特殊工况下塔吊基础的选型与施工

龚锋锋

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

随着城市化建设的全面提速和老城区的改造升级，工程项目建设的形式日益多样。城市地下室整体开发与各开发公司的先后进场，或老城区改造利用原有建筑地下室，会面临上部结构施工时地下室顶板已成形，从而对后期进场施工，特别是给塔吊等大型施工设施布置带来了诸多困难与挑战。在上述特殊施工工况下，常采用的方式有：结构开洞，塔吊基础布设在地下室结构底板；选择合适场地搭设塔吊基础专用结构；利用地下室结构，塔吊基础布设在地下室顶板等[1-6]。本文结合上海市徐汇区黄浦江南延伸段某商办楼项目工程建设情况，重点研究利用地下室顶板梁柱结构设置钢筋混凝土塔吊基础的适用情况、施工方法与具体措施。

1 工程概况

背景工程为上海市徐汇区黄浦江南延伸段某商办楼项目地上部分（图1），用地范围南至龙文路，北至规划七路南侧，东至云谣路西侧，西至规划十一路东侧，总用地面积12 540.5 m2，总建筑面积61 921 m2，核心筒对应地下建筑面积3 687 m2。

图1 工程平面示意

工程地上共6栋建筑，分别为1栋21层办公塔楼（高120 m）、2栋1层商业楼、3栋2层商业楼。工程地下建筑共3层，为塔楼核心筒及设备机房。地下1层层高7 m，为车库、设备用房及商业；地下2层层高4.2 m，为车库及设备用房；地下3层层高3.8 m，为车库及设备用房。进场施工前，周边道路规划七路和规划十一路暂未完工，地下室顶板已施工完成，仅预留首层插筋、钢结构劲性柱及圆管柱等。

如何在不破坏原有地下室结构的情况下，在复杂环境下利用现有条件以相对方便、经济可行的方式设置塔吊。从而满足地库顶板上方高120 m建筑顺利施工，塔吊基础的选型及施工成为关键难题之一。在考虑利用地下室顶板梁柱结构设置钢筋混凝土塔吊基础时，需重点分析塔吊基础的具体形式、布设位置、传力方式、承载能力等要求。

2 特殊工况下塔吊布置的影响因素分析

2.1 减少对地下室结构影响

本项目进场时地下结构已完成，上部结构施工阶段若因设置塔吊基础，破坏原地下室主体结构，势必造成地下室成品破坏。若把塔吊基础设在地下室，将产生以下不良后果：影响施工过程对地下室的使用；上部结构施工时，塔吊基础位置易发生雨水回灌，将对地下室已施工完成区域造成破坏；将增加塔吊标准节和附墙的使用；在拆除塔吊基础梁时增加场内机械运输成本；后续还需对塔吊位置结构板进行补缺，成本较高。故塔吊基础宜考虑设置在地下室顶板上方。

2.2 避让后续拉索幕墙施工

本工程主塔楼为21层办公塔楼，其中主楼西立面1—3层、南立面10—13层部分、东立面18—21层中庭为高18 m的拉索幕墙挑空层，拉索幕墙区域的外框圆管柱（灌芯）通过钢箱梁横向连接。塔吊布置需考虑塔吊附墙连接，附墙应尽可能避让拉索幕墙区域的圆管柱，避免因附墙拉力造成圆管柱垂直度偏差。

2.3 确保总体施工场布合理

上部结构进场施工前，场地周边道路仅南侧龙文路（下方为管廊，不宜通行重型车）和东侧云谣路可通车，北侧规划七路及西侧规划十一路暂未完成，不具备通车条件，重型材料运输只能考虑从东侧云谣路进出。塔吊的布置位置需考虑周边道路交通组织。且本工程主塔楼为核心筒＋外框圆管柱（灌芯）结构，钢梁、柱等钢结构近6 000 t，塔吊布置需综合考虑钢构件材料卸货问题，钢结构临时堆场需在塔吊覆盖半径范围内。

通过分析上述塔吊基础布置影响因素，本项目塔吊基础选型分析如下：

1）若选用装配式钢梁通过剪力墙种植筋、抱箍、螺栓等连接，对剪力墙的要求较高，种植筋密而深，对原结构破坏多，钢梁需通过厂家结合现场情况加工。前期道路不通，没有起吊机械的情况下，对劳动力要求高。另外，钢梁抗倾覆能力差，塔吊使用过程中钢梁易因剪切破坏而发生倾倒。为便于施工，且确保塔吊更加安全、稳定运转，故本工程不考虑设置单独搭设的装配式塔吊基础承台。

2）常规在地下室施工时，结合地下室及上部结构情况，在深基坑施工阶段，基坑内高承台塔吊基础多使用格构柱加钢筋混凝土基础承台形式，少量采用普通钢结构基础承台。而本工程在综合考虑不破坏原有地下室结构及成品，主塔楼东、西、南三面拉索幕墙区域圆管柱不宜塔吊附墙，周边2条道路暂未通车，仅1条道路可供上部大量钢构件通行、吊装等诸多复杂环境后，不考虑塔吊基础设置在地下室底板。

综上所述，结合本工程实际情况，利用地下室顶板梁柱结构设置钢筋混凝土塔吊基础是较为合理的选择。

3 塔吊基础的设计与实施

3.1 布设位置的选定

根据现场实际情况，计划在地下室顶板上方布置2台塔吊，一台供A主楼核心筒施工使用，另一台供裙房、主楼外框圆管柱、钢梁、楼承板等施工使用。考虑到场地西侧和北侧道路暂未通行，南侧裙房较多，主楼西侧空地无法布设塔吊，且A塔楼北侧外框圆管柱紧靠用地红线等情况，结合东侧18—21层和西侧1—3层有2处高18 m的拉索幕墙挑空层，南侧10—13层仅东南角区域有中庭，故考虑一台塔吊位于主楼南侧，另一台位于主楼北侧，2台塔吊需满足群塔施工要求。

结合上部结构钢梁、钢柱等材料的质量，拟选用1台STT133型塔吊（北），设于主楼北侧外框和核心筒之间，臂长取30 m。取2倍率起升速度，自由高度49.266 m，最终安装高度135.126 m，端部最大起重量为3 t，附墙连接在核心筒混凝土结构上，能满足主楼核心筒结构施工使用需求。

（3）问题处理：集装箱上的铅封被毁、控制中心发现无效铅封拒绝开封、电子铅封内嵌芯片失灵等情况都属于本系统的问题，需要提出处理问题办法[2]。

选用1台QTP250（ZTT7023-12T）型塔吊（南），设于主楼外南侧F裙房区域内，臂长取60 m。取2倍率起升速度，初装最大高度51 m，最终安装高度148.74 m，端部最大起重量为3.2 t，附墙连接在外框圆管柱上，主要满足本工程上部结构钢结构吊装使用需求，且大臂始终位于北侧塔吊上方。

3.2 基础结构的设计

以STT133型塔吊基础为例，考虑基础设置于地下室顶板上方，位于A主楼北侧圆管柱与核心筒之间，塔身需避开上部结构钢梁、柱、楼梯等结构。结合地下室顶板上方可利用的结构柱及剪力墙，利用植筋上做的4根结构柱，在首层板上形成塔吊基础反梁。通过仔细查阅地下室顶板结构图纸，并经原结构设计复算整栋楼梁、柱结构受力情况，考虑将STT133型塔吊基础北侧2个柱子（500 mm×500 mm），在地下室2根圆管柱之间的剪力墙部位竖向植筋，避开圆管柱（灌芯）；塔吊基础南侧2根柱子（800 mm×800 mm），利用地下室结构柱部位竖向植筋（原结构柱仅至±0 m）。后利用植筋上做的4根结构柱，在首层板上形成塔吊基础反梁（根据4根柱的位置关系，整个基础梁呈梯形，见图2）。

图2 STT133塔吊基础利用结构柱及剪力墙结构示意

为避免对地下室顶板的结构板面质量产生影响，特采用梁-柱传力的基础形式，把基础反梁腾空50～100 cm。可随时观察基础反梁结构质量，有无结构裂缝、梁柱变形、沉降情况等，也为后续采取结构加固等补救措施提供操作空间。经原结构设计复核受剪承载力及抗倾覆、稳定性，原主体结构可承受该作用力，植筋深度为23倍纵筋直径，即57.5 cm。

STT133型塔吊基础南北柱间距有9.6 m，结构梁均由设计用软件计算，并经原结构设计复核，塔吊基础反梁由7根基础梁组成，基础梁底标高距首层板底500 mm，塔吊基础范围首层板标高为－0.10 m，梁高为1 500 mm，塔吊基础面标高为＋1.90 m。7根基础梁根据计算，采用截面积为500 mm×1 500 mm、800 mm×1 500 mm及900 mm×1 500 mm的大梁，混凝土等级采用C45，塔吊基础节地脚螺栓直接预埋于梁内，塔吊底架选用过渡节，底节高为7.74 m，截面为1.67 m×1.67 m。

此4根柱相关范围地下室顶板以上主体结构缓建，待塔吊拆除后再行施工，地下室顶板以上控制楼面活荷载不大于2 kPa。

同理，ZTT7023-12T型塔吊基础位于A主楼南侧F裙楼区域内，塔吊基础采用现有的4根结构柱，在首层板上增设7根塔吊基础梁，基础梁底标高距首层板底1 100 mm，塔吊基础范围首层板标高为－0.10 m，梁高为1 500 mm。根据计算，7根基础梁采用截面积为600 mm×1 500 mm、700 mm×1 500 mm及900 mm×1 500 mm的大梁，塔吊基础节地脚螺栓直接预埋在梁内，底架选用固定式底节，底节高为7.76 m，截面为2 m×2 m。

综上，本工程通过原结构设计单位复算受剪承载力及抗倾覆、稳定性，确认基础梁的大小及种植筋长短。塔吊基础通过地脚螺栓把力传至基础梁上，结构反梁传递至竖向结构柱及剪力墙上。塔吊基础的受力通过转换，有效改变其力学传播路径，直接将塔吊基础的反力作用在原结构柱上，从而以梁-柱传力的基础形式实现了塔吊基础布设在地下室结构顶板。

3.3 塔吊基础实施与要点

本工程进场前地下室已经完工，在上部结构实施过程中，为了尽可能减少对原有地下室结构的破坏及对地下成品的保护，通过分析复杂环境，在既有地下室顶板上方利用周边结构柱及剪力墙设置钢筋混凝土基础承台，塔吊通过地脚螺栓与超大基础反梁连接在一起，把力传至基础梁上，基础结构反梁传递至竖向结构柱及剪力墙上。塔吊基础的受力通过转换，有效改变其力学传播途径，直接将塔吊基础的反力作用在原结构柱上，从而以梁-柱传力的基础形式实现了板顶设塔。该塔吊基础专项施工方案经专家论证后按评审方案要求组织施工。塔吊基础施工完成经养护后投入使用，塔吊使用过程中，塔吊基础梁及承台做好每月沉降观测。

经实践，地库顶板上方利用周边结构柱及剪力墙设置钢筋混凝土基础承台安全、稳定、可靠。STT133型塔吊基础位置在主塔楼核心筒与外框之间，塔吊基础范围内压型钢板待塔吊使用完成并拆除后，再铺设压型钢板，采用比原混凝土等级高一级的微膨胀混凝土进行结构补缺。该塔吊基础结构均为临时结构，将采用绳锯切割吊运的方式进行拆除。

而ZTT7023-12T型塔吊基础位于F栋裙房（仅1层）内，该裙房结构待塔吊拆除后施工。该塔吊除基础4根结构柱为永久结构外，其他梁、板均为临时结构，将采用绳锯切割吊运的方式进行拆除。

3.3.2 塔吊基础施工要点

1）植筋施工要点。植筋采用直径25 mm的钢筋注胶植筋，7 d后结构胶完全固化，进行拉拔试验（无损伤检验），试验值达到设计要求（每根钢筋强度设计值的80%）后卸荷。注胶48 h后方可进行下道工序施工，48 h内不得对钢筋有任何扰动。植筋锚固的关键是清孔，结构胶必须有检验报告。

2）基础承台排架施工。2个塔吊基础梁均属超限梁，按照梁底立杆根数按每根立杆支撑梁混凝土体积0.25 m3以内布置，故基础梁现浇混凝土施工：钢管φ48 mm×3.0 mm，立杆间距700 mm×700 mm，步距900 mm，900 mm×1 500 mm的超限梁跨度方向立杆间距350 mm，梁底增加3根支撑，梁、板底支撑用双扣件。

3）塔吊基础沉降观测。基础塔吊混凝土拆模后应在四角设置沉降观测点，并完成初始高程测设，在上部结构安装前再测1次，以后在上部结构安装后每半月测设1次，发现沉降过大、过快、不均匀沉降等异常情况应立即停止使用，并等待相关部门分析处理后，方可决定可断续使用或不能使用。

4）塔吊基础周边临边围护措施。塔吊安装完毕后，基础承台四周搭设高1 200 mm的围护栏杆，并布置警示牌，夜间加设红灯标志。搭设完毕并经施工员、安全员检查通过后方可正式启用（图3）。

图3 塔吊基础周边临边围护示意

4 结语

本工程在实施过程中，针对地下室顶板已完成的情况，系统分析地下结构及周边复杂环境等诸多因素，因地制宜，通过利用地库顶板上方既有柱、剪力墙等对塔吊基础的受力进行转换，有效改变其力学传播途径，直接将塔吊基础的反力作用在原结构柱上，从而实现通过结构梁-柱传力的方式在首层板上布置钢筋混凝土塔吊异形基础的目标。

与传统的组合式塔吊基础（钻孔灌注桩＋钢格构柱＋钢筋混凝土承台）及普通钢结构基础承台相比，本项目的塔吊基础对原有梁柱的破坏更小，抗塔吊倾覆力更强。与其他塔吊基础布置方案相比，该方案更具有可操作性与经济性。不仅尽可能减小了对地下室结构的影响，同时节省了约50 t钢材及56 m3混凝土，减少了机械设备及劳动力的投入，从而达到了绿色施工的目的，取得了良好的社会效益及经济效益，为后续同类工程施工提供了一定的借鉴经验。