塔吊基础施工技术研究

刘建东 刘中锋 杨志木

中交路桥建设有限公司

1 引言

塔吊又名塔式起重机，其结构相对简单，起重作业时工作空间大，能够给司机提供开阔的视野，同时操作方式相对便捷，是目前建筑工程不可或缺的起重设备之一。基础决定上层建筑，要确保塔吊使用期间的良好性能，必须保证塔吊基础的牢固，从而满足其受力需求。然而塔吊基础施工技术往往是容易被施工单位忽视的，从而带来安全隐患，最终导致工程事故。因而，对塔吊基础施工技术的研究，对施工安全保证有着十分重大的意义。

2 塔吊基础的分类

常用的塔吊基础结构形式有桩基础、承台基础、十字交叉梁基础及组合式基础，承台基础是由钢筋混凝土组成的基础，十字交叉梁基础则是由两道长度和截面相同交叉组成的混凝土基础，现部分塔吊厂家已配置十字交叉钢梁基础，施工时只需对四个角点进行锚固即可。钢筋混凝土结构的承台基础及十字交叉梁基础较适合在土体相对比较稳定，同时地基承载力又比较好的位置进行使用。

桩基础可作为单独基础，也可与上述承台基础或十字交叉梁基础组合，适用于软弱土层，依靠不同土层的桩侧摩阻力、桩端阻力及土压力的组合来抵抗塔吊作用在基础的力，从而使结构整体达到受力平衡。桩基础包括预制混凝土桩、预应力混凝土管桩、钻孔灌注桩及钢管桩等，在进行桩基类型选择时，需要分析不同项目的地质、周边环境情况、施工难易程度以及施工成本等不同因素，保证即能够追求良好性能同时，又可以为项目节约成本。组合式基础则是桩基、承台及钢结构组成的复合型结构，其多变性可适应不同项目的不同需求。

3 塔吊基础的选择及计算

菲律宾埃斯特热拉-潘塔里恩大桥项目主桥上部为悬浇箱梁，采用挂篮悬浇施工，塔吊的使用便于挂篮的拼装拆卸以及钢筋模板的吊运。塔吊选址在河岸边，表层土体不稳固，不适用天然基础，而群桩承台基础造价相对较高，同时相比于钻孔灌注桩及预应力管桩，钢管桩的成本相对较低，且施工过程简单，可直接通过焊接进行连接。项目采用QTZ80塔式起重机进行施工作业，使用十字交叉钢梁+钢管桩作为基础，施工简便，同时也能够较良好地满足施工需求。基础采用四根外径630mm，壁厚为8mm 钢管桩作为桩基础，在靠近桩顶位置的相邻钢管桩之间焊接双拼[20a槽钢作为平联，加强基础整体稳定性。同时，每根钢管桩桩顶设置一个加强垫块，垫块由若干2cm钢板焊接而成，顶部钢板开孔，通过M30 高强螺栓与十字交叉钢梁进行连接。十字交叉钢梁与塔吊基础节通过销轴连接，保证塔吊底部稳固性。

塔吊基础荷载可从厂家提供的《塔吊使用说明书》中获得，其中包括作用在基础的水平力、垂直力、弯矩及扭矩，此荷载为上部作用于基础的作用力，计算时还需加入基础自身的重力及考虑其他周边环境对基础的影响。基础的计算可以直接通过Midas进行建模，并施加上述荷载，进行强度、刚度及稳定性多方面复核，加以验证设计的合理性，也便于及时进行适当调整。同时，钢管桩的轴向抗压承载力计算可以参考JTS 167—2018《码头结构设计规范》[1]，而钢管桩的稳定性可以参考GB 50017—2017《钢结构设计标准》[2]。

4 施工工艺及关键技术点

4.1 导向架安装

在进行塔吊基础施工前，由测量放样出基础的边线，先将基础范围内原地面的杂物清理干净，表层土体如有较大碎石也需清理，以免造成较大的桩位偏差。就原场地组装导向架，导向架由I20a工字钢焊接而成，为上下两层框架结构，内边尺寸略大于钢管桩的外径，上下框应确保垂直，保证钢管桩插打的垂直度。导向架放置前，测量先放样出将钢管桩中心的点位，导向架中心对齐钢管桩中心点位安装，并将其临时固定在周边结构上，防止插打过程中发生偏移。安装完成后，检查导向架与桩中心的偏位及导向架的垂直度，并根据误差及时进行调整。在进行钢管桩的插打过程中，如若振桩锤振幅较大，会对导向架产生较大影响，因而导向架的固定必须确保牢固，同时在施工过程中也需要实时进行监控，发现松动及时停止插打并矫正，避免因导向架原因导致较大的桩位偏差。

4.2 钢管桩插打及平联焊接

采用4 根外径630mm 壁厚8mm 的钢管桩作为塔吊基础，考虑现场地质情况、场地使用情况以及费用等多个因素，使用DZJ-90型振桩锤+徐工55t履带吊组成打桩机进行钢管桩的插打。钢管桩插打前，必须对其进行检验，确保其外观尺寸及各方面指标满足施工要求。钢管桩插打时，首先用振桩锤夹住钢管桩上端，不得在夹持器与桩头部之间留有空隙，同时在单根钢管顶对撑割开两个小孔，通过卸扣和钢丝绳将钢管桩和振桩锤连接，形成安全保障措施，防止因振桩锤未夹紧钢管桩而导致高空坠落，造成施工事故。检查振桩锤与钢管桩的连接无误后，将钢管桩吊装至设计位置，调整桩的平面位置及桩身的垂直度，偏差满足要求后即可开始钢管桩的插打。钢管桩插打过程中，由专人进行指挥，确保各个工作面完好的配合。同时，插打桩的过程中必须及时进行垂直度及偏位的跟踪，偏差过大及时进行调整，过程中一点一滴控制，避免返工。

由于单根钢管桩的长度无法满足设计的入土深度及承载力的要求，因而，单根钢管桩下沉完成后须进行接桩处理。接桩时，在底节钢管桩上端口临时焊接两块钢板作为限位板，将上节钢管桩吊装并与底节钢管桩对接，调整两钢管口完美对其之后，在两钢管之间接缝处进行满焊连接，焊接质量严格按照规范要求。接口焊接完成后，在接缝四周空间对称布置8 块长宽厚为20×20×1cm的钢板，同样通过满焊连接，确保连接质量满足使用性能需求。

当钢管桩的入土深度接近设计深度，而桩贯入量＜5cm/min时，继续持荷5min并进行观察，此时仍然没有明显下沉即可认为此根桩满足要求。最终沉桩偏差控制如下：桩平面位置偏差控制在5cm 以内，桩身垂直度≤1%。由于土层可能与设计出现偏差，因而在施工时施工过程可能出现钢管桩无法达到设计深度或者达到设计深度后仍然可以轻松插打的状况。当出现第一种情况时，如无法证明钢管桩的承载力满足设计要求，则可以考虑在桩两侧各对撑增设一根钢管桩，距离与原桩位保持在1m 以上，以保障土体的侧摩阻力，使得结构整体受力满足施工过程要求。当出现第二种情况时，桩承载力此时无法满足要求，因而必须接长继续插打，直至满足桩贯入量要求。

四根钢管桩插打完毕后，为保证桩间的紧密连接，确保结构整体稳定性，需采用双拼[20a槽钢作为平联，焊接在两根相邻钢管桩之间，连接处的焊接应当保证满焊。平联的中心必须对应两钢管桩的中心，同时，由于下料尺寸不当等原因可能会导致平联与钢管桩无法完美的贴合，故必须在无法贴合的面增设连接板并焊接，确保平联能够以良好的发挥其作用。

4.3 加强垫块安装

加强垫块是设置在钢管桩与十字交叉钢梁之间的连接件，也是塔吊基础的关键组成部位，不容出错。由于加强垫块对塔吊基础结构具有十分重大的意义，故其组成件均采用20mm厚钢板。加强垫块与上部十字交叉钢梁通过高强螺栓进行连接，故其水平板布置两层，层间预留高强螺栓施工空间，层间距控制在30cm左右。垫块下层钢板焊接在钢管桩桩顶，除了接缝处需要满焊外，四周还需对称布置12块加劲板对其进行加固。垫块上层钢板根据上部十字交叉钢梁的螺栓孔位提前预留孔洞，两层水平板之间通过若干竖向连接板和加劲板进行连接，保证垫块的稳定性，竖向连接板及加劲板的位置最好距螺栓孔5cm左右，保障施工作业空间。整个加强垫块的各构件之间均通过满焊进行连接，严格把控焊接质量，确保施工安全。

4.4 十字交叉钢梁安装

十字交叉钢梁可在厂家定做，条件满足也可工地自行加工制作，此构件建议从厂家直接购买，可以保证结构的精度要求以及使用的安全性。其结构形式为十字钢结构，主梁可采用钢板焊接或者直接采用大规格型钢进行制作，四个十字边之间通过型钢平联形成一个整体，使结构整体性更加良好。十字交叉钢梁安装前，将其吊装至安装位置，人工调节其位置使其螺栓孔与下方加强垫块预留孔对齐，连接高强螺栓，此时结构即成为一个整体。十字交叉钢梁安装完成即所有塔吊基础施工完成，后续在基础上完成塔吊各组成构件的拼装。

4.5 施工注意事项

4.5.1 垂直度及偏位的控制

要让钢管桩的垂直度及偏位达到更高的标准，必须在施工全过程中进行监测，而且每个控制过程精益求精，避免最终偏差累积过大。首先，在导向架安装时，必须精确放样出钢管桩的坐标，导向架的中心严格与桩位中心对齐。其次，钢管桩插打前需严格与放样点位对中，控制好垂直度后再进行施打。插打过程中，由专人对其垂直度进行监测，可通过调整眼睛观察角度，将钢管桩与周边垂直建筑物进行比较，发现角度后及时停止并进行纠偏，采用水平尺确保垂直后方可继续进行施工，直至钢管桩插打完成。

4.5.2 振桩锤使用注意事项

振桩锤与起重机之间连接必须有防脱落的保护装置，钢管桩与振桩锤之间也应而外增加连接钢丝绳作为安全绳使用。在使用过程中必须保持振桩锤垂直，以保证钢管桩垂直度，这个过程需要吊车司机适当控制提吊的力度，力度过大会影响桩下沉，力度小则会导致振桩锤倾斜，对吊车司机水平要求较高。同时，施工过程中由专人管理振桩锤的线缆，避免缠绕并损坏。钢管桩下沉遇到硬物时，先分析原因，切忌可蛮干硬干，造成钢管桩损伤。

4.5.3 加强垫块安装注意事项

加强垫块作为重要的连接件，必须保证每个焊接及拴接点均连接完成。安装时，先将垫块放置于钢管桩顶且调整好角度和位置，暂时不做任何连接，待十字交叉钢梁吊装在其上方并通过销轴连接好之后，再将其焊接在钢管桩之上，并施焊加劲板补强。按此顺序进行施工可避免因为垫块位置不精确而致使钢梁销轴无法连接的情况产生，加快施工进度。

4.5.4 其他注意事项

由于该基础均是由钢结构组成，作为塔吊根基，其完好连接性将影响的整个塔吊的使用。在整个基础结构中，除了加强垫块与十字交叉钢梁之间的连接采用销接外，其他结构均采用焊接，为保证焊接质量，所以构件的尺寸均应当严格进行下料，避免因尺寸不吻合而造成部分连接空隙过大。焊接时，所有焊缝均应饱满平顺，满足施工规范要求。

5 结束语

塔吊基础是塔吊不可缺少的组成结构，其结构设计和施工质量的好坏将直接影响到后期塔吊施工作业的安全性，在建筑施工中有着重要的意义。塔吊基础施工技术的关键点在于塔吊基础的选型、施工工艺和设备的选择以及施工过程质量的控制。通过对上述关键点的合理把控，能够节省项目成本并加快施工进度，为项目带来很大的收益。本文通过对菲律宾埃斯特热拉-潘塔里恩大桥项目塔吊基础施工技术的研究，可以供类似工程项目塔吊施工借鉴，并提供一个清晰的施工思路，确保塔吊基础施工的安全性、经济性以及可操作性。