塔式起重机基础不均匀沉降的原因分析及应对措施

杜小平

上海绿地建筑工程有限公司 上海 200232

1 背景介绍

1.1 工程概况

上海崇明区18-2期03A地块，东边为佘山岛路，南边为翠竹路，西边老滧港。工程总建筑面积58 429.14 m2，包含6栋多层框架结构，为商业用房，单层地库，抗震等级为三级，建筑高度24.8 m。采用桩基筏板满堂基础，车库底板厚600 mm，垫层厚100 mm，底板结构面标高为－5.55 m。场地自然标高为－0.60 m，地下室基坑土方开挖深度约7.1 m。设计降水要求达到开挖面以下0.5～1.0 m。

1.2 场地土层分布

工程所处区域地层分布从上至下为②1褐色-灰黄色粉质黏土、②2灰色淤泥质粉质黏土、②3-1灰色砂质粉土、②3-2灰色粉砂、②3-3灰色粉质砂土夹粉质黏土、④灰色淤泥质黏土。

1.3 塔式起重机平面布置

本工程根据运输需要，共设置3台塔式起重机，从西至东分别为1#（QTZ63，R=50 m，计算高度34 m）、2#（QTZ80，R=55 m，计算高度38 m）、3#（QTZ80，R=55 m，计算高度33 m）（图1）。

图1 塔式起重机平面布置

1.4 塔式起重机基础设计

根据现场地质情况及施工进度的要求，塔吊基础采用“基础承台＋预应力管桩”的形式。基础尺寸设计为5 000 mm（长）×5 000 mm（宽）×1 350 mm（高）（图2），塔吊设计臂长55 m，承台采用C35混凝土浇筑，基础面标高为－6.25 m，塔吊基础底标高为－7.55 m。

经计算，选用4根PHC-AB400-95-26管桩基础。地库底板在塔吊基础范围内预埋400 mm×3 mm止水钢板。

2 塔身出现倾斜

图2 塔式起重机基础剖面

当主体结构施工至1层时，2#塔式起重机于施工日常监测期间发现塔身倾斜加速、倾斜严重，经测量，其塔顶处最大水平位移为97 cm，严重超过0.4%的要求，预埋节倾斜2 cm，基础部分不断有含砂浑水溢出；严重影响了塔吊的正常使用，带来了极大的安全隐患；3#塔吊同时发生类似现象，其塔顶最大水平位移24 cm。塔身的倾斜成为施工安全的重大风险。

3 原因分析

1）在塔吊基础承台顶面与地下室底的结合部位，基础承台没有及时进行封闭，致使（在塔吊使用一段时间后）地下室底与基础承台板之间出现缝隙。

2）在施工至主体结构一层时正值雨季，地表水十分丰富且地下水位升高、水头压力增大。

3）塔吊基础埋深较深，在坑外压力水头差的作用下，通过基础节构件溢出，导致翻砂、涌砂，土体处于悬浮状态，基础土失去承压能力，形成地基空洞，导致基础承台倾斜（塔身倾斜）。

4）管井降水拆除时间过早，后浇带浇筑时间过早。结构施工正值雨季，在极大的水压力作用下基础底部出现渗漏、翻砂、涌砂，导致塔吊基础底部虚空，失去承压能力。由于塔吊的水平转向，不断向基础传递水平扭矩，基础管桩在土体保护缺失的情况下，达到抗剪能力极限，造成部分管桩断裂。

5）地库底板在塔吊基础区域内的施工质量控制不到位，封闭效果不佳，造成此范围渗漏。

6）桩体在沉桩前，可能存在隐形质量问题，在后期的塔吊运转过程中，质量隐患显露。

7）以上原因的综合所致。

4 处理方法

4.1 3#塔吊处理措施

针对3#塔吊倾斜情况，且考虑到后续施工需要，各方研讨确定其经加固后使用的可能性。塔吊原先设计是以独立高度完成本工程的使用，无需附墙。经现场实际情况分析并同结构设计单位多次研讨，最终确定采取增加附墙和基础扩大的形式加固（图3）。具体措施如下：

图3 3#塔机附墙安装

1）增加2道特制非标附墙，分别设置在3层和4层楼面。附墙安装前先进行塔吊的纠偏，使塔身的垂直度符合规范要求，纠偏好后进行第1道附墙安装，第1道附墙安装在已浇筑完成的楼板上。在楼板开孔后，设置钢板与高强度螺栓进行加固，再与4根液压拉杆进行连接，拉杆通过钢箍与塔身四角固定。第2道附墙设置在4层框架主梁上，混凝土浇筑前进行锚固件的预埋，同样通过4根液压拉杆与塔身固定。

2）首道附墙安装完毕后，确保稳定，不再倾斜，再进行塔吊基础预埋节处的漏水处理。

3）采用隔渗体上注浆盖压法进行堵漏。首在各渗漏点附近打孔引流，释放部分水压力，再分段注浆充填压密漏水点的孔洞缝隙，注浆材料选用PU发泡止水剂（1∶1配比），注浆压力控制在0.4～0.5 MPa，注浆后养护48 h。

4）考虑后期运转过程中塔吊基础及塔身应力较大，会破坏堵漏效果，为减小塔吊基础及塔身的内应力，在塔吊基础上部（地库底板上）扩大增加1块尺寸为6 000 mm×6 000 mm×600 mm的混凝土基础，配φ18 mm@150 mm双层双向钢筋。

3#塔吊在加固完成后，经过4周的每日监测，基础部分再无渗漏，塔身在非工作状态下斜率保持在0.1%的范围内，最终在主体结构完成后正常拆除。

固定支架对主体结构的影响：经后期对该部位混凝土强度的测试，主体结构质量完好。

4.2 2#塔吊处理措施

1）考虑到2#塔吊倾斜程度较大，安全风险高，确定拆除此台塔吊。但常规先降节再拆除的方法存在一定的风险，通过计算最终选用200 t大型汽车吊进行远程拆除。

2）整体拆除流程：施工现场清理→汽车吊就位展开→逐块拆除平衡重（保留2块平衡重）→拆除起重臂→拆除剩余平衡重→拆除塔头→拆除驾驶室及回转机构→拆除爬升架→拆除剩余标准节→运输出场。

5 经验总结

出现此类塔式起重机基础倾斜的情况并不常见，如若处理不到位，将会造成重大损失[1-3]。应从以下几方面出发，避免危险的发生：

1）在塔吊基础设计时，应充分了解项目所在地的水文地质条件，尤其是流砂和管涌等此类不利情况对塔吊基础的影响，对可能产生的风险进行预估并重点控制。

2）严格执行定期对塔吊的垂直度进行检测的要求，确保获取最及时、准确的信息。

3）发生危情时必须以保证人员安全为首要条件，疏散附近的劳动者，经过权威部门制订可靠的技术方案后再予以实施。

6 结语

塔式起重机在建筑工程中已被广泛使用，其在提供高效运输的同时也成为了重大安全风险点，稍有失误就可能造成重大的损失。因此，必须在每一个环节都谨小慎微。首先认真、仔细地研究地质勘探报告，了解当地水文地质及环境情况，制订科学合理的技术方案，在施工过程中严格遵照方案及规范执行，同时，在使用过程中保持及时的周期性监控。若遇到突发情况，也应积极、冷静处理，在最大程度上减少损失。