桩格构式塔吊基础施工方案的应用研究

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(1．长江工程职业技术学院土木工程系, 湖北武汉 430212；2．武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070)

桩格构式塔吊基础施工方案的应用研究

胡凯1，汪锋2，张信2

(1．长江工程职业技术学院土木工程系, 湖北武汉 430212；2．武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070)

塔吊基础施工对塔吊安全起着至关重要的作用。在复杂的施工环境下，由“钻孔灌注桩基础+钢格构柱+钢筋混凝土平台”组成的桩格构式塔吊基础，经过验算符合受力要求。它突破了塔吊布置的空间限制，使施工总平面布置方案的灵活性得以提高，有利于施工组织。它能使塔吊在基坑土方开挖前投入使用，满足前期围护结构施工的水平及垂直运输工作，有利于加快施工进度。

钻孔灌注桩；格构柱；塔吊基础

本项目位于武汉市某繁华路段，施工环境较为复杂。工程由1#-2#、7#-13#九栋高层住宅和3#-6#四栋多层住宅楼组成，包括南区一层和北区两层(局部一层)整体地下室及人防区。总建筑面积196 710.83 m2, 地上部分建筑面积123 055.97 m2,地下部分建筑面积73 654.86 m2。南侧基坑挖深约为4.9 m～6.8 m左右、北侧基坑挖深约为8.55 m～ 11.8 m，所开挖的土层分别为粉质粘土、淤泥质黏土。地层分布较为稳定、均匀，相对该地区土质情况，本工程基坑开挖范围内土质情况较好。

根据塔吊选择及配备原则，结合工程实际，北区现场拟布置6台塔吊，1#楼土方开挖及地下、地上结构施工阶段1台STT200塔吊，负责土方及地下、地上结构施工阶段材料的垂直运输。2#、10#楼施工阶段将各布置1台TC7525塔吊,7#、8#楼施工阶段将各布置1台ST7030塔吊，9#楼施工阶段将布置1台ST7032塔吊。

1 格构柱与钢筋混凝土平台施工

1.1 格构柱及钢筋混凝土平台设计

本工程塔吊5～10#塔吊采用桩格构式混凝土平台基础，基础桩采用φ800钻孔灌注桩，格构柱插入桩内3 000 mm。

5～10#塔吊组合格构柱的平面组合尺寸为3 500 mm×3 500 mm，单根格构柱均选用460×460组合截面(主肢采用4L140×14(Q235B)，缀板430 mm×300 mm×12 mm@600(Q235B)，缀条采用L140×14角钢(Q235B)，组合格构柱高度8.8 m，格构柱插入桩深度均为3.0 m，格构柱顶标高均为+3.8 m(相对标高-0.7 m)。

在格构柱顶部设置5 000 mm×5 000 mm×1 350 mm(根据塔机厂家提供的使用说明书设计)钢筋混凝土平台，混凝土平台底部配置φ25@150三级钢，顶部配置φ25@150三级钢;塔吊标准节埋件位置需对角配置上下两层各2根25的三级钢、箍筋为φ10@150的暗梁，确保塔基整体强度。

为确保塔吊基础整体稳定性在混凝土承台底部往下500 mm处开始设置一道18#槽钢@4000链接，并在水平槽钢中间设置18#槽钢斜撑(加强角撑的角度控制在45-60)，格构柱高度超过8 m，应在中部和底部设置两道水平剪刀撑(剪刀撑材料采用L140×14)，同时在基础底部设置混凝土构造平台，混凝土构造平台利用基础底板，随基础底板浇筑。

1.2 钻孔灌注桩设计

因本工程工程桩正在施工，塔吊基础桩型为φ800桩，桩长32 m，桩基持力层为灰色砂质粉土层，桩端进持力层深度为4.1 m，桩顶以下5.0 m范围箍筋加密，混凝土强度等级为水下C35。

2 塔吊钻孔灌注桩基础施工

2.1 施工说明

桩顶标高必须按照设计标高严格控制。5～10#塔吊支撑立柱在坑底以下为φ800混凝土灌注桩；混凝土灌注桩坑底以上为4L140×14钢格构柱，钢格构柱插入桩身3.0 m。钢格构柱角钢采用Q235B级钢，焊条采用E50型；缀板采用Q235B级钢，焊条采用E50。焊缝均为通长满焊，焊缝厚度≥10 mm。格构柱穿过底板时设置止水板，开挖后位于地下室底板中间，底板厚度范围内格构柱间(内)混凝土随底板同时浇筑。

防雷接地和电气重复接地安装：施工现场内的塔式起重机、施工电梯等机械设备以及钢脚手架和正在施工的金属结构应做防雷保护。机械设备上的避雷针(接闪器)长度应为1～2 m。塔式起重机可不另设避雷针(接闪器)。机械设备或设施的防雷引下线可利用该设备或设施的金属结构体，但应保证电气连接。安装避雷针(接闪器)的机械设备，所有固定的动力、控制、照明、信号及通信线路，宜采用钢管敷设。钢管与该机械设备的金属结构应做电气连接。变电所架空进线和出线处应将绝缘子铁脚与配电室的接地装置相连接，以防雷电波侵入。施工现场内所有防雷装置的冲击接地电阻值不得大于30Ω。做防雷接地机械上的电气设备，所连接的PE线必须同时作重复接地，同一台机械电气设备的重复接地和机械的防雷接地可共用同一接地体，但接地电阻应符合重复接地电阻值的要求。

2.2 钻孔灌注桩施工流程

本工程塔吊钻孔灌注桩采用正循环钻进及清孔，泥浆采用自然造浆进行护壁。为保证成桩质量，依据桩间距，严格采用间隔跳打原则。成桩采用水下导管法灌注混凝土，桩身砼为商品砼，混凝土等级为水下C35砼浇筑。

钻孔灌注桩施工主要流程为：测定桩位→埋设钢护筒(包括挖泥浆沟槽)→复测桩位→安装钻机就位(包括接通电源)→钻进成孔(包括供给护壁泥浆)→冲孔(第一次清孔)→吊接钢筋笼→下放导管→第二次清孔→水下灌注混凝土→控制桩头加灌高度→钻孔空灌段回填→清洗机具→移至新桩位。具体流程详见图1钻孔灌注桩施工流程。

3 立柱桩(钢格构柱)施工

3.1 概况

钢立柱顶标高为+3.8 m(相对标高-0.7 m)，本工程塔吊钢立柱采用截面为460×460的角钢格构柱，角钢采用4L140×14，缀板采用430×300×12钢板，角钢、缀板均采用Q235B级钢，构件必须挺直，连接牢固，立柱在底板范围内应设置止水片。

3.2 施工主要工艺

3.2.1立柱桩格构柱构造

为预留安全余量，施工中格构柱长度均采用11.850 m，其中格构柱插入桩内部位长度为3.0 m，格构柱由4×L140×14角钢及430×300×12缀板焊接制作，缀板中心间距按700 mm控制。

3.2.2格构柱制作技术要点

(1)角钢与缀板连接角焊缝高度10 mm，所有焊接全部用满焊。

(2)对接接头角钢与连结角钢同规格，接头角钢长540 mm，空隙14 mm，焊缝高10 mm。

(3)角钢接头位置错开，同一截面接头数量不超过50%，接头位置错开长度不小于1 m。

3.2.3格构柱吊放安装

格构柱采用一台25T吊机进行吊放，吊点位于格构柱上部。

格构柱固定采用钢筋笼部分主筋上部弯起，与格构柱缀板及角钢焊接固定，固定时格构柱必须居于钢筋笼正中心。焊接过程中，吊车始终吊住格构柱，避免其受力。

型钢中桩吊放时应精确定位，要求型钢中桩中心线与桩位中心线误差≤±5 mm，垂直度偏差≤L/1 000且≤15 mm。

3.3 钢立柱及立柱桩施工要求

1)护筒中心与桩位中心偏差小于2 cm；

2)成桩中心与设计桩位中心偏差小于5 cm；

3)立柱桩身垂直度应不大于1/200；

4)沉渣厚度小于等于5 cm(混凝土浇注前)；

图1 钻孔灌注桩施工流程

5)混凝土设计强度等级水下C35。

6)立柱顶标高与设计顶标高偏差小于3 cm；

7)角钢格构柱垂直度应不大于1/250，中心偏差不大于20 mm；

8)施工中设置钢立柱时，应采取必要的措施保证钢立柱各边与主撑或栈桥方向严格垂直或平行；

9)塔吊钢格构柱进入灌注桩桩顶以下3.0 m;

10)格构柱插入桩深度范围内桩身箍筋加密;

11)塔吊桩混凝土应超灌1.0 m以上。

3.4 格构柱垂直度控制导架的设计

本工程采用导架对常用导架进行优化设计。导架工作机理：由“井”字固定架、定位补块、钢立柱固定螺栓共同作用来对钢立柱进行水平和垂直方向的固定。通过调节钢立柱水平度，将处于悬空状态下的钢立柱调整至垂直状态，从而控制整个钢立柱垂直度。

3.5 吊装时垂直度控制

钢格构柱插入钢筋笼部分，应确保在开挖基底以下不小于3 m，钢格构柱为一柱一桩。所有钢格构柱顶标高应统一，置入孔口十字支撑架必须垂直于轨道，定位以轨道侧向两道参照线定位。各部位可能造成松动，需进行固定。确保立柱桩安装位于钻孔中心，进行一次居中复核工作。然后再测出钢柱标高符合偏差要求后，应复查基础轴线和水平定位轴线保持平行或垂直方向检查验收。

为了提高测量效率，更好地完成对钢结构垂直度的控制，我们采用线锤法在两侧面复核垂直度进行控制，对定位架进行水平方向调平。

3.6 支撑立柱垂直度测试

基坑开挖到基坑底标高后，需对支撑立柱的垂直度进行测试，立柱垂直度测试数量为立柱总数的100%。

3.7 支撑立柱处土方开挖及格构柱加固措施

支撑立柱周边土方开挖应预留50 cm土方由人工开挖，挖机严禁碰触格构柱。土方开挖时设专人看护。基坑底部超灌混凝土凿除时，严禁损坏格构柱。

土方开挖时格构柱应随挖随加固，即第一层土方开挖完成后应立即进行第一道水平连杆焊接(施工前应复核柱顶标高)，第二层土方开挖完成后焊接剩余水平连杆即斜撑连杆。

3.8 特殊节点处理

3.8.1格构柱与地下室顶板节点处理

格构柱穿过地下室顶板处设置预留洞口，周边设置200高的临时挡水坎及临边安全防护，待塔吊拆除后用高一级标号的微膨胀砼封闭预留洞口。

3.8.2格构柱与混凝土承台连接

格构柱锚入混凝土承台长度不应小于500 mm，并满足抗拔要求，在混凝土承台底部与格构柱交接处焊接4L140×14支撑角钢。

4 质量保证措施

4.1 钻孔灌注桩质量控制措施

4.1.1桩位控制

测量放线，采用检验合格、精度高的电子经纬仪，保证桩位、轴线偏差达到设计要求。专人负责护筒的埋置工作，并拉好“十字线”，保证钻机就位对中的准确。

4.1.2成孔质量控制措施

1)成孔钻进施工，钻机定位必须水平、稳固，天车、转盘、桩位中心三心成一铅垂线。

2)合理设计钻头，钻头上部加设护正圈，使钻头回转平稳，主动钻杆上设导正装置，以防主动钻杆晃动过大。

3)经常检查钻杆，发现弯曲立即更换。

4)开孔和换层时，采取轻压慢转；发现有地下障碍物，立即采取措施处理，不能盲目强行钻进。

5)发现钻孔偏斜时，应采取纠斜措施，或用粘土回填，重新成孔。

6)合理调配泥浆性能，防止缩径和坍孔。

7)经常检查钻头直径，发现磨损及时修复，以防止因钻头磨损影响钻孔的正常直径。

8)第一次、第二次清孔，沉渣必须满足设计与施工规范要求≤50 mm。

4.1.3钢筋笼制作、安装质量控制

1)钢筋笼主筋与加强筋连接在专用制模上点焊成形，以使主筋分布均匀、平直，确保其成形质量。再按设计间距，缠绕螺旋箍筋，并点焊与主筋固定，点焊时要合理选用电焊电流，以免烧伤钢筋。

2)对现场制作好的钢筋笼均需进行检查，检查钢筋笼长度、直径和主筋间距和箍筋间距，同时还要检查其外观情况，是否符合规范要求，不合格者勒令整改。钢筋笼主筋采用直螺纹对接，按规定对对接接头抽样检查，检查其对接质量。

3)经验收合格的钢筋笼，使用前平放在平整的场地上，严禁堆放。

4)钢筋笼定位标高，为确保其定位的准确性，必须用测量仪测量桩位地面标高和核实计划无误的吊筋长度，用足够强度的杆件固定在地面上或机台面上。

4.1.4混凝土灌注质量控制

1)混凝土坍落度等各项指标要符合施工要求，对不合格产品严禁灌入孔中。

2)塔吊桩每根桩制作1组试块，以检查砼的抗压强度。

3)导管必须密封不漏水，导管下口离孔底距离控制在0.3～0.5 m左右。

4)混凝土初灌量应保证导管底部一次性埋入砼内0.8 m以上。

5)灌砼应紧凑地连续不断地进行，及时测量孔内砼面高度，以指导导管的提升和拆除。

4.1.5原始资料必须及时整理

1)原始资料必须齐全、准确、真实，并及时整理归档。

2)原材料进场时，一定要求供应商发货提供产品的合格证或质保书。同时，对钢材及时做试验分析报告，砼试块全部送检。

3)对成孔、清渣、灌注、钢筋笼制作与吊放按规定的测点要求，分别准确及时检测记录在册。

4)对质量监控及其他各项原始记录报表及时整理，定期会同甲方、监理及质检部门进行抽检。

4.2 钢格构柱质量控制措施

4.2.1格构柱加工质量控制

1)格构柱缀板加工时，须采用专用切割机切割缀板；

2)格构柱加工时，须在专用场地进行加工制作，焊接时，保证原材料和焊接后的格构柱无弯曲，保证格构柱的承载能力；

3)格构柱焊接时，必须严格按照方案进行，特别是加强对焊缝的质量控制，不仅焊缝长度须满足要求，焊缝高度也必须达到设计要求，焊接材料均为E50系列，焊缝表面平整，不得有较大的凹陷、焊瘤、夹渣、气泡等明显质量缺陷；

4)格构柱堆放时，底部应设置方木衬垫，防止格构柱锈蚀、变形等；

5)格构柱应在室内加工场加工；

6)选择经培训合格且经验丰富的焊工进行格构柱加工，且焊接完成后请有资质的钢结构检测单位对焊缝质量进行探伤。

4.2.2格构柱保护措施

为保证格构柱不被土方开挖机械碰撞、损坏，以及施工过程影响塔吊使用安全，将采取以下措施：

1)在开挖面格构柱上涂刷或粘贴荧光警示标识，土方开挖采用机械开挖时距离格构柱保持0.5 m以上，其内部土方由人工清理；

2)开挖到位后，周边设钢管缓冲防护架；

3)进行格构柱缀板、缀条焊接及止水板焊接时，严禁塔吊作业，需待焊缝冷却后方可继续作业。

4)土方开挖应根据塔吊基础格构柱的位置均匀分层开挖，避免造成同一台塔吊的格构柱有超过一米的高差；

5)塔吊格构柱四周土方均匀开挖完成后同时将格构柱内侧土方及时清理完成；并及时完成斜撑和水平撑的加设。

5 结 语

塔吊基础是塔吊安全施工的根本，稳固的塔吊基础能够有效减少塔吊发生倾覆等事故的概率。桩格构式塔吊基础适用于深大基坑且主楼位于地下室上，塔吊需安装在地下结构基坑内的工程，以及因周边空间限制塔吊无法在基坑外布置和需在基坑土方开挖前安装塔吊的工程。桩格构式塔吊基础突破了塔吊布置的空间限制，使施工总平面布置方案的灵活性得以提高，有利于施工组织。它能使塔吊在基坑土方开挖前投入使用，满足前期围护结构施工的水平及垂直运输工作，对加快施工进度有利。此外，钢格构柱的截面较小，基础底板结构的水平钢筋可以从钢格构柱的空间穿过，可与结构混凝土一起浇筑，不留施工洞，防止了留施工缝可能造成的质量问题。

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Abstract: The construction of tower crane foundation plays a vital role in the safety of tower crane. In the complex construction environment, the pile -lattice type crane foundation consisting of“Bored pile foundation + Steel lattice column +Reinforced concrete platform”, is in accordance with the requirements of stress. It breaks through the limitation of space layout of tower crane and improves the flexibility of general construction layout scheme so that it is conducive to the construction organization. It can make the tower crane put into use before the pit excavation, and it meets the requirement of the enclosure structure construction of the horizontal and vertical transportation at the early stage,it is also beneficial for speeding up the construction progress.

Keywords:bored pile foundation；lattice column；crane foundation

(责任编辑：谭银元)

StudyonConstructionSchemeofPile-latticeTypeCraneFoundation

HUKai1,WANGFeng2,ZHANGXin2
(1.Changjiang Institute of Technology, Wuhan 430212, China; 2.Wuhan University of Technology, Wuhan 430070,China)

TU7

A

1671-8100(2017)03-0048-05

武汉华海建设集团股份有限公司校企合作课题“城市复杂环境下塔吊基础施工方案应用研究”(2016HJ1021)。

2017-05-13

胡 凯，男，博士研究生，讲师，国家注册一级建造师、注册造价师，主要研究方向：基础工程施工技术、项目管理。