软土地区深基坑边缘设置塔吊基础的处理措施

曾庆国 王春平 徐能成

上海南汇建工建设（集团）有限公司 上海 201399

目前，高层住宅小区普遍配备地下机动车库，地库布局大致分为连通式和独立式。连通式地下车库，地库与住宅共用地下墙体，塔吊基础常设置在地库底板下方，嵌固可靠。采用独立式布局时，塔吊基础通常位于地库外墙与住宅地下室外墙之间，存在塔吊基础与住宅地下室外墙以及地下车库外墙碰撞问题，在基坑未回填时，还存在塔吊基础外露、塔吊基桩受水平推力等问题[1-2]。本文结合工程实例，提出相应的处理措施，并对实施效果做介绍分析。

1 工程概况

1.1 工程地块信息

上海市浦东新区惠南镇东南社区06-01地块动迁房项目，位于惠南镇观海路东，朱家港路南，总建筑面积146 351.25 m2，其中地上建筑面积117 711.33 m2，地下建筑面积28 639.92 m2。

1.2 基础概况

本工程包括13幢18层住宅和1层独立式地下机动车库。机动车库开挖面标高－7.40 m，住宅底板开挖面标高－3.95 m，高差3.45 m。现场布置10台塔吊，塔吊编号1#～10#，除5#、10#塔吊外，其余8台塔吊均布置在住宅楼与地库之间的空地内（图1）。为满足预制构件吊装要求，塔吊型号比较大，分别为QTZ125、QTZ160、QTZ200和QTZ250，按说明书要求，塔吊基础平面尺寸为（5.0 m×5.0 m）～（7.1 m×7.1 m）。上海地区塔吊基础要求采用桩基础，结合本工程实际情况，采用与高层住宅桩基础相同的预应力管桩，型号为PHC500-AB-100，桩长28 m。住宅采用桩筏基础，预应力管桩型号为PHC500-AB-100，桩长28～33 m，底板厚650 mm。地下机动车库采用300 mm×300 mm混凝土方桩，桩长23 m。

图1 塔吊基础平面布置示意

1.3 围护概况

地下车库周边采用重力式水泥搅拌桩挡墙，基坑围护长1 734 m，地库开挖面积24 241 m2。搅拌桩采用双轴水泥土搅拌桩2φ700 mm@1 000 mm，桩间搭结200 mm，水泥掺量13%，明浜与暗浜区水泥掺量16%；前后排桩内插φ48 mm×3.0 mm@1 000 mm钢管，其余搅拌桩内插长1.2 m的φ12 mm@1 000 mm钢筋，顶部与压顶板相连接；压顶采用厚20 cm的钢筋混凝土压顶板，内配双向φ8 mm@200 mm×200 mm钢筋。

2 塔吊基础布置重、难点

1）塔吊基础邻近地下机动车库基坑边，属于建筑地基基础规范中“边坡”位置。

2）塔吊采用桩基础，塔吊基础位置有围护桩，围护搅拌桩位置与塔吊基础桩位置有重叠。

3）设计要求待住宅地下室施工完成后，才可进行地库土方开挖，若采用落低塔吊基础的做法，会造成住宅底板范围内放坡施工，对桩周土都有扰动，且塔吊基坑四周土体产生的滑移，对住宅基桩造成水平推力，甚至会造成桩顶水平位移，对住宅结构不利。

3 施工关键点

3.1 基坑围护深化

塔吊基础承台位于地库围护坝体上方，通过图纸放样，精确定位塔吊桩位，围护搅拌桩施工时将塔吊基桩围绕，地库开挖后不使基桩外露，保护塔吊承台下方土体（图2）。

图2 塔吊桩基与围护搅拌桩平面位置示意

3.2 增加承台拉结

地库基坑开挖后，塔吊承台底标高与地库基底存在3.05 m的高差。围护设计坝体允许水平位移40 mm，土体位移还会对处于悬臂状态的桩身造成剪切与弯曲破坏。塔吊承台与住宅底板相邻，且住宅底板厚650 mm，有足够的平面刚度，因此设置传力带，将塔吊承台与住宅底板相连，限制住塔吊承台的侧移。考虑到后期2个基础沉降不同，将传力带设置成厚300 mm，与住宅底板和塔吊承台厚度相差明显，且居中设置传力钢筋，配置双向φ14 mm@200 mm钢筋网，让传力带有足够的水平刚度，限制住塔吊承台位移。传力带平面外刚度较弱，2个基础沉降不同时，通过传力带受力变形，减小基础沉降的相互影响。后期塔吊基础破拆时，刚度较小的传力带很容易被破坏，避免住宅底板受到拆除施工的影响（图3）。

图3 塔吊基础剖面示意

3.3 围护压顶处理

围护压顶设计为厚200 mm，施工顺序为：塔吊基础施工→住宅基础开挖→地库围护压顶施工→住宅地下室施工→地库基础开挖。因此，在塔吊基础施工时，将钢筋预留出来，待压顶施工时，将压顶钢筋与预留筋焊接。这种做法使围护压顶多一处嵌固点，减少了围护压顶跨度，有利于围护坝体的稳定。

3.4 传力带配筋计算

塔吊基础正常施工时，四周有回填土，可限制住承台扭转。本项目从住宅基础施工时，即开始运转塔吊，到地库施工完成后才能回填基坑，造成塔吊基础四周有长达数月的时间是没有回填土嵌固的。此段时间，依靠传力带嵌固塔吊承台。扭矩按塔吊说明书提供的数值，以2#塔吊QTZ125（ZJ6020）为例，计算过程简述为：按照GB 50010—2018《混凝土结构设计规范》中深受弯构件相关公式，计算得到传力带的抵抗弯矩为997.272 kN·m，大于塔吊对基础的水平扭矩（388 kN·m），且有足够的安全系数，满足要求。

3.5 承台桩基构造措施

在地库开挖后，地库外侧坝体有向地库内滑移的趋势，虽然重力坝会提供部分抗力，但土体滑移还是会引起承台管桩桩身受剪。对于这种情况，现场采取桩顶填芯做法。根据图集10G409《预应力混凝土管桩》做法，填芯高度不小于3 m，现场填芯长度按大于2倍基坑高差控制，且不小于水泥土搅拌桩长度。本项目统一填芯高度为8 m。

在现场施工中，因塔吊基础管桩口封堵不严，故在附近的围护桩施工时，有大量水泥土涌入管桩内孔，导致填芯钢筋笼无法放置。施工现场采用小型钻机，将桩孔内水泥土清除，保证了填芯长度（图4、图5）。

图4 管桩灌芯用钢筋吊笼

图5 管桩内孔清理施工

3.6 塔吊桩基础验算

塔吊说明书提供的基础形式为板式基础，现场采用桩基础，承台按照说明书给定的板式基础截面，依照JGJ/T 187—2019《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》中的桩承台要求进行复核。单桩承载力按照塔吊附近勘探点的土层进行计算。因塔吊的竖向荷载较小，而竖直方向的弯矩值大，基桩会出现受拉的情况，故各桩需进行抗拔复核。详细计算过程可按照JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》进行。

3.7 后期施工时遇到的问题

地库开挖后，围护坝体水泥土干缩效应明显，造成承台底面与坝顶出现水平间隙。现场经过观测，塔吊基础没有明显沉降与倾斜，塔身垂直度没有变化。将出现的水平间隙用水泥浆灌注后，继续施工。围护桩施工时，为避开塔吊基础桩身，塔吊基础承台范围内的搅拌桩都向地库一侧偏移，导致地下车库外墙施工时操作空间不足。现场为保证基桩不外露，没有切削搅拌桩，而是加厚承台宽度范围内的地库外墙，该范围的外墙外模采用砖胎模。内模采用底板预埋端钢管，设置斜撑加固（图6）。

图6 塔吊承台处地库外墙内模斜撑示意

对于正常施工的地下室外墙，靠近塔吊位置的回填土改用中砂回填，并采用水撼法填实，减小因回填土不密实造成回填后塔吊承台下围护坝体的持续变形。

4 塔吊基础沉降及附近围护坝体变形

4.1 塔吊基础沉降观测

本工程塔吊于2019年10月安装，至2020年11月结构封顶，运行稳定。在基坑施工阶段，要求基坑监测单位对塔吊进行定期观测。监测数据显示，塔吊基础的最终累计沉降值稳定在3 mm之内。基坑回填后，停止观测。

4.2 坝体水平位移观测

塔吊承台与住宅底板通过传力带相连后，对围护压顶的支撑作用明显。2#塔吊附近的地库北侧围护墙顶水平侧移监测点为W8，基坑南侧无塔吊基础的围护墙顶水平侧移监测点为W34，两者的水平位移对比如图7所示。由图7可知，W8监测点的最终水平位移值为W34点的68%，说明塔吊承台处的传力带对减小基坑围护水平位移作用显著。

图7 传力带对围护墙顶水平位移的影响对比

4.3 监测结果分析

采用该措施后，基坑边缘塔吊沉降没有因基坑开挖而导致剧烈变化，且观测值极小。塔吊基础与住宅基础相连，对围护坝体形成附加的拉结点，减小了坝体的水平位移值。

4.4 施工提示

塔吊设备使用说明书中，塔吊基础为板式基础，当软土地区采用桩基础时，应对说明书的基础形式进行复核，配筋形式应符合桩承台的构造要求，并结合塔吊的使用荷载，合理布桩。应对不同厂家提供的塔吊使用荷载表进行研究，避免因荷载取值偏小造成塔吊基础不安全，或者因荷载取值过大和荷载重复计算造成塔吊基础设计时过于保守，浪费资源。

5 结语

本工程布置10台塔吊，其中8台位于基坑边。塔吊基础深埋会造成大量住宅基桩外露，且还需在塔吊基坑四周做围护设计，增加工程造价和施工难度。采用传力带将塔吊基础与住宅基础相连的措施，既保证塔吊正常运转，又可以增加基坑围护的安全性，同时还减少了工程造价。本项目的塔吊基础方案得到了设计单位认可，并进行了专家评审，可为上海等软土地区地下1层、重力坝支护项目的塔吊布置提供一定的参考。