塔吊基础在软土地区深基坑的应用

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【摘要】：对超大面积深基坑工程基础施工技术进行探讨，论述分析某软土地区深大基坑工程设置2道混凝土内支撑、采用钢平台加钢格构柱塔吊、在内支撑施工前完成塔吊安装的基础施工要点。

【关键词】：软土；深基坑；内支撑；钢平台；钢格构柱；塔吊；基础

随着工程建设行业的快速发展,大型建筑工程的地下室规模越来越大，塔吊位于地下室的情况极为普遍。钢格构式塔吊基础作为一种新型塔吊基础形式，既可以保证塔吊在基坑土方开挖前就可以投入使用，又能减少塔吊基础施工时的挖深，对提高施工效率、缩短施工周期、节约施工成本具有重要意义[1]。虽然钢格构式塔吊基础应用越来越普遍；但质量保证及与主体结构交界处的节点处理质量是施工控制难点，本文以软土地区超大深基坑工程实践为例，详细介绍了钢格构式塔吊基础施工过程中的具体保证措施以及与主体结构交界处的节点处理做法，确保塔吊使用安全及结构质量。

1工程概况

某工程场地为故河道分布区，土层主要为粉质黏土、粉土、粉砂，静止水埋深1.8～3.18m，整体地下3层，地上是2栋14层、2栋32层、1栋41层高层住宅，基坑面积约1.57万m2，开挖深度为17.093m（局部深坑位置加深3.45m）[2]。支护结构为密排灌注桩（西侧地下连续墙）+2道混凝土内支撑，支撑梁最大截面3000mm×700mm，现场共布设3台QTZ125塔吊。

2塔吊基础

根据地质勘察报告，开挖1.8m左右即可见地下水，埋深约20.00～50.00m分布着2个微承压含水层且内支撑体量大，为保证基坑安全及工期，需要在内支撑施工前完成塔吊安装，考虑钢结构施工效率快、构件可回收，塔吊基础采用“钢平台+钢格构柱+灌注桩”组合。

2.1基础设计

2.1.1钢平台格构柱顶焊接由30mm厚Q345B钢板组成的钢梁，十字形交叉布置。钢梁规格为4115mm×600mm×600mm，钢平台受力点间距为2040mm×2400mm。见图1。2.1.2钢格构柱每根塔吊采用4根钢格构柱。钢格构柱顶大沽标高为3.857m，总长度26.257m，采用Q235B钢板，规格350mm×200mm×12mm；每道钢板间距700mm，角钢采用Q235B钢，规格160mm×16mm。格构柱规格为460mm×460mm，锚入灌注桩长度为3000mm，柱间支撑由28#槽钢、140mm×12mm角钢、50mm×4mm角钢焊接而成[3]。见图2。2.1.3灌注桩塔吊立柱桩为4根混凝土灌注桩，桩顶标高-19.40m，有效桩长35m，主筋为18根直径25mm的HRB400钢筋，螺旋箍采用直径8mm的HRB300钢筋间距200mm设置，桩顶4m范围内进行箍筋加密，格构柱伸入桩部位桩箍筋加密1倍[4]，桩径800mm，混凝土强度等级C30，水下施工提高一级，超灌1.5m。

2.2设计验算

采用计算软件对钢平台、钢格构柱、灌注桩进行验算。钢平台验算包括钢构件连接焊缝、加强杆、钢板与塔吊基座连接焊缝等；钢格构柱验算包括轴心受压、均匀弯曲受弯构件整体稳定性系数、钢格构柱材料强度、缀板规格及间距等；灌注桩验算包括桩基竖向承载力、水平承载力、抗拔承载力及软弱下卧层等[5]。

3施工技术

3.1工艺流程

灌注桩及钢格构柱施工—基础土方开挖钢平台施工—第一步钢格构柱连接杆施工—塔身基础节焊接及塔吊安装—随土方开挖施工剩余钢格构柱连接杆—钢格构柱穿底板、楼板及顶板节点处理。

3.2关键技术

3.2.1灌注桩及钢格构柱1）采用2台GPS-10正循环钻机进行灌注桩施工，十字线校正护筒及桩位中心，两者偏差应＜20mm。配备6m×3m×1.5m专用泥浆池，泥浆密度1.05～1.15g/cm3，钻孔过程中保持孔内1.5～2m的水头高度，保证孔壁稳定。2）钻孔结束后，要对所成桩孔进行两次清孔，清孔结束后钻机移位；钢筋笼和混凝土灌注导管下放完毕后，在导管管口采用双3PN大泵并联，正循环清渣，直到孔底沉渣厚度＜10cm。3）塔吊立柱桩的钢筋笼长度约为35m，分两节吊装；采用混凝土圆柱形垫块做钢筋保护层，厚55mm，沿钢筋笼周圈水平均布3个，纵向间距3m，保护层垫块的固定钢筋焊在主筋上。桩钢筋笼吊装均采用55t履带吊起吊。4）临时格构柱由等边角钢和缀板搭接焊而成，拼接部位需满足等强连接要求，材质与格构柱角钢相同，搭接角钢长度为500mm，角钢对接端部须磨平，端面应水平。拼接角钢接缝对角错开距离2.0m，拼接处另加缀板，接缝处满焊，焊缝高14mm。格构柱缀板与角钢焊接应严格控制构件几何尺寸；焊缝的表面焊波应均匀，不得有裂缝、未熔合、夹渣、焊瘤、咬边、烧穿、弧坑和针状气孔等缺陷，焊接区无飞溅残留物。利用1台55t履带吊起吊格构柱，起吊时，吊直、扶稳，保证格构柱中心定位准确，施工时格构柱顶设定位器，以确保格构柱定向方位，垂直度偏差≤1/1000。5）灌注桩混凝土坍落度控制在（180±20）mm，安装钢筋笼完毕到灌注混凝土间隔控制在4h以内，浇筑过程中，须不断测定混凝土面上升高度并根据混凝土供应情况来确定拆卸导管的时间、长度，以免发生桩身夹渣、夹泥、蜂窝事故。灌注桩混凝土浇筑完毕后，采用桩端桩侧复式注浆，注浆范围为桩端以上12m，注浆水泥强度应与桩身一致,后注浆导管应采用钢管，沿钢筋笼圆周对称设置且与钢筋笼加劲筋绑扎固定或焊接。3.2.2基础土方开挖钢平台1）塔吊基础土方开挖采用液压反铲挖掘机一次挖掘到位，不需要降水和钢板桩支护，按1∶1.5进行放坡，基坑边坡上口2m内不得堆载。2）X形钢平台分3段加工，汽车吊现场拼装就位，与钢格构柱进行焊接。一次焊接作业面多且复杂，焊接钢板厚度30mm，钢平台运至现场后采用手工电弧焊进行焊接，焊缝焊脚高度20mm，一律满焊，焊缝等级为一级，需要连续进行多层的施焊作业。3）钢平台在塔吊基座连接处间隔163mm设置3道25mm厚加劲肋。焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量。坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化皮等应清除干净。焊后外观用超声波检测合格后取样进行力学试验，要求试验接头抗拉强度和冲击韧性达到母材标准值。3.2.3钢格构柱连接杆1）塔吊安装前完成第一步Z形连接杆施工，然后随土方开挖进行钢格构柱连接杆焊接施工。2）钢格构柱四周土方每次开挖至Z形连接杆底杆下返80mm，每次开挖深度不超过3m，周围土方高差不超过2m，靠近钢格构柱500mm范围内严禁机械开挖，土方开挖完成后立即进行该范围Z形型连接杆施工。相邻钢格构柱之间以Z形连接杆焊接，焊缝焊脚高度12mm，连接杆为［28槽钢，对角钢格构柱采用十字拉杆进行连接，拉杆采用L140mm×12mm角钢[6]。3.2.4塔身基础节焊接及塔吊安装第一步Z形连接杆施工完毕后进行塔吊安装，塔身基础节与钢平台焊接，焊脚焊缝高度3cm；然后依次完成塔身标准节、塔吊套架、回转支承、塔顶、司机室、平衡臂、起重臂等构件安装；最后安装起升机构、变幅机构、回转机构、顶升油缸及各种附件。3.2.5钢格构柱穿底板、楼板及顶板节点处理待主体结构封顶、塔吊拆除后进行塔吊基础钢格构柱拆除，故钢格构柱穿地库底板、顶板时需做好止水措施，钢格构柱同主体结构浇筑为整体，不留设施工缝[7]。1）基础底板厚度600mm，分层浇筑，钢格构柱穿基础底板时，必须设置止水防渗措施，在基础底板中间位置焊接3mm厚、50mm宽止水钢板，与钢格构柱角钢一圈进行满焊。基础底板防水体系采用4mm+3mmSBS改性沥青防水卷材，灌注桩桩头涂刷250mm宽、1mm厚水泥基渗透结晶型防水涂料，分两遍涂刷并且刷方向要互相垂直。钢格构柱底部涂刷2mm厚橡胶沥青防水涂料并上返250mm，防水卷材在钢格构柱位置上返50mm并进行密封处理，拐角处设置附加层。2）钢格构柱穿地库楼板时，若该区域建筑功能无防水要求，不需设置止水措施，尽量保证X、Y方向钢筋穿钢格构柱不断开；若必须断开，需打弯焊接至钢格构柱角钢上并在贯通一侧增设同规格数量的断开钢筋。3）钢格构柱穿地库顶板时，在顶板中间位置焊接3mm厚、50mm宽止水钢板，止水钢板与钢格构柱角钢一圈进行满焊。地库顶板防水体系采用3mm厚SBS改性沥青防水涂料+4mm厚SBS改性沥青耐根穿刺防水卷材。钢格构柱底部涂刷3mm厚SBS改性沥青防水涂料并上返250mm，防水卷材在钢格构柱位置上返50mm并进行密封处理，拐角处设置附加层。

3.3注意事项

1）须严格控制钢平台塔吊基础加工尺寸和焊接质量，核对焊接材料的品种、规格、性能等满足设计要求，对加工厂和现场施工人员做好施工工艺交底。2）确保钢格构柱定位准确，符合设计要求，垂直度偏差控制在2%以内且≯10mm，钢格构柱顶部高差控制在±3mm以内。3）钢格构柱附近区域土方分层开挖厚度≯2m，四周应同时开挖，避免土方高差过大产生水平侧压力，格构柱周边2m范围严禁采用机械开挖。4）钢格构柱穿地下室基础底板、顶板时确保止水钢板满焊一圈，地下室结构接触范围钢格构柱内混凝土剔除干净，确保止水效果。3.4垂直度监测采用全站仪对塔吊南北和东西两个方向垂直度进行月监测。先选择一个方向，保持空载状态，施工现场风速≤3m/s，控制塔吊大臂与测量方向、全站仪平行，对测量点标记，架设全站仪测量垂直和水平距离，计算得出该方向塔吊垂直度偏差；同理对垂直于该方向塔吊垂直度偏差进行测量，经测量塔吊独立状态最大偏移量发生在2#塔吊，塔吊顶升高度46.5m，偏西96mm、偏北56mm，垂直度偏差2.065‰，符合要求，附着状态下最高附着点以下垂直度偏差亦＜2‰。

4结语

1）通过对钢平台加钢格构柱塔吊基础合理设计，施工过程中严格控制灌注桩及钢格构柱垂直度，保证焊接质量及焊缝高度，在第一道混凝土内支撑施工前完成塔吊安装并投入使用，材料的运输效率得到提升，保证了2道双圆环混凝土内支撑施工进度。2）钢平台加钢格构柱塔吊基础无需浇筑混凝土，省去了混凝土养护时间，保证基坑施工工期，钢平台的尺寸小于混凝土基础，避免大面积施工前局部深基坑开挖且钢平台加钢格构柱塔吊基础后期可回收二次利用，具有较好的安全性及经济效益。

作者：李卓文 朱明华 程玉琦 刘明军 单位：中建一局集团建设发展有限公司