复杂地基条件下装配式塔机基础施工关键技术

徐兴杰， 方伟名

(中国华西企业股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都 610081)

装配式塔机基础根据地基承载力选择塔机基础混凝土预制拼装块体重量和预制形式，塔机基础一般由过渡件、配重块、端件、中心件，定位剪力件、拼装连接索、基础底板、基础夹板、基础顶板、预埋螺栓、螺栓压板和地脚螺栓等组成[1]。装配式塔机基础与传统整体现浇混凝土基础相比具有可装配、可循环使用、可移动、绿色节能的优点；传统整体现浇混凝土基础对钢材和混凝土浪费较大，所需人工费更多，在拆除塔机后混凝土基础处理难度较大，回收利用低，特别是在复杂情况下不利于安全稳定运行，干扰因素较大。

一般情况下的装配式塔机基础根据地质水文条件，选择垫层加大、加厚处理来提高地基承载力。其工法流程：确定地基承载力—确定塔机位置—测量、放线—开挖夯实基坑—浇筑混凝土垫层—混凝土养护—垫层放线—吊装各预制件及合拢—穿钢绞线及张拉—吊装配重件。

其次确认拼装位置的地基承载力特征值及拼装道路的具备条件，然后收集相邻建筑、道路、管线、边坡等相关资料，再根据要求清点预制件和配件数量、型号，最后根据设计和相关规范的要求检查预制件和配件质量〔2〕；基础上部一般为8 000 mm×8 000 mm×200 mm的混凝土找平和填实，中间增加φ12 mm三级钢，单层双向配筋，间距为200 mm，混凝土一般不低于C20，施工流程为确定拼装位置—测量、放线—验收基坑尺寸及质量—开挖或夯实基坑—浇筑钢筋混凝土垫层—吊装各预制件及合拢—穿钢绞线及张拉—吊装配重件—拼装地脚螺栓—监测及验收—使用。其流程只需满足规范要求，构件高差和平整度吻合即可。

1 复杂地基条件对基础安装的影响分析

高架桥范围内地质情况复杂。地下结构纵横交错，包括2#管廊、APM、大铁等，地上结构包括桩基开挖、航站楼提升架施工，停机楼施工等，下引桥第一联和第二联下部分别是2#支管廊，其具体情况有：

(1)根据场地地下水标高数据统计结果，该区地下水水位标高差异较大，初步分析系岩体透水性差，各微地貌单元之间水力联系弱，存有上层滞水、松散覆盖层中的孔隙水、基岩裂隙水3种。

(2)APM及大铁(成都至自贡城际铁路)下穿高架桥，同时高架桥与航站楼之间地下设有2#综合管廊(与高架桥走向平行)。

(3)土方开挖深度大，大面积处于压实回填地基处理区域，且软弱土层厚度较大，回填时间短，回填区域地基承载力较差。

(4)场地移交工期紧迫。场地移交工期要求已开挖区域回填完成，承载力达到规范和设计要求，并满足高架桥满堂架基础地基承载力要求，且场地平整。

(5)四周场地堆放材料较多及场地施工开挖，停车楼施工，航站楼施工，导致交通线路堵塞，单位多，车辆多，人员复杂，而高架桥所有材料均需采用塔吊调转，高架桥与周围环境如图1所示,高架桥位置如图2所示。

图1 高架桥与周围环境

图2 高架桥位置

(6)受雨季影响，最大雨量及雨季时间，日最大降水量为200.8 mm。

(7)安装运输过程由于回填土以及周围多工种施工影响，运输道路困难，采用钢板及装配式混凝土基础结合铺路，保证塔机顺利安装及材料正常运输。

(8)部分塔机附着安装困难。高架桥施工工法原因及塔机位置，导致部分附着杆安装困难，最后采取附着杆加长，利用周围建筑物安装。

(9)部分塔机垫层基础养护受雨季和地面水影响，采用挖集水坑抽排水，保护塔机基础，养护期间用薄膜和土工布结合覆盖，用回弹仪，检测混凝土强度达到80%方可进行下一步操作。

综上复杂情况分析，高架桥范围干扰因素对桥梁施工影响较大。交叉施工、复杂地质条件都不利于传统塔机安装。在此复杂情况下考虑使用装配式塔基础。

2 地基处理方案

2.1 装配式塔基础安装计划

高架桥区域共计划安装8台QTZ100(T6013A-8A)塔式起重机。其中G2-4#塔机位于大铁顶板上，回填高度不高，采用C20混凝土换填处理，待混凝土达到一定强度后方可安装；G2-6#、G2-7#和G2-8#塔吊位于压实填土区域，地基采用高压旋喷加固，加固后根据地勘报考确定地基承载能力，根据承载要求结合平面布置图利用GPS确定塔机安装位置，测量放线后夯实基坑，浇筑垫层尺寸8 m×8 m 20 cm厚C20混凝土垫层并作承载力试验，符合要求后安装塔机。根据地勘资料和JGJ/T 187-2009《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》，G2-2#、G2-3#、G2-4#和G2-5#塔吊位于挖方区域，基础地质情况均符合要求，仅需对基础面层进行压实平整，浇筑垫层，垫层养护强度达到80%便可安装装配式基础，塔吊计划布置见图3。

图3 高架桥塔机布置

2.2 高压旋喷加固方案

对于G2-6#、G2-7#和G2-8#塔机位于压实填土范围内，且周边地下存在市政管网，经与地勘资料和市政管网对比，最终确定G2-6#塔机采用高压旋喷对地基进行加固；G2-7#塔机采用高压旋喷桩加固，G2-8#塔机采用高压旋喷桩加固。

塔机地基范围内喷射注浆采用单管法和双管法结合。高压旋喷桩单桩直径采用0.6 m，下部同土层搭接1 m。高压旋喷桩中心点在桩圆周上，高压旋喷桩相互搭接100 mm且均匀排布。不同桩径高压旋喷桩加固布置见图4，此地基加固采用6根高压旋喷桩。

图4 不同桩径高压旋喷桩布置

经查阅相关资料与现场勘查，G2-6#、G2-7#和G2-8#塔机在回填区域内其承载力小于120 kPa ,不满足安装要求。采用基础方案处理：

(1)桩基下部7 m×7 m范围内采用高压旋喷桩加固，采用桩径0.6 m，直径1.2 m的高压旋喷桩，呈正方形布置，桩底标高按入岩层0.5 m控制，大铁顶板位置高压旋喷桩底距离顶板0.5 m。

(2)混凝土垫层平整度≤5 mm。

(3)垫层7 300 mm处四周挖400 mm×400 mm截水沟，保持排水通畅，基础周边无积水。具体处理方案见图5。

图5 高压旋喷桩布置平面(单位:m)

高压旋喷桩设计桩长要求：①下部为岩层的塔机基础高压旋喷桩需嵌入岩层500 mm，如图6所示；②下部有结构(大铁顶板、雨污管网)的高压旋喷桩桩底距离结构顶部500 mm，如图7所示。

图6 塔机基础剖面(单位:m)

图7 下部有结构的塔机基础剖面(单位:m)

旋喷桩按正方形布置，采用强度等级为 42.5 级的普通硅酸盐水泥，水灰比按 1.0，水泥掺量按 25%计，水泥用量约260 kg/m。

采用双重管法施工时，水泥浆压力大于25 MPa，气流压力大于0.7 MPa，提升速度 0.1～0.15 m/min，旋转速度 12～15 r/min。施工工序为：机具就位、现状堆载体及填筑体内钻探引孔至桩底标高、贯入喷射管、喷射注浆、拔管和冲洗等。

当喷射注浆管贯入土中，喷嘴达到设计标高时，可喷射注浆。当喷射注浆参数达到规定值后，按旋喷工艺要求提升喷射管，由下而上旋转喷射注浆(待水泥浆液冒浆至状地表后停止喷浆)。喷射管分段提升的搭接长度不得小于 100 mm。在旋喷注浆过程中出现压力骤然下降、上升或冒浆异常时，应查明原因并及时采取措施。

施工过程中应做好施工记录，施工记录应包含以下内容：桩位置、起止时间、转速、水泥浆压力、流量、气流压力、水流压力、提升速度、桩顶和桩底标高等。施工示意图见图8。

图8 旋喷注浆施工

旋喷桩复合地基承载力检验应采用复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验。检测数量不得少于总桩数的1%，且每个单体工程复合地基静载荷试验的数量不得少于3台，承载力检测应在成桩 28 天后进行。

2.3 地基检测方案

为检查塔机基础是否满足要求，需进行加载试验检测。塔机QTZ100(T6013A-8A)最大极限载荷不超过170 t，本次载荷采用平铺加载，平铺面积6 m×6 m，载荷总共200 t，布置3个沉降监测点，检测基础承载值和不均匀沉降量[3]。具体加载方式如图9、图10所示。

图9 承载力实验混凝土加载块平面布置(单位：m)

图10 现场加载布置

2.4 评判标准

根据JGJ/T194-2009《钢管满堂支架预压技术规程》，在全部加载完成后的沉降监测过程中[4]，满足下列条件之一时，判定预压合格。

(1)各监测点最初24 h的沉降量平均值小于1 mm。

(2)各监测点最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

3 基础安装

装配式基础由过渡件、配重块、端件、中心件等组成，基础连接采用钢绞线张拉连接成全预应力结构体。而过渡件预留的孔洞采用双头螺栓，地脚螺栓单根紧固力矩不小于塔机要求拧紧力矩，预留的螺栓连接塔式起重机基础节4个角，整个装配式基础承载起塔机荷载，保障其安全运转，基础平面图见图11。

1.中心件;2.过渡件; 3.端件; 4.配重块; 5.螺栓孔洞图11 装配式基础平面

安装流程：垫层上弹好十字轴线，铺2cm厚中粗砂并刮平，将中心件放入弹好的轴线中点—按顺序拼装中心件四周的第一、二层过渡件—再按顺序拼装第二层对应位置的端件—穿钢绞线、上锚具、张拉达到设计值，张拉结束后钢绞线抹油全面检查—吊装配重件并压在四角—安装地脚螺栓—基础四周砌墙并预留排水口[5]。

站前高架桥塔机基础对于地基承载力的要求极高，在安装过程中，对预应力混凝土构件安装精度要求较严格。对于这一现状，技术部门利用BIM技术对塔吊安装定位过程进行精准的安装模拟定位，项目专职测量人员根据施工平面布置图采用GPS确定塔机安装位置，运用GPS技术进行定位，运用全站仪将各个混凝土构件的位置进行多次复核测量，保证混凝土构件安装位置准确无误[6]，基础拼装检验方法和允许偏差如表1所示。

表1 装配式塔机基础安装检查

4 基础监测

由于地质情况复杂，在塔机安装后，需对塔机底座水平度、螺杆尺寸和垂直度进行观测和记录[7]。将塔机地脚螺栓进行编号，以第一次长度为参考观测螺杆尺寸变化，对螺杆尺寸进行统计；基础底座水平度设定标高值后读出1号点、2号点、3号点、4号点标高值，重点对基础的沉降和位移情况系统监测，每周进行3次监测，同时在监测基础上对塔机垂直度进行测量，垂直度监测为设定测量值后Y轴点与X轴点偏差范围满足小于4‰要求。雨季加大对塔机的监测频率，测量后对监测数据进行前后分析对比，确保塔机安全。并且在塔机每次作业之前和使用过程中，都要对基础的构件变形情况和地脚螺栓松动情况进行仔细观察，发现问题及时处理，形成常态化监测机制，直至塔机拆除为止。

5 结束语

复杂地基基础条件下安装装配式塔机基础，面对雨季水、地表水、地下水、地质复杂岩土层、地下建筑结构、回填层、承载能力、施工工期、交叉施工等等多重因素干扰下，能安全、迅速完成任务，对整个安装、使用过程的安全考察、安全分析、安全监督、安全评估是非常重要的措施。在站前高架桥装配式塔机基础施工技术运用过程中，充分体现了航站楼站前高架桥施工中的经济效益，表2、表3可见装配式塔机基础的优点。

由表2、表3可见，装配式塔机基础与传统钢筋混凝土塔机基础对比，不管是工期效益还是基础费用方面都占优势，在生态环保效益方面，减少了混凝土垃圾的产生，影响市容市貌、污染环境等问题。站前高架桥装配式塔机基础是安全绿色节能又经济的应用实例，在未来大型建设领域装配式塔机基础将成为主流。

表2 工期效益对比

表3 基础费用对比 单位：元