组合式塔吊基础设计及施工

梅荣

摘要：组合式塔吊基础是一种高承台、悬空塔吊基础，此类型塔吊基础不同于传统塔吊基础埋置于土体或混凝土底板中，此类型塔吊基础通过锚固于灌注桩内的钢格构柱及其上支撑的混凝土承台，塔吊承台悬空于空中。塔吊自重及上部荷载通过承台传递给下部的钢格构柱和混凝土灌注桩，灌注桩抵抗抗压和抗拔荷载。本文根据某工程实例，探讨了组合式塔吊基础施工技术。

关键词：组合式塔吊；基础设计；施工

中图分类号：TU74 文献标识码： A

引言

为了节约土地资源，充分利用地下空间，建筑地下室的平面尺寸越来越大，基坑越来越深，为满足施工要求，常常把塔吊设在基坑内，并且在大面积挖土前完成塔吊安装工作。采用把塔吊基础设在底板下的常规做法时，由于开挖深度较深，水平放坡距离较大，如再遇到地下水位偏高的情况，施工难度较大，塔吊安装难度更大。组合式塔吊基础就是能较好地解决上述问题的一种基础形式。

一、工程概况

某工程地下二层，地上五层，建筑高度27.6m，建筑面积约7.5万m2，地下室单层面积约1.6万m2，基坑开挖深度10.0m，为流塑状淤泥质土。本工程工期极紧，从基坑土方开挖到主体结构封顶，合同工期要求仅6个月，若不提前投入塔吊使用，施工效率无法提高，工期难以保证。

二、常见的塔吊基础地基设计方案

工程实践中根据施工平面布置及施工场地水文地质条件，常见的塔吊基础设计方案有:

（一）、直接利用天然地基这种情况适用于施工场地土质条件较好的场地，且在塔吊基础埋置深度范围内存在最薄处≥1.5m且该土层地基承载力特征值≥210kPa的稳定原土层。

（二）、利用砂石垫层进行土层置换，间接利用天然地基这种情况适用于施工场地土质条件较差，但在塔吊基础埋置深度适用范围内存在最薄处≥1.5m且该土层地基承载力特征值≥90kPa的稳定原土层，直接利用天然地基不能够满足塔吊基础对地耐力的要求，需利用砂石垫层将该土层以上部分劣质土加以置换，应注意砂石垫层经夯实后承载力应≥210kPa，砂石垫层置换的厚度及面积须经计算确定。

三、组合式塔吊基础的组成

组合式塔吊基础由以下几部分组成:基桩、构造承台、钢格构柱、水平连杆及斜撑、钢结构平台或钢筋混凝土承台、塔身。见图1。

图1组合式塔吊基础组成示意图

四、塔吊基础桩基设计及承载力验算

（一）、基桩承载力计算

组合式塔吊基础的基桩承受拉、压荷载作用，计算时需计算抗压及抗拔承载力，还要验算桩身主筋的抗拉能力。基桩承载力必须满足的条件:

1.2R≥Qkmax且Nk≥Qkmin(偏心荷载作用)

R≥Qkmax(轴心荷载作用)

基桩竖向抗压承载力特征值R可按下式计算:

R=Ra=Quk

Quk=uΣψsiqsikli+ψpqpkAp

基桩竖向抗拉承载力特征值Nk可按下式计算:

Nk=Tuk+GP

Tuk=Σλiuiψsikqsikli

桩身结构抗压、抗拉承载力必须满足以下条件:

抗压承载力=ψcfcAp≥1.35×Qkmax

抗拉承载力=fyAs≥1.35×Qkmin

式中:ψc—成桩工艺系数;

fc—混凝土抗压强度设计值;

Ap—桩身混凝土截面积;

fy—桩主筋抗拉强度设计值;

As—桩主筋截面积;

GP—桩自重，在地下水位以下取浮容重。

（二）、塔式起重机稳定性验算

1)验算假定①起重臂处于最大幅度位置(对于小车变幅起重臂小车位于最大幅度)，起重臂指向下坡方向，并负有额定荷载;②正常风状态下，忽略风的影响;③起重机吊物上下速度所引起的动势能忽略不计。2)在上述假定成立条件下，塔式起重机抗倾覆稳定性)验算:

0.95Mk-KLML-MD≥0

式中:

Mk---由塔式起重机自重、压重及基础自重产生的稳定力矩;

ML---塔式起重机负载对倾覆边的力矩;

KL---载荷系数，根据《起重机设计规范》GB3811-83，取为1.4;

MD---由坡度因素而产生的倾覆力矩，在保证

塔吊基础施工质量的基础上通常忽略不计，取为零。

（三）、工艺原理

本工法适用于超大面积地下室深基坑项目，钢格构柱下端预埋于基础灌注桩内，格构柱上端预埋于塔吊混凝土承台内，塔吊标准节通过预埋于基础承台内的地脚锚栓或支腿进行安装。塔吊自重及上部荷载通过承台传递给下部的钢格构柱和混凝土灌注桩，灌注桩抵抗抗压和抗拔荷载。

五、施工工艺流程及操作要点

（一）、塔吊混凝土承台的设计

塔吊混凝土承台基础计算应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010和现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94以及对应塔吊说明书中的相关规定。可视钢格构柱为基桩，按照相关规定进行受弯、受剪承载力计算（图2）。

图2组合式塔吊基础设计图示

（二）、钢格构柱的设计

①塔吊混凝土承台采用四个等截面钢格构柱作为支撑，钢格构柱的布置应与下端灌注桩轴线重合，钢格构柱宜为对称构件，每个钢格构柱采用四支等边角钢，通过缀板拼接。

②格构柱截面尺寸、角钢界面、缀板尺寸及间距应根据《钢结构设计规范》GB50017进行设计，并对其刚度和整体稳定性、分肢稳定性、缀板刚度、焊角尺寸进行验算。

（三）、塔吊基础施工

1、基础灌注桩冲孔施工

对施工现场场地清理、平整，冲（钻）机位置垫层平整保证孔位准确。适当位置设置泥浆池，采用机械开挖。现场测量人员根据图纸精确放样孔位，复查无误后可安放冲（钻）机开始作业。冲孔完成后要对成孔深度、沉渣厚度、泥浆成分进行分析，确保达到设计的持力层。

2、钢柱安装要求

格构式钢柱与钢筋笼焊接完成后，应使用汽车吊或其他起重设备将其插入桩孔内。为准确定位4根格构式钢柱，应做到以下几点:(1)桩机就位准确，钻进过程中，严格控制垂直度;(2)沿钢柱轴线方向每隔1．5～2．0m焊一道与桩钢筋笼直径相同的定位箍筋，在定位箍筋上绑混凝土穿心块，用来控制钢柱在桩孔中的位置;(3)钢柱顶应高出自然地面(如低于地面，应在格构柱顶焊定位角钢，等土方开挖后将定位角钢割除)，在桩孔四周搭设固定支架将钢筋笼及钢柱悬挂在桩孔内，不得直接搁置在桩孔底的岩土上;(4)在浇注混凝土前应校正好钢柱的平面位置、四个面与建筑轴线的夹角、4根钢柱的相对位置，在混凝土初凝前还应再校正一次。

3、灌注水下混凝土施工

采用C35混凝土直升导管法灌注水下混凝土。浇注混凝土前，进行第二次清孔。灌注水下混凝土所用导管使用前要试拼、试压，不得漏水，并编号及自上而下标示尺度。导管轴线偏差不超过孔深的0.5%，亦≯10cm。组装时，连接螺栓的螺帽在上。

混凝土的储存量要满足首批混凝土入孔后，导管埋入混凝土的深度不小于2m。水下混凝土要连续灌注，不得中途停顿。混凝土浇注过程中，随灌注提升导管，注意提管速度不得过快或过慢，过快容易引起漏水，过慢容易将导管埋入混凝土中过多，使导管提升困难，易造成断桩；设专人经常测量导管埋入混凝土中深度，并做好记录。

4、钢平台施工要求

钢平台与格构式钢柱的焊接工艺流程:用水平连杆及斜撑将4根格构柱的上部连成整体→4根格构柱找平，将高出的部分截去→将现场实测的格构柱位置画在平台钢板上→将肋板临时点焊到平台钢板上→复核肋板位置→将肋板焊到钢平台上(平焊)→将焊有肋板的钢平台反面倒扣在格构柱上→将钢平台水平偏差调整在1/1000以内，点焊固定→将肋板与格构柱的柱肢焊在一起(立焊)。

结束语

总而言之，采用组合式塔吊基础能较好地解决大面积深基坑工程在地下室施工期间正常使用塔吊的问题，减少材料的二次搬运工作，提高塔吊的使用效率，降低工人的劳动强度，降低施工成本，加快施工进度，综合效益非常显著。

参考文献

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