深大基坑中格构柱式塔吊基础技术要点

　　1 引言： 

 

　　随着社会的发展和施工技术水平的提高，为了充分利用有限的土地资源，人们开始设计越来越多的高层并往地下扩展空间，地下室的深度及规模越来越大，基坑围护结构越来越复杂。在深大基坑的施工过程中，创造条件保证塔吊尽早投入使用对于提高基坑围护和地下室施工时的有着重要的意义，而塔吊基础的施工是塔吊安装的制约因素之一。本文结合一个188金宝博平台实例对深大基坑条件下塔吊基础的选择与施工要点等进行解析。 

 

 

　　某商务写字楼位于福州市台江区，该商务写字楼188金宝博平台结构形式为框架剪力墙结构，总建筑面积为184944.44m2，其中上部建筑面积为146054.54m2，地下室建筑面积为38889.9m2。写字楼主楼地上27层、裙房5层，地下三层，地下一层高4.8m，地下二、三层高3.6m。开挖深度从室外地坪算起约为13m。 

 

　　场地地质情况如下： 

 

　　岩土层自上而下分别为： 

 

　　2.1 杂填土：堆填时间大于5年，本层分布于整个场地，厚度为1.4～3.9米。 

 

　　2.2 填中砂；堆填时间大于5年。本层仅SK19,SK31,SK38,SK42钻孔揭露到，厚度为1.1～2.8米。顶面埋深为0.00～2.1m，顶面标高为4.12～6.62m。 

 

　　2.3 粉砂夹淤泥：本层分布于整个场地，分布厚度11.1～17.4m，顶面埋深为1.3～5.1m，顶面标高为1.91～5.2m。在SK19、SK21、SK38、SK44H、SK52、SK54、SK55、SK59、SK61、SK62钻孔地段该层上部厚度0.8～1.9m为流塑状淤泥夹砂层(编号为2―1) 

 

　　2.4 淤泥夹砂：本层在SK7、SK9、SK19、SK22、SK29、SK32、SK40～SK45钻孔地段揭露到，分布厚度1～3.9m，顶面埋深为15.4～20.2m，顶面标高为-14.13～-9.19m。 

 

　　2.5 细砂夹淤泥∶本层分布于整个场地，厚度8.7～17.4m顶面埋深为16.1～23.3m，顶面标高为-17.17～-9.7m。 

 

　　2.6 淤泥质土夹砂：本层在SK38钻孔地段揭露到，分布厚度为2.3米。顶面埋深为34.2m，顶面标高为-27.58m。 

 

　　2.7 粉砂：本层分布于整个场地，分布厚度为2.3～11.1m，顶面埋深为29.4～36.5m，顶面标高为-29.88～-22.28m。

 

　　2.8 细砂：本层分布于整个场地，本次勘察纯地下室及地下室外侧地段钻孔在该层终孔，揭露厚度0.8～6.9m。其余钻孔地段均揭穿，厚度13.6～17.3m，顶面埋深为38～41.8m，顶面标高为-35.51～-30.88m。 

 

　　2.9 卵石：本次勘察有30个钻孔有揭露到，其中有9个钻孔揭穿，厚度为5.6～9.05m，其余钻孔揭露厚度为5.1～8.8m。顶面埋深为51.98～56.86m，顶面标高为-50.6～45.45m，层面较平缓。 

 

　　2.10 粉砂：本层仅在SK16,SK21，SK31，SK33，SK37，SK40，SK42，SK43，SK44钻孔地段揭露，厚度5.60-11.55m，顶面埋深为59.50-64.70m，顶面标高为-59.40―53.24m。 

 

　　2.11 卵石：本次勘查sk16,sk21,sk31, sk33,sk37,sk40,sk42,sk44钻孔地段揭露到，均为揭穿，揭露厚度2.80-6.90m，顶面深埋为67.20-74.20m，顶面标高为-67.94―-60.94m。 

 

　　2.12 强风化花岗（砂土状）：本层仅在sk31钻孔揭露到，分布厚度1.40m，顶面埋深为79.40m，顶面标高为-73.22m。 

 

 

　　本188金宝博平台地下室基坑占地面积大，基坑面积约23000m2，开挖深度达13m；地下室围护结构设置两道钢筋混凝土水平支撑，钢筋、模板、混凝土等材料用量大，运输距离长，为提高工作效率，塔吊必须尽早投入使用，必须在水平支撑施工及地下室结构施工前安装到位。但由于本188金宝博平台地处市中心，基坑四周施工空间狭小，且北面有河道沟渠、东面紧临居民住宅等，不具备塔吊安装条件；同时考虑到塔机安装位置应有利于塔机的安装和拆卸、能使其发挥最大使用效率、便于安装附墙等因素；以及群塔布置既要最大限度减少平面交叉，又要尽可能减少盲区。综合考虑施工现场的实际情况、建筑物的平面位置和地下室基坑围护支撑梁布置情况，本188金宝博平台计划安装四台QTZ63塔式起重机，安装位置全部设置在基坑范围内。 

 

　　针对该深大基坑内的塔吊基础施工，有三种方案可供选择： 

 

　　3.1 传统方式：先行开挖塔吊基础处土方，开挖深度为地下室三层底板底标高，将塔吊基础落在设计地下室底板处。 

 

　　该方案施工难度大，原因有：

 

（一）开挖深度达13m，且地质报告显示拟开挖范围内的土质为杂填土、填中砂、粉砂夹淤泥等，地下水位高。土方开挖深度较深，放坡困难，地下水影响，边坡支护复杂，施工风险大。

 

（二）塔吊安装完成后土方全面开挖前塔身的保护难度大，也不利于塔吊自身的稳定和保护；

 

（三）由于塔吊位置基坑中间，也会影响基坑土方的大面积开挖。

 

（四）必然要采取相应的降水措施和塔吊基础深基坑围护措施，增加了工期和成本。 

 

　　3.2 在塔吊底部4角对称分布4根水下冲孔混凝土桩作为塔吊基础，桩顶标高为-7.4m。 

 

　　该方案有以下特点：

 

（一）每台塔吊需四根灌注桩作为支撑，四台塔吊共需16根，材料用量大，施工成本高；

 

（二）灌注桩混凝土强度未达到设计强度时，无法进行塔吊基础的施工，否则易造成桩身的破坏。

 

（三）塔吊使用过程中灌注桩桩身长时间裸露在外，不易保护，难于保证混凝土的强度。

 

（四）这部分桩身需在塔吊拆除后进行拆除，易造成大量混凝土块垃圾； 

 

　　3.3 采用钢平台或钢筋混凝土承台加格构柱式塔吊基础，格构柱顶标高为-7.4。 

 

　　该方案具体如下：在塔吊底部4角对称分布4根Φ900水下冲孔混凝土桩，从地下室底板至塔吊基础高度采用4根钢格构柱分别插入4根混凝土桩中作为塔吊基础荷载传递构件，塔吊基础作为塔吊底部加强节安装的基座，使得上部塔吊安装方式与正常安装的塔吊一样。塔吊基础可采用钢平台或钢筋混凝土平台。钢格构柱可以提前制作，不影响工期。 

 

　　该方案具有施工方法简便，相对工期较短；质量安全有保证；格构柱材料可回收，成本相对较低的特点。 

 

　　对以上三种方案进行综合分析比较后，确定采用第三种方案。 

 

　　经过设计及验算本188金宝博平台塔吊基础设计如下：（计算书详见附件） 

 

　　3.3.1 支撑灌注桩：塔吊基础采用四根钻孔灌注桩，内插钢格构柱。桩径Φ900，桩长约32m（自-13.3m标高算起），主筋12Φ18，箍筋Φ8@200，加强钢筋2Φ14@1500。混凝土等级为水下C25。桩顶标高-10.8m，施工时混凝土泛浆高度为2.5米，此段混凝土在支架焊制横撑、斜撑时逐段凿除。定位误差在20mm以内。 

 

　　3.3.2 支撑格构柱：单根格构柱由4L180×16加-70×8横条及L70×8缀条组成，柱截面尺寸550×550，长8.5 m，锚入钻孔灌注桩3m伸入钢筋混凝土承台600mm。为增加格构柱截面性能并减小长细比，确保整体稳定，在四根根格构柱上焊接斜（横）撑。在开挖过程中，每开挖到横撑节点标高立即进行该撑段的横撑和斜撑制作，横撑和斜撑采用L140×14角钢，上下间距2000mm。 

 

 

　　3.3.3 塔吊混凝土承台：采用钢筋混凝土承台，尺寸为4500×4500×1350，内配钢筋双层双向Φ22@150，箍筋Φ16@450。承台混凝土强度C35。 

 

　　3.3.4 塔吊混凝土承台与格构桩构造措施 

 

　　塔吊格构柱锚进承台内，上口保持水平，用钢板封口，塔吊底座直接放在四根格构柱上，与格构柱焊牢。塔吊格构柱锚进承台600mm，然后四周加焊12支Φ22钢筋锚进承台。 

 

 

　　4.1 施工顺序： 

 

　　施工准备��桩基施工��塔吊混凝土承台施工��塔吊标准节安装 

 

　　4.2 施工准备过程： 

 

　　4.2.1 塔吊基础的结构设计计算应分非工作状态荷载和工作状态荷载进行，计算内容包括：（一）、钢筋混凝土承台验算；（二）、单肢格构柱截面验算；（三）、整体格构柱基础验算；（四）、桩承载力验算桩；（五）、竖向极限承载力验算； 

 

　　4.2.2 原材料检查：对钢格构柱材质等进行进场检验，按照《钢结构188金宝博平台施工质量验收规范(GB50205-2001)》对其原材料及焊接进行验收，并形成资料。钢材应有出厂合格证书，并有钢结构制造厂商对每批钢材按规定进行自检合格的资料。钢材的表面缺陷(锈蚀、麻点、划痕等)不得超过现行国家标准。按构件明细表核对使用的构件，查验产品合格证和保证书。核对钢材、连接材料的质量证明书或试验报告；钢格构柱所选构件的材质应该等同塔吊标准节的材质，且钢格构柱的强度和稳定性必须大于塔身标准节。 

 

　　4.2.3 格构柱制作：格构柱在施工现场进行预制，格构柱制作前，应对钢构件的质量进行检查，钢构件的变形、缺陷超出允许偏差时，应进行处理。拼装前，应清除飞边、毛刺、焊接飞溅物。同一柱的各柱顶高度偏差为5mm，同1根梁两端顶面高差为L/1000，结构整体平面弯曲偏差为L/1500。格构柱吊装前应清除其表面上的油污、泥砂和灰土等杂物； 

 

　　4.3 桩基施工： 

 

　　4.3.1 冲孔灌注桩施工过程按照相关标准进行控制，在此不详述。要点：必须根据施工组织设计选定的塔吊的平面位置进行测量放线，定出4根钻孔灌注桩的中心位置，要确保位置准确，以免影响格构柱及混凝土承台的安装。 

 

　　4.3.2 格构柱吊装前应清除其表面上的油污、泥砂和灰土等杂物；将制作好的钢格构柱同钢筋笼钢筋焊接固定一起放入孔内，复核钢格构柱位置和标高，下柱时采用经纬仪对垂直度纠偏，用水准仪控制格构柱柱顶标高。立柱桩垂直度要符合≤L/1000规范要求，保证桩体垂直受荷。钢格构柱的位置、方向、标高固定后，按要求进行二次清孔并浇筑混凝土。 

 

　　4.3.3 钢格构柱之间的杆件连接在冲孔灌注桩浇筑完成并达到设计强度后，对塔吊基础周围的土方进行分层开挖;土方开挖达到一定的深度后，随即对钢格构柱内外的混凝土进行凿除并焊接水平和斜撑杆件。为保证格构柱桩体质量，土方开挖时要对称进行，挖机禁止碰撞桩体，格构柱周边土体应人工挖铲。后期格构柱外围混凝土剥离时，不允许使用空压机，而应手工凿除。 

 

　　4.4 塔吊混凝土承台施工： 

 

　　土方开挖至承台设计标高时对承台基底进行夯实平整后，承台底可采用混凝土垫层或木模，安放钢筋笼并进行格构柱加强筋的焊接，然后进行混凝土的浇捣。施工要点：要保证格构柱的位置准确和伸入承台的长度。 

 

　　格构柱式塔吊基础 

 

　　5 技术安全控制措施 

 

　　5.1 钢格构柱在桩孔中的位置应放置准确，应控制好垂直与水平的偏差，避免钢格构柱偏位过大，导致塔吊标准节无法安装。冲孔桩浇筑在放置钢格柱时，要做好定位措施，派专人看管，确保钢格柱位置的正确性，以利于水平、斜撑的焊接； 

 

　　5.2 为保证焊接质量，焊接水平杆件、斜撑杆件、承压板和加劲板时的焊接操作人员必须持焊接上岗证上岗。 

 

　　5.3 在塔吊基础部位，挖机挖土时，要注意保护钢格柱，这一点要引起注意，在施工现场常有遇到没人指挥导致挖机无意碰到钢格柱，产生钢柱的偏位、头部扭曲，对塔吊的运行埋下隐患； 

 

　　5.4 因钢格构柱直接穿通地下室底板，易造成地下室底板与钢格构柱角钢的交接处渗水，本188金宝博平台采用在交接处加焊6mm厚的钢格构柱止水片，以防止渗漏。 

 

　　5.5 在塔吊基础和钢格构柱的施工过程中，塔机生产厂家应对塔吊基础进行技术指导并参与验收，塔机安装好后需对塔吊的整体情况进行测试并试运转。 

 

　　5.6 塔吊加节时需考虑独立高度的安全系数，对使用说明书规定的独立高度H，再乘以0．8的安全系数。施工过程应对塔吊垂直度和格构柱的强度、刚度、稳定性应进行必要的监测和检查，保证施工的正常运行。 

 

　　6 结语 

 

　　随着建筑业的发展，冲孔灌注桩桩插入格构柱塔吊基础这种作法在深大基坑188金宝博平台中的运用也会越来越普遍。这种做法不仅解决了基坑围护支撑体系结构施工和土方开挖阶段的运输问题，还在一定程度上加快了188金宝博平台的施工进度。采用冲孔灌注桩插入钢格构柱式塔吊基础，与普通承台式的塔吊基础相比，特别是在深大基坑中可减少塔吊基础施工时的难度，从而降低施工成本，加快施工进度，确保地下室188金宝博平台的顺利进行。 

 

　　参考文献 

 

　　[1]《建筑施工手册》（第四版）编写组 建筑施工手册（第4版）缩印本 北京：中国建筑工业出版社，2003 

　　[2]规范：《钢结构设计规范》GB50017-2003、《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》JGJ196-2010