浅谈复杂地质塔吊基础设计及施工技术

王亚坤，潘蜀，张喜红，徐玉春，乔鹏飞

（中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100）

1 工程案例概况

1.1 工程概况

南翔万商商贸物流城D地块3#楼工程位于芜湖市万春西路北侧、中江大道(延建段)东侧。总建筑面积12.6万m2。包括3#-1楼～3#-16楼16个子单位工程，中连桥、东连桥、F3#楼三个辅助设施，均为框架结构。地上4层，局部为2层、6层，建筑高度23.25m。功能为商业、商业辅助用房、办公。本工程设计标高±0.000相当于黄海高程8.3m。

因本工程工期紧，单层面积大，为保证施工垂直运输效率并节约成本的原则，采用8台塔吊，4台QTZ80(6012)和4台QTZ80(6010)塔吊来满足工程垂直运输，8台塔吊布置如下图所示。

1.1.1 地质概况

该工程占地原为村庄、水稻田和沟塘，地势低洼，经回填整平后较平整。场地地貌单元属河流I级阶地，系河流冲淤积而成，经后期作用形成沟塘等微地貌。

各层土层具体分布如下。

①层填土，杂色，一般厚度在0.60m～4.70m。力学性质不均匀，不得作基础持力层。

②层淤泥及淤泥质粉质粘土，厚度1.60m～11.7m，层顶埋深0.60～3.20m，层顶黄海高程4.10m～6.90m。力学性质差，为软弱土层，未经处理不得作拟建建筑物基础持力层。

③层粉质粘土，厚度1.20m～4.70m，层顶埋深1.20m～5.20m，层顶黄海高程2.20m～6.40m。局部分布，不宜作拟建建筑物基础持力层。

④层粉质粘土，厚度0.80m～5.60m，层顶埋深1.00m～6.00m，层顶黄海高程1.60m～6.50m。力学性质较好，但层厚不均匀，不建议作拟建建筑物基础持力层。

⑤层粉质粘土夹粉土，夹有粉细砂，厚度1.50m～9.70m，层顶埋深3.20m～10.70m，层顶黄海高程-3.20m～4.30m。力学性质一般，不建议作拟建建筑物基础持力层。

⑥层粉质粘土，厚度0.70m～13.70m，层顶埋深10.0m～23.10m，层顶黄海高程-15.60m～-1.70m。为软弱土，力学性质差，不得作拟建建筑物基础持力层。

⑦层粉质粘土，厚度0.70m～11.00m，层顶埋深12.10m～23.70m，层顶黄海高程-16.20m～-4.60m。力学性质较好，可作拟建建筑物桩基持力层。

⑧层粉质粘土夹粉土、夹有粉细砂，局部为粉细砂夹粉土，厚度在1.00m～21.60m，层顶埋深19.20m～26.20m，层顶黄海高程-18.60m～-11.60m。可塑～硬塑状，力学性质较好，但局部力学性质一般，力学性质不均匀，可作拟建建筑物桩基持力层。

⑨层砾砂层，中细砂夹小砾石、粉土，力学性质较好，可作拟建建筑物桩基持力层。

1.2 难点

本工程单体高度均不高,选用的塔吊型号自由高度为40m,不用附着,所以塔吊基础要足够坚实牢固、稳定,保证塔吊使用的安全。塔吊的地基基础是保证塔机安全使用的必要条件，一般情况下，塔吊基础上表面基本与拟建建筑基础顶相平，考虑到塔吊基础的厚度，场地的①层土是不符合塔吊基础持力层要求的。而②层土通过设计计算,进行处理，可以作为塔吊基础持力层，基础形式采用独立基础。但由于②层土层深与层顶标高变化较大，不均匀，根据塔吊平面布置图与基础顶标高的设计情况，部分塔吊所处位置采用以②层土为持力层的独立基础已不合适，所以需改变基础形式，一般采用桩基础。

2 南翔万商D 地块3#楼塔吊基础设计

2.1 南翔万商前期项目类似场地塔吊基础设计

2.1.1 南翔万商商贸物流城D地块2#楼工程

南翔万商D地块2#楼为与D地块3#楼相邻，均在中江大道延建段的东侧，地勘报告显示土层分布与状况差别不大。塔吊设置8台，型号为ST70/27。根据相关资料进行基础设计。2#、3#、4#、5#、6#塔吊基础形式为独立基础，基础进入持力层④层粉质粘土不小于0.3m，尺寸为5.6m×5.6m×1.35m。

1#、7#、8#塔吊采用预制管桩与承台基础，管桩型号为PHC-A500（100），均为9根桩，有效桩长不小于15.0m，桩端持力层为⑦层粉质粘土，桩端进入持力层不小于0.5m,基础承台尺寸为5.6m×5.6m×1.35m。

2.1.2 南翔万商商贸物流城E地块工程

南翔万商E地块工程与D地块3#楼距离不远，位于中江大道与万春西路交叉口西北角，所处场地基本相同，地勘报告显示土层分布与状况基本一致。但本工程设计有一层地下室，根据平面布置图，该工程塔吊都设计在建筑以内，所以无法利用②层土。塔吊设置5台，型号为ST5515B。根据相关资料进行基础设计。

1#、3#、5#塔吊基础形式为独立基础，基础进入持力层⑤层土粉质粘土不小于0.3m，尺寸为6.25m×6.25m×1.35m。2#、4#塔吊采用预制管桩与承台基础，管桩型号为PHC-A500（100），均为9根桩，有效桩长不小于15.0m，桩端持力层为⑨层砂砾层，桩端进入持力层不小于0.5m，基础承台尺寸为5.6m×5.6m×1.35m。

2.1.3 南翔万商商贸物流城F地块工程

南翔F地块工程位于南翔D地块西侧，为中江大道与飞翔路交叉口，沿水塘而建。设计4台塔吊，型号为TC6012。F地块地勘报告土层分布与D地块3#楼工程相近。

其中1#、2#、3#塔吊采用独立基础方案，尺寸为5.5m×5.5m×1.6m，持力层为④层粉质粘土。4#塔吊基础采用预应力管桩方案，管桩型号为PHC-A500（100），有效桩长取为18m，桩数为9根，桩端持力层为⑦层粉质粘土，桩端进入持力层不小于0.5m，承台尺寸为5.5m×5.5m×1.6m。

2.1.4 南翔万商商贸物流城B地块工程

南翔B地块位于中江大道与万春西路交叉口西南角，与E地块相邻，场地原为水塘。地质勘察报告与南翔D3不同。设计6台塔吊，型号为TC5610，塔吊基础设计思路也相同。

1#、3#、5#塔吊基础采用独立基础方案，尺寸为5.5m×5.5m×1.0m。塔吊基础持力层为⑤层粉质粘土。2#、4#、6#塔吊采用预应力管桩承台基础，承台尺寸为5.5m×5.5m×1.0m，桩径为500mm，桩数为7根。持力层为⑦层粉质粘土，桩端进入持力层不少于0.5m。2#、6#塔吊有效桩长取12m，4#取15m。

2.1.5 南翔万商前期项目塔吊基础设计情况（见表1）

表1

2.2 南翔万商D 地块3#楼方案设计

根据上述统计，土质情况基本相同的项目，塔吊基础为桩基础的数量占使用塔吊总数量的25%～50%。每个项目均有1台～3台塔吊需要设计为桩基础,所以D地块3#楼项目塔吊基础设计时,必须考虑采用桩基础的情况。

塔吊基础设计前，需收集齐全本工程地质勘察报告、厂家提供的塔吊使用说明书与基础施工图、本工程的平面布置图与塔吊基础埋深设计图等。

根据本工程地质勘察报告和塔吊平面布置图与基础埋深图进行比对，确定②层土层厚与层顶埋深合适的部位，拟选用独立基础进行设计；如②层土情况不合适时，选用桩承台基础，考虑到本工程所在地，且该工程部分楼栋基础设计为预制管桩基础，所以该部分塔吊基础采用预制管桩与承台基础，管桩型号为PHC-A500（100）。

2.2.1 塔吊平面布置与基础顶标高的确定

在拟定塔吊型号后，塔吊平面布置主要满足单体楼施工的垂直和水平运输，工作面的限制,现场材料仓库,材料堆场,水、点、道路的布置等等，尽量减少死角，以求最小的投入满足现场施工要求。

考虑塔吊相互间避免碰撞，需采取相应技术措施，一方面就是根据各单体楼基础顶标高与室外工程完成面标高，通过调整塔吊基础顶标高与塔吊安装高度，避免相互碰撞。塔吊基础顶标高与塔吊安装高度见表2。

表2

2.2.3 方案拟定

根据对地质勘察报告和塔吊平面布置图与基础埋深图所进行的比对,拟定方案如下:1#、2#、4#、5#、6#、7#塔吊采用独立基础，3#、8#塔吊采用桩承台基础。

2.2.4 计算结果

根据塔吊安装使用说明书及基础施工图与《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007）、《建筑结构荷载规范》（GB 50009）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB 50202）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79）、《建筑桩基技术规范》（JGJ 94）等相关要求进行设计计算。

3 独立基础计算结果

QTZ80(6012)塔吊工作状态Fk=541.6kN，MK=1936kN/m，FVK=23.8kN；非 工 作 状 态 Fk=475.3kN，MK=2562.3kN/m，FVK=93.5kN。

②层土层厚与层顶埋深合适的部位，塔吊基础采用6.0m×6.0m×1.4m，Gk=1260kN。根据勘察报告，②层土粉质粘土，其承载力特征值fak=200kPa。非工作状态验算结果为：基底最大及最小压应力Pmax=123kPa<1.2fa=240kPa,满足要求，且基础地面部分脱开地基的面积小于底面全面积的1/4,满足要求。工作状态验算结果为：基底最大及最小压应力Pmax=104.7kPa<1.2fa=240kPa,满足要求，且基础地面部分脱开地基的面积小于地面全面积的1/4,满足要求。因此该部分塔吊基础采用6.0m×6.0m×1.4m的独立基础，持力层取为②层土，符合要求。

QTZ80(6010)塔吊在②层土层厚与层顶埋深合适的部位，采用5.5m×5.5m×1.25m的独立基础经计算符合要求，不再赘述。

4 桩承台基础计算结果

QTZ80(6012)塔吊工作状态与非工作状态的力学参数同上，但所在位置②层土不合适，所以拟采用桩承台基础方案，承台尺寸为6.0m×6.0m×1.4m。塔吊承台底标高为5.900（黄海高程），预应力管桩桩径500mm，有效桩长度取17m，桩数为9根，桩端持力层为⑤层粉质粘土。单桩竖向承载力特征值计算参数选择参见下表，选择3#塔吊为例进行描述。

地基土层 塔吊号 ① ② ③ ④ ⑤厚度（m） 3# 2.95 2 6 5.1 0.95侧阻力特征值qsia(kPa） 0 36 30 16 37.5端阻力特征值qpa（kPa） 0 0 0 0 1600

非工作状态下，桩基竖向承载力Qkmax=597.8kN ＜1.2Ra=1072.4kN，满足要求；单桩抗拔承载力Qkmin=212.2kN＜Ra'=484.7kN，满足要求。

工作状态下，桩基竖向承载力Qkmax=496.3kN ＜1.2Ra=10.72.4kN，满足要求；单桩抗拔承载力Qkmin=212.2kN＜Ra'=484.7kN，满足要求。

因此该部分塔吊桩承台基础的设计，符合要求。

其他塔吊拟采用桩基础的设计，通过验算，符合要求，不再赘述。

5 南翔万商D 地块3#楼塔吊基础施工

5.1 施工要点

塔吊基础定位准确。独立基础进入持力层②层土不小于0.3m，桩基础桩端进入持力层不小于0.5m，填芯长度不小于3.0m。独立基础与承台尺寸参照设计，配筋按相关塔吊说明书设置。混凝土强度等级C35，混凝土总重量不小于60t。

塔吊基础施工一般开挖深度不大，可直接放坡开挖，且避免塌方，做好排水设施，如放坡不能满足要求时，需采取相应支护措施。土方开挖主要控制开挖标高与边坡，开挖过程中注意观察土层变化，尤其是独立基础，如果达到持力层土，一定要缓慢开挖，避免超挖，保证基础底进入持力层不少于0.3m。如超挖，用混凝土垫平。

基础垫层为100mm厚C15素混凝土垫层，周边砌筑240mm砖胎膜且内侧抹灰找平。待砖胎膜强度满足要求后及时回填。

桩基础施工时，留好打桩记录及相应检测报告。预制管桩填芯必须符合规范要求，且填芯长度满足设计要求。

垫层浇筑完成，且达到一定强度便可进行钢筋绑扎。钢筋绑扎按照塔吊基础图与相关图集、规范要求。

塔吊基础地脚螺栓，一定要在钢筋绑扎完成后，与整体钢筋骨架进行焊接，且要有防止位移与标高偏差的措施。基础混凝土浇筑前，将地脚螺栓螺纹用胶带进行防护，避免混凝土浇筑过程污染螺纹。

混凝土浇筑前，须经项目部技术人员验收通过后，方可进入下道工序施工。

基础混凝土浇筑过程中，不能使混凝土直接对钢筋骨架造成冲击。对地脚螺栓相对位置与标高进行校对，如有偏差，在混凝土初凝前，调整到位。

地脚螺栓垫板下混凝土填充率＞95%，四垫板上平面保证水平，垫板允许嵌入混凝土内5mm～6mm。四组地脚螺栓（16根）相对位置必须准确，组装后必须保证地脚螺栓孔的对角线误差不大于2mm，确保固定基节的安装。

编制符合现场实际的塔吊防碰撞方案。通过调整塔吊基础顶标高，塔吊安装高度等技术方式，及高塔让低塔、后塔让先塔、动塔让静塔、空载让重载、客塔让主塔、前臂让后臂等管理方式，避免塔吊使用过程中的相互碰撞。

5.2 特殊情况处理

现场施工过程中，出现了塔吊基础距单体楼开挖边线较近的情况，一旦单体楼开挖较深，将出现塔吊基础受侧向土压力的影响，致使较大安全隐患。

根据芜湖地区基坑支护的经验，采用九尺半钢板桩进行临时支护。该种支护形式，施工周期短，支护构造刚度大，稳定性好，且可避免土在水的侧压力下流失，影响塔吊基础的安全。施工现场在塔吊基础两侧设置单排钢板桩，每边超过塔吊基础至少2.0m，钢板桩深入单体楼开挖底面标高以下至少为钢板桩长度的1/3以上，单体楼与塔吊邻近的基础垫层连成整体浇筑至少300mm，为钢板桩提供侧向压力，上部采用槽钢与钢筋焊牢，以确保塔吊基础的安全。

6 塔吊使用情况验证

以上所述工程塔吊，在使用过程中，由于设计得当，措施有效，在施工生产过程中，保证了材料的垂直与水平运输，为生产进度计划的实现，提供了强有力的保证；通过对基础沉降值与塔吊垂直度等的定期监测，未发现塔吊基础的不良变形，较好的保证了塔吊的安全使用。

7 结 语

塔吊在建筑工程的施工过程中至关重要，而塔吊基础设计与施工，又是塔吊安全高效使用的重中之重。本文总结了芜湖地区场地多为村庄、水稻田和沟塘，地势低洼，场地地貌单元属河流I级阶地，系河流冲淤积而成，经后期作用形成沟塘等微地貌场地塔吊基础设计与施工的思路与要点。推而广之，在工程项目拟建场地表面为素填土，以下各层出现粉质粘土或淤泥质土的情况下，根据《建筑地基基础设计规范》、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》,厂家提供的塔吊说明书，地质勘察报告所述各层土的承载力特征值，拟建建筑塔吊平面布置以及塔吊基础与建筑物基础之间的关系，拟定塔吊基础形式，通过设计验算，确定塔吊基础设计方案，加强施工过程质量管理，确保塔吊基础为塔吊的安全高效使用提供强有力的保障。

[1]JGJ/T187-2009,塔式起重机混凝土基础工程技术规程[S].

[2]GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S].

[3]GB 50009-2012,建筑结构荷载规范[S].

[4]GB 50010-2010,混凝土结构设计规范[S].

[5]GB 50202-2002,建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

[6]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].