于總樁數(shù)的1%，且每個(gè)單體工程復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)的數(shù)量不得少于3臺(tái)，承載力檢測(cè)應(yīng)在成樁 28 天后進(jìn)行。

2.3 地基檢測(cè)方案

為檢查塔機(jī)基礎(chǔ)是否滿足要求，需進(jìn)行加載試驗(yàn)檢測(cè)。塔機(jī)QTZ100(T6013A-8A)最大極限載荷不超過(guò)170 t，本次載荷采用平鋪加載，平鋪面積6 m×6 m，載荷總共200 t，布置3個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，檢測(cè)基礎(chǔ)承載值和不均勻沉降量[3]。具體加載方式如圖9、圖10所示。

圖9 承載力實(shí)驗(yàn)混凝土加載塊平面布置(單位：m)

圖10 現(xiàn)場(chǎng)加載布置

2.4 評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)JGJ/T194-2009《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》，在全部加載完成后的沉降監(jiān)測(cè)過(guò)程中[4]，滿足下列條件之一時(shí)，判定預(yù)壓合格。

(1)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初24 h的沉降量平均值小于1 mm。

(2)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

3 基礎(chǔ)安裝

裝配式基礎(chǔ)由過(guò)渡件、配重塊、端件、中心件等組成，基礎(chǔ)連接采用鋼絞線張拉連接成全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體。而過(guò)渡件預(yù)留的孔洞采用雙頭螺栓，地腳螺栓單根緊固力矩不小于塔機(jī)要求擰緊力矩，預(yù)留的螺栓連接塔式起重機(jī)基礎(chǔ)節(jié)4個(gè)角，整個(gè)裝配式基礎(chǔ)承載起塔機(jī)荷載，保障其安全運(yùn)轉(zhuǎn)，基礎(chǔ)平面圖見(jiàn)圖11。

1.中心件;2.過(guò)渡件; 3.端件; 4.配重塊; 5.螺栓孔洞圖11 裝配式基礎(chǔ)平面

安裝流程：墊層上彈好十字軸線，鋪2cm厚中粗砂并刮平，將中心件放入彈好的軸線中點(diǎn)—按順序拼裝中心件四周的第一、二層過(guò)渡件—再按順序拼裝第二層對(duì)應(yīng)位置的端件—穿鋼絞線、上錨具、張拉達(dá)到設(shè)計(jì)值，張拉結(jié)束后鋼絞線抹油全面檢查—吊裝配重件并壓在四角—安裝地腳螺栓—基礎(chǔ)四周砌墻并預(yù)留排水口[5]。

站前高架橋塔機(jī)基礎(chǔ)對(duì)于地基承載力的要求極高，在安裝過(guò)程中，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件安裝精度要求較嚴(yán)格。對(duì)于這一現(xiàn)狀，技術(shù)部門(mén)利用BIM技術(shù)對(duì)塔吊安裝定位過(guò)程進(jìn)行精準(zhǔn)的安裝模擬定位，項(xiàng)目專(zhuān)職測(cè)量人員根據(jù)施工平面布置圖采用GPS確定塔機(jī)安裝位置，運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行定位，運(yùn)用全站儀將各個(gè)混凝土構(gòu)件的位置進(jìn)行多次復(fù)核測(cè)量，保證混凝土構(gòu)件安裝位置準(zhǔn)確無(wú)誤[6]，基礎(chǔ)拼裝檢驗(yàn)方法和允許偏差如表1所示。

表1 裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)安裝檢查

4 基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)

由于地質(zhì)情況復(fù)雜，在塔機(jī)安裝后，需對(duì)塔機(jī)底座水平度、螺桿尺寸和垂直度進(jìn)行觀測(cè)和記錄[7]。將塔機(jī)地腳螺栓進(jìn)行編號(hào)，以第一次長(zhǎng)度為參考觀測(cè)螺桿尺寸變化，對(duì)螺桿尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；基礎(chǔ)底座水平度設(shè)定標(biāo)高值后讀出1號(hào)點(diǎn)、2號(hào)點(diǎn)、3號(hào)點(diǎn)、4號(hào)點(diǎn)標(biāo)高值，重點(diǎn)對(duì)基礎(chǔ)的沉降和位移情況系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，每周進(jìn)行3次監(jiān)測(cè)，同時(shí)在監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)塔機(jī)垂直度進(jìn)行測(cè)量，垂直度監(jiān)測(cè)為設(shè)定測(cè)量值后Y軸點(diǎn)與X軸點(diǎn)偏差范圍滿足小于4‰要求。雨季加大對(duì)塔機(jī)的監(jiān)測(cè)頻率，測(cè)量后對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行前后分析對(duì)比，確保塔機(jī)安全。并且在塔機(jī)每次作業(yè)之前和使用過(guò)程中，都要對(duì)基礎(chǔ)的構(gòu)件變形情況和地腳螺栓松動(dòng)情況進(jìn)行仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，形成常態(tài)化監(jiān)測(cè)機(jī)制，直至塔機(jī)拆除為止。

5 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜地基基礎(chǔ)條件下安裝裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)，面對(duì)雨季水、地表水、地下水、地質(zhì)復(fù)雜巖土層、地下建筑結(jié)構(gòu)、回填層、承載能力、施工工期、交叉施工等等多重因素干擾下，能安全、迅速完成任務(wù)，對(duì)整個(gè)安裝、使用過(guò)程的安全考察、安全分析、安全監(jiān)督、安全評(píng)估是非常重要的措施。在站前高架橋裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)施工技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中，充分體現(xiàn)了航站樓站前高架橋施工中的經(jīng)濟(jì)效益，表2、表3可見(jiàn)裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)。

由表2、表3可見(jiàn)，裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)與傳統(tǒng)鋼筋混凝土塔機(jī)基礎(chǔ)對(duì)比，不管是工期效益還是基礎(chǔ)費(fèi)用方面都占優(yōu)勢(shì)，在生態(tài)環(huán)保效益方面，減少了混凝土垃圾的產(chǎn)生，影響市容市貌、污染環(huán)境等問(wèn)題。站前高架橋裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)是安全綠色節(jié)能又經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用實(shí)例，在未來(lái)大型建設(shè)領(lǐng)域裝配式塔機(jī)基礎(chǔ)將成為主流。

表2 工期效益對(duì)比

表3 基礎(chǔ)費(fèi)用對(duì)比 單位：元