地下室内塔吊基础利用工程桩施工技术

翁建军（宁波市建设集团股份有限公司，浙江 宁波 315000）

塔吊又称塔式起重机，是建筑工程施工中重要的垂直、水平运输机械，分为行走式和固定式。行走式塔机用于建筑物较多、场地面积较大的建筑工程中。固定式塔机因塔身固定不转，常用在场地面积相对固定的房屋建筑施工中。塔吊基础的费用属于建安费用的技术措施费，其选型、位置、数量不仅影响主体结构的进度，在措施费中的占比也较大，直接影响到项目的施工成本。

1 塔吊的布置

1.1 塔吊选型

要根据工程现场施工条件、材料堆场的布置、建筑总高度、工期要求、塔吊投入使用时间、塔吊的数量等，结合塔吊的臂长、最大起重量进行选用，尽可能覆盖施工区域、减少材料的二次搬运。

1.2 塔吊基础的布置

随着城市地下空间的开发利用，地下室面积越来越大，从塔吊的利用率和附墙等综合考虑，塔吊通常布置在靠近上部主体结构的地下室内，此时除了尽量覆盖主体结构工作面和周转材料的堆场外，还要考虑避开地下室顶板的框架主梁、框架柱及地下室围护结构的支撑等，此时可应用（BIM Building Information Modeling，建筑信息模型）技术建模轻松解决。

1.3 附墙件的设置

不同型号的塔吊，其中心距附着点即主体结构外边线的水平距离不尽相同，一般为 3.5～7.0 m，两个附着点在平面内水平距离 5.0～7.0 m。

1.4 便于塔吊安拆

塔吊布置时还要考虑便于安拆，若塔吊与施工升降机（或物料提升机）位于建筑物同一侧时,塔吊中心与施工升降机（或物料提升机）外边缘最小距离不应小于塔吊平衡臂的长度；当塔吊平行于建筑物时，驾驶室最外边缘不得与建筑物外架最外边缘相碰。

1.5 群塔布置

大面积的施工作业面经常会面临群塔作业，多塔布置时还要考虑相邻塔吊间高低塔的垂直距离、塔身水平距离的限值规定，做好塔吊的限位工作。

2 工程概况

背景工程位于宁波市高新区，总建筑面积 70209 m2，地下建筑面积 7458 m2，地上建筑面积 62751 m2，包括-1 F、地上 5 幢单体， 3 幢为 5 和 6 F 多层建筑，建筑高度20.55～24.05 m；2 幢为 19 F 和 21 F 的高层建筑，建筑高度69.6 m、78 m。根据工程施工现场平面布置和施工进度安排，共布置二台 QTZ63（6010）塔吊，其中 1 号塔吊布置在5 号楼南侧的地下室内，臂长 58 m，安装高度约为 93 m，在结构结顶后退场； 2 号塔吊布置在 1 号楼北侧的自然地坪上，臂长 58 m，高度约 85 m，在结构结顶后退场。

3 塔吊基础的选择

3.1 塔吊基础形式的选择

因 1 号塔吊布置在地下室内，故考虑采用型钢格构柱＋钢筋混凝土承台的组合式基础，就是由类似于支护结构中的立柱桩（也称型钢格构柱）与上端的钢筋混凝土承台或型钢平台组成的基础。主要有型钢格构柱＋钢筋混凝土承台、型钢格构柱＋型钢平台两大类。后者因在实际施工中存在钢平台用钢量大、与塔身的连接技术难度较大等问题目前使用较少。前者根据混凝土承台与地下室顶板的相对标高不同又分为两种，一种是承台位于地下室底板与顶板之间，简称地库顶板下塔吊基础，如图 1 所示；另一种是承台位于地下室顶板上，简称地库顶板上塔吊基础，如图 2 所示。

图1 地库顶板下塔吊基础

图2 地库顶板上塔吊基础

3.1.1 地库顶板下塔吊基础

此种形式承台底标高高于地下室底板面约 1 m，一方面考虑型钢格构柱悬臂高度不大，格构柱间无需设型钢支撑，再者是为了满足地下室底板混凝土浇捣时留有足够的操作空间。此形式的具体做法是：在塔吊桩（钻孔灌注桩）中事先插入与钻孔桩内钢筋笼焊牢的型钢格构柱，混凝土浇至格构桩顶，接着开挖塔吊基础承台的土方，然后施工塔吊基础承台，格构柱与底板一起浇筑成整体，塔身穿地库顶板时留洞，等塔吊拆除后洞口封闭。因塔吊在地下室挖土阶段即投入使用，所以在地下室挖土之前需先开挖塔吊基础承台施工的土方，若承台埋深较深时会导致挖土工作量较大。

3.1.2 地库顶板上塔吊基础

此种形式承台底标高高于地下室顶板面，所以需先填土至桩顶标高下 0.3 m 用于塔吊基础桩的施工,在塔吊桩（钻孔灌注桩）中事先插入与钻孔桩内钢筋笼焊牢的型钢格构柱，再施工塔吊承台，接着是深基坑开挖，随挖随安装格构柱之间的水平支撑与竖向支撑，底板混凝土浇筑时需先将型钢格构柱内的混凝土凿除，再在其四周焊环形钢板止水带，与底板整浇，格构柱穿地库顶板时留设 4 个方孔，待塔吊拆除后封闭。

3.1.3 地库顶板上塔吊基础（工程桩兼作塔吊桩）

此种形式是 3.1.2 的特殊形式，就是利用工程桩兼作塔吊桩，因为一般工程桩的特征值远大于塔吊承台基桩要求的特征值，所以安全性更高，还可以节省地库底板下塔吊桩的费用。但利用工程桩的塔吊基础承台形状往往不一定规则，通常承台面积比常规的要大，以本工程 1 号塔吊为例，塔吊型号 QTZ63（6010），如采用常规的塔吊基础，承台为用5000 mm×5000 mm×1200 mm，混凝土方量为 30 m3，而利用四枚工程桩兼作塔吊桩，塔吊基础承台位于地库顶板上 0.7 m，承台为不规则的四边形，面积为 51 m2，采用预埋螺杆条形梁式承台，最终承台混凝土方量为 41.9 m3，同时格构柱间的型钢支撑用量略有增加。

3.2 塔吊基础承台的形式

目前应用广泛的塔吊基础承台形式大致有两种：钢筋混凝土方形承台、钢筋混凝土台阶式承台。

3.2.1 钢筋混凝土方形承台

对于方形承台，塔身通过预埋螺栓与方形钢筋混凝土承台相连，承台不仅要考虑抗弯还要考虑抗冲切的要求，所以在承台的下部要配置抗弯钢筋，上部也要按构造要求设置构造钢筋，施工方便。但承台混凝土方量大，后期塔吊承台拆除的工作量也大，以 5000 mm×5000 mm×1200 mm 的钢筋混凝土承台为例，每个承台的混凝土方量为 30 m3。

3.2.2 钢筋混凝土台阶式承台

对混凝土方形承台来说，承台抗冲切的安全系数较大，通常承台的大厚度是为满足塔吊预埋螺杆长度的要求，所以将承台做成如下的预埋螺杆条形梁式承台 图 3（a）所示和预埋螺杆台阶式承台如图 3（b）所示，在保证承台抗冲切满足要求的前提下，将预埋螺栓处的承台厚度加大，以图3b 形式为例，这样仅混凝土材料用量至少可减少（5×5-2.2×2.2）×0.4=8.06 m3，约26%，按C35混凝土考虑，节约成本约 4836 元。

图3 钢筋混凝土台阶式承台

3.3 成本分析

以 1 号楼 QTZ63（6010）塔吊为例，对塔吊基础的三种方案进行成本分析，见表 1。

表1 塔吊基础三种方案成本对比

由以上得出：方案一，地库顶板下塔吊基础，成本虽比方案二略低，但存在顶板留洞时间长，洞口大以及前期塔基土方开挖深度大等问题， 不选用。方案二，地库顶板上塔吊基础，尽管增加了塔吊桩施工时地坪需填高的工序，但后期承台拆除在顶板上实施，安全隐患小，垃圾清运方便，优先选用。方案三，地库顶板上塔吊基础（工程桩兼作塔吊桩），是在方案二的基础上，利用工程桩作塔吊桩，而塔吊基础承台混凝土和型钢格构柱间支撑增加的费用远小于塔吊桩节省的费用，所以成本最低，是背景工程中 1 号塔吊基础的最终选用型式。

4 塔吊基础施工要点

因塔吊桩顶标高高于自然地坪，故塔吊桩施工时需先将地坪填高至桩顶标高下 0.3 m，本工程利用4 枚工程桩，所以需将工程桩设计标高抬高至塔吊桩顶设计标高。需从挖土方法、支撑设置、沉降观测等方面保证其整体刚度，具体操作要点如下。

（1）塔吊基础周边土方的开挖。型钢构柱周围的土方应分层、对称开挖，严禁挖土机械触碰型钢格构柱。

（2）型钢格构柱支撑的安设。放置格构柱时应控制其水平度、垂直度及平面位置，确保格构柱使用过程中受力均匀。型格构柱内的混凝土仅在穿地下室底板时凿除，其余均保留，以确保型钢格构柱有足够的刚度，型钢格构柱之间的水平与竖向型钢支撑要随挖土深度及时安设并焊接。

（3）加强沉降观测。承台混凝土未达到规定强度前，禁止安装和使用塔吊。观测点设在塔吊标准节上，塔吊基础沉降、塔身垂直度在土方开挖期间每天观测一次，土方开挖完成后每半月一次，发现异常及时反馈。当塔吊基础沉降，塔身垂直度偏差超过 0.2% 时，必须由安拆单位专业人员进行校正。

（4）预留孔洞的处理。因塔吊基础设在地库顶板上方，型钢格构柱须穿过底板和顶板，因此型钢格构柱在底板厚 1/2 处焊接 3 mm 厚钢板止水片，焊接必须牢固、位置正确，底板混凝土浇捣时与格构柱一起浇捣，连成整体。型钢格构柱穿越顶板区域要留洞，洞口尺寸边长比型钢格构柱宽2 mm×350 mm,此位置顶板钢筋全部断开并上弯，长度要满足搭接长度要求，即孔洞边长 /2＋35 d，待主体结构结顶、塔吊拆除后，进行板筋焊接、支模和洞口封闭。此处除按施工缝的相关要求外，为防止渗漏水，在顶板混凝土结构表面再增设一道防水层。

（5）塔吊基础承台拆除。塔吊基础凿除前，塔吊承台10 m 范围内顶板上方、地下室内部均设置警戒线，禁止无关人员靠近。塔吊承台用 PC80 挖掘机及破碎锤停在顶板上方进行凿除，垃圾用铲车清除，顶板上方的格构柱要分段割除。地下室格构柱拆除时要搭设钢管操作架，满铺脚手片、满布剪刀撑和斜撑。安排石匠由上至下用气泵分段进行凿除，型钢格构柱割除前应先将格构柱内的混凝土凿除，直至凿到底板面。凿除过程中垃圾应随凿随清理。

5 结 语

1 号塔吊采用地库顶板上的塔吊基础，且工程桩兼作塔吊桩，提高了塔吊基础的安全性，节约了成本。实际应用时需征得结构设计单位的同意。由于地下室顶板的预留洞一般要到主体结构结顶、塔吊拆除后才能补浇，所以存在漏水及垃圾清理工作量大等问题。目前有项目尝试在地下室顶板处不留洞，格构柱与地库顶板一次性浇捣，方便施工，对后续工序影响较小，可供类似工程借鉴。