共坑超高层建筑群群塔布置与转换施工技术研究

芮 扬

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

1 背景工程

天津于家堡金融区起步区由03-15地块工程、03-16地块工程、03-21地块工程、03-22地块工程、03-25地块工程、03-26地块工程共同组成。各地块的主要单体设计参数如表1所示。

表1 六地块概况

六地块设置于一个基坑中，共用外围护支撑体系，其中03-16地块为密肋混凝土柱筒全混凝土结构体系，建筑层数和高度为全地块最多、最高，作为六地块的标志建筑，其形象进度等综合目标最高。六地块设计的主体建筑均为超高层建筑，同时六地块中还设计有从地下横向横穿地块的地铁明挖隧道箱体，属于共坑同步施工的超高层建筑群，其大型机械——塔式起重机的布置本身就具有一定的难度。同时工程在前期支撑和土方开挖施工时，进行六地块的群塔布置，并完成了所有吊车的基础设置。但是，由于后期结构设计的变动加之业主对整个工程进度目标的改变，部分前期设置的塔吊型号、位置不尽合理，并且后续6个地块分由6家总承包单位进场施工，前期的塔吊设置给后续各地块的上部施工带来了一定影响[1-3]。

2 群塔设置及冲突分析

2.1 六地块前期的塔吊布置设计与实际布置

选用20台塔吊作为垂直和水平运输的主要设备，其中设置于主楼的10台塔吊用于底板及主体结构施工，设置于辅楼的10台塔吊用于土方开挖，底板、支撑以及辅楼的施工。20台塔吊分2个阶段进行布置安装。

第1阶段布置：安装10台位于辅楼位置的塔吊，考虑避开支撑和坡道位。第1阶段中的塔吊一般均采用70 m左右的臂长，以提高覆盖面，满足支撑材料、桩头及土方的运输。塔吊所不能覆盖的角部区域由汽车吊负责材料的垂直运输。

第2阶段布置：安装主楼塔吊，考虑到主楼区域的塔吊外附及内爬塔需要准确定位，因此在垫层、防水施工完，在底板浇筑之前，进行主楼塔吊的定位和安装，也有利于底板上钢结构预埋件的安装作业；同时对辅楼位置塔吊的臂长进行调整，防止对主楼塔吊作业造成影响（图1）。

图1 六地块前期群塔设置设计

各单体总承包单位进场后，现场实际只完成第1阶段塔吊的布置和安装，对于第2阶段的塔吊，前期单位完成了布置在核心筒以外的塔吊的预设基础桩。并且由于机械设备的缘故，部分塔吊的型号和位置出现了调整，部分STT293塔吊实际安装成了STT200塔吊，安装的臂长也有所改变（图2）。

图2 六地块前期塔吊实际布置

2.2 群塔设置的影响与冲突分析

2.2.1 前期的群塔设计对工程影响最大

1）前期吊车布置按照初版结构设计进行，地块建筑的结构主体设计未完全定型，后期结构设计发生改变后，前期的吊车或安装完毕，或基础施工完成，使得这些吊车与结构本体产生矛盾，直接影响到结构本体的施工。

2）后期建设单位对进度结构目标作出了比较大的调整，使得部分地块的施工进度安排发生了改变，原先设计的塔吊装拆和升节流程安排不能实现，直接造成地块之间的塔吊互相影响。

3）前期单位布置的吊车位置和性能，未充分考虑到后期结构设计的变化，加之地块进度的不协调造成支撑和围护本体的施工方法和换拆流程改变，使得一些原先设置的吊车的利用率大幅降低，影响到地块结构施工的实际吊装需求。

上述三方面直接给六地块地下结构的施工带来了很大影响，尤其影响到了03-16地块的结构施工。

2.2.2 冲突点分析

针对六地块前期的塔吊布置情况，结合工程的总体进度目标要求和施工工序安排，重点对六地块中的进度要求最高的03-16地块的塔吊布置进行了相关研究，分析发现按照前期的塔吊布置设置给03-16地块的工程施工带来了5个冲突点。

冲突点1：主楼第2阶段布置的3-16-2塔吊不能满足吊装要求。

03-16地块主楼16层以下设置有4个大截面脚柱，单节吊装质量较大，按照前期单位的设想，底板完成后在主楼核心筒内设置吊车，受核心筒吊车位置限制，塔吊距基坑边缘比较远，在地下室结构施工期间，对吊装质量有限制，无法满足主楼结构的吊装需求。

冲突点2：03-16-3号塔吊基本无起吊点。

六地块的南北向和东西向支撑设计采用支撑下腹板的形式，未按照常规的栈桥设计，使得03-16地块的3-16-3号塔吊在基础开挖后基础底板施工期间无吊点，无法满足附楼A和附楼B南半侧的施工。

同时3-16-3号塔吊还受到03-15地块和03-22地块的相邻塔吊影响。并且按照前期单位的设计，3-16-3号塔吊要在附楼A和附楼B完成后拆除，但实际上这部吊车所处的位置靠近六地块中部，只有在相邻地块全部出±0 m后才能有吊点，作用完全受限。

冲突点3：附楼A处预设位置的3-16-4号塔吊附墙受限，影响主楼施工。

预设的附楼A处的塔吊基础，经过坐标核对，其位置与附楼A的部分梁板结构存在冲突，并且此处预设的塔吊设想在裙房施工完毕后拆除，而裙房A受到东西向支撑的压制，地下2层施工完毕后，必然要停滞施工，而主楼可以直接继续施工，附楼A的塔吊距离主楼过远，无法附着于主楼之上，不能升节。大臂将影响到主楼的施工。

冲突点4：主楼单塔吊难以满足进度要求。

03-16地块主楼单层面积为2 700 m2，建筑高度为246 m，结构工期要求非常紧，按照前期设想的仅靠核心筒内设置的1台塔吊方案将很难满足上部结构的吊装要求。

冲突点5：3-16-1号塔吊受地块主楼影响，作用受限。

03-16地块西北角设置的3-16-1号塔吊，依据课题组的基础核对，基础设置于明挖地铁隧道的区域内，塔吊的塔身与隧道侧墙重合，影响了隧道侧墙施工，同时，3-16-1号塔吊臂长60 m，即使缩至50 m仍然直接覆盖到03-15地块的主楼外钢框结构，一旦03-15地块的施工进度过快则直接影响到塔吊的安全，而若为了避免影响到主楼的结构施工，前期单位设想3-16-1号塔吊在地下室结构施工完毕后即拆除，这样附楼B的上部结构施工将无吊车可用。

3 群塔布置与转换技术

3.1 群塔布置调整与转换方案分析选择

针对上述影响和冲突分析，结合现场各单体建筑的结构情况、进度要求和周边条件，针对03-16地块考虑了2种群塔调整和转换方案。

方案一：

1）基础剩余土方开挖和基础底板施工阶段沿用地块内原已布置的2台塔吊。

2）地下3层结构完成后，主楼核心筒内安装1台塔吊，主楼核心筒外南侧安装1台塔吊，并将地块内的3-16-3号塔吊拆除。

3）地块地下室结构完成后，拆除03-16-1号塔吊。主楼上部结构施工至16层、附楼A封顶后，拆除主楼南侧新增塔吊。

4）主楼封顶后拆除核心筒内塔吊。

方案二：

1）基础剩余土方开挖和基础底板施工阶段沿用地块内原已布置的2台塔吊。

2）地下3层结构完成后，主楼北侧核心筒外安装1台塔吊，主楼核心筒外南侧安装1台塔吊，并将地块内的3-16-3号塔吊拆除。

3）地块地下室结构完成后，拆除03-16-1号塔吊，并在地下空间顶部增加1台塔吊以满足附楼B的结构施工需求。主楼上部结构施工至32层、附楼A封顶后，拆除主楼南侧新增塔吊。

4）主楼封顶后拆除主楼北侧塔吊。

分析2种方案的优缺点，方案二比方案一具有优势，主要表现在：

1）对主楼结构而言，本工程为6个地块在同一基坑内共同施工，标段西侧为03-15地块，南侧为03-22地块。仅基坑北侧和东侧有施工便道，同时主楼周边均有裙房，故而主楼距离基坑外边线较远，主楼外框距离北侧施工便道31.5 m，距离东侧施工便道25.0 m。塔吊布置在核心筒内，采用内爬式塔吊距离基坑边42～50 m，增加了塔吊到坑边的起重半径，降低了塔吊起重坑边构件的最大起重力，同时需对核心筒内进行加固，成本较高，施工工艺较为烦琐。而采用将附墙式塔吊基础布置在主楼剪力墙外侧3.5 m左右位置，满足脚手架搭设距离，同时距离基坑边最近仅21.5 m，如采用大功率塔吊，一般起重半径在25 m以内，最大起重量12.08 t，大于单节劲性钢构件的11.2 t，满足施工要求。如需考虑塔吊起重半径对于主楼的全覆盖因素和劲性钢柱吊装因素，塔吊基础需适当向基坑内移，一般内移15～30 m，只需采用50 t汽车吊在基坑边将构件短驳至基坑内，再用塔吊进行吊装，此类情况对于工程施工成本及进度影响也较小。

2）主楼塔吊采用内爬的塔吊，拆除需同屋面吊配合，采用附墙式塔吊，由于主楼北侧为地下2层结构，无裙房，塔吊可自身降节到底，采用50 t汽车吊方可对塔吊进行拆除，在施工方面和经济成本方面都有较大优势。

3）方案二调整了主楼塔吊的拆除时间，并在附楼B区域的地下室顶板上增加了塔吊，能够较好地满足工程进度的实际需求。

最终选择方案二作为塔吊布局转换的实施方案。

3.2 群塔布置调整与转换的技术设计和实施

根据施工特点，塔吊安装采取先后结合的方式，土方开挖前安装辅楼塔吊，以满足土方以及环梁的施工要求，开挖到地下室底板标高后，安装其余塔吊，底板施工前所有塔吊安装完毕。

1）本工程施工期间塔吊的配置分5个阶段。

第1阶段：在基础底板完成前，使用前期的2台塔吊，分别为位于西北角的臂长60 m的3-16-1号塔吊STT200和位于西南角的臂长60 m的3-16-3号塔吊STT200（图3）。

图3 第1阶段塔吊设置

第2阶段：基础底板完成后，加装2台塔吊，即主楼南侧的ST7027塔吊，臂长55 m，主楼北侧的21CJ290/18 t型塔吊，臂长54 m。同时，使用新装的21CJ290/18 t型塔吊拆除西南侧原有中建的塔吊。南侧新装塔机负责南侧两角柱的劲性结构吊装、附楼A的屋面劲性梁的吊装、土建施工。北侧新装塔吊负责北侧两角柱的劲性结构吊装，附楼B、主楼、地下室的土建施工（图4）。

图4 第2阶段塔吊设置

第3阶段：南北地下空间施工完成后，拆除西北角的3-16-1号塔吊，并安装地下空间顶板塔吊，STT153塔吊臂长45 m，由于第1道支撑的拆除时间存在不确定因素，主楼可能在地下空间完成前出±0 m，此时3-16-1号塔吊仍需要保留至南北地下空间完成，此时需将塔吊大臂缩短至54 m，以不碰D楼的上部结构外边线为准（图5）。

图5 第3阶段塔吊设置

第4阶段：主楼施工至15层，附楼A上部劲性梁吊装完成后，主楼施工总高度达到150 m时，拆除南侧的ST7027塔吊。同时加长北侧的21CJ290/18 t型塔吊的臂长以覆盖D楼的上部结构投影面（图6）。

图6 第4阶段塔吊设置

第5 阶段：主楼结构封顶后，拆除主楼北部的21CJ290/18 t型塔吊。

2）塔吊基础定位的确定。主楼北侧塔吊基础考虑布置在外墙北侧3.5 m位置，满足脚手架搭设距离，同时位于（9轴、1/P轴）劲性柱与（12轴、1/P轴）劲性柱的中心线上，塔吊至基坑边起重半径为21.5 m，至北侧2个劲性柱吊装就位起重半径为13 m，小于25 m，满足起重要求。

主楼南侧塔吊基础考虑布置在外墙南侧3.5m位置，同时位于（1/G轴、12轴）劲性柱与（1/G轴、2/6轴）劲性柱的中心线上，塔吊基础至基坑边起重半径49 m，需50 t汽车吊配合将钢构件短驳至基坑内，同时对钢构件进行分解，以减少构件质量，使构件质量在塔吊起重半径及最大起重允许范围内。塔吊基础至南侧2个劲性柱吊装就位起重半径为23 m，小于25 m，满足起重要求。

3）调整塔吊型号的确定。本工程主楼结构高233.85 m，地下室结构施工阶段，考虑到裙房施工及劲性柱吊装因素，安装2台塔吊，1台安装在主楼北侧、1台安装在主楼南侧。主楼4根角柱从地下3层至地上15层采用劲性钢柱，在主楼施工至15层结构顶板时，附楼A已结构封顶，并且上部已无劲性钢柱，故可拆除主楼南侧1台塔吊，保留主楼北侧塔吊至主楼结构封顶。

主楼北侧塔吊需满足安装高度大于等于269.50 m，21.5 m起重半径范围内最大起重量为11.2 t的要求。主楼南侧塔吊需满足安装高度大于等于70.31 m，40 m起重半径范围内最大起重量为6.6 t的要求。钢柱由于塔吊吊装半径的限制，均采用单层一节、竖向分段吊装。单节竖向分成2段的钢柱吊装就位以后，采用连接板临时固定，间隔2 m一块，用普通螺栓连接。

根据以上技术参数，并考虑机械设备来源，综合考虑经济因素，最终确定在主楼北侧采用21CJ290/18 t型塔吊，塔吊接44 m大臂，采用4倍率，最大起重量18 t，最大起重半径44 m处起重量6.5 t，最高安装高度为300 m。

主楼南侧采用ST7027塔吊，ST7027塔吊接55 m大臂，采用2倍率，最大起重量8 t，最大起重半径55 m处起重量4.9 t，最高安装高度为186 m。

3.3 底板外挑式塔吊基础的设置技术

基础及地下室结构施工阶段，主楼调整和增设的塔吊为北侧的21CJ290平衡臂式起重机，南侧ST7027塔帽式起重机。主楼北侧没有预设的塔吊基础，塔吊21CJ290为新增的外附着式，需要重新施工。主楼南侧有前期单位预设的塔吊基础，南侧塔吊ST7027可以考虑利用此基础。

但是就本工程而言，主楼南、北侧2部塔吊的设置需满足主楼的钢骨柱的吊装要求，并且采用附着于主楼的附墙方式，因此，主楼南、北侧塔吊的基础距离主楼的位置应比较近，塔吊中心距离主楼边控制在3.5 m以内以便于附墙。根据03-16地块的地下室底板的结构设计情况，利用基础底板设置塔吊基础，遇到3个难题：

1）主楼周边3.5 m范围位置的基础底板恰是与裙楼底板交叉的位置，设计有沉降后浇带，根据满足结构施工所确定的塔吊设置的最佳位置，正好横跨在沉降后浇带上。

2）沉降后浇带又正好是主楼和裙楼基础底板厚度的分界，后浇带内侧主楼区域基础底板的厚度为3.5 m，后浇带外侧附楼区域的基础底板厚度仅为800 mm。

3）03-16地块的结构设计有一个特点，3个主要单体所采用的基础形式完全不同，主楼D采用了超厚大筏板基础，附楼B采用了加深承台加连系梁筏板基础，附楼A采用了深梁加筏板基础，而南北侧塔吊所设置的最佳位置处的附楼底板的基础形式不一样，南侧塔吊位于主楼D和附楼A的交界处，北侧塔吊定位于主楼D和附楼B的交界处，这给基础的设计带来了困难。

采用常规的处理方式都很难解决上述的3个难点，因此课题组综合研究了塔吊位置附近的结构设计情况以及塔吊的基础设置要求，创新地提出了底板外挑式塔吊基础的设置技术。具体的方案设想如下：根据目前塔吊基础平面位置，考虑从主楼3.5 m大底板中悬挑出2根混凝土暗梁对应塔吊的基础锚脚位置作为塔吊基础，并根据力学计算配置塔吊基础钢筋，混凝土采用C60，同主楼基础混凝土，底板外挑式塔吊基础与主楼基础底板一同施工。

依据工程现场的实际条件，结合塔吊的施工最大荷载要求，本工程主楼南北侧新增的2台塔吊基础均利用主楼大底板外挑承台的基础形式。

1）基础定位。南侧ST7027塔吊基础设置于主楼南侧9轴—10轴中间，附楼A的G轴线以北，基础中心距离主楼南侧柱外3 500 mm。由于原设计方在此处设计有主楼与附楼之间的沉降后浇带，为满足塔吊的基础施工，经与设计方商议，调整原后浇带位置，避开塔吊基础位置（图7）。

图7 ST7027塔机基础平面轴线定位

北侧21CJ290/18 t型塔吊基础设置于主楼北侧10轴—11轴中间，主楼的Q轴线以南，基础中心距离主楼北侧柱外3 500 mm。由于原设计方在此处设计有主楼与附楼之间的沉降后浇带，为满足塔吊的基础施工，经与设计方商议，对原后浇带位置进行调整，避开塔吊基础位置（图8）。

图8 21CJ290/18 t型塔机基础平面轴线定位

2）塔吊基础设计。南侧ST7027塔吊基础采用主楼底板外挑承台，锚脚位置局部设暗梁，承台尺寸2 200 mm×2 800 mm×3 500 mm。基础混凝土为C45S8（同底板），垫层为100 mm厚C20素混凝土。拟定承台配筋为：上层钢筋直径32 mm@200 mm，下层钢筋直径32 mm，两侧构造钢筋28根，直径为16 mm，中间2道直径16 mm@200 mm的钢筋网片，暗梁位置箍筋为直径16 mm@200 mm，塔吊锚脚预埋深度2 000 mm（图9）。

图9 主楼南侧ST7027塔吊基础设计剖面示意

北侧21CJ290/18 t型塔吊基础采用主楼底板外挑承台，锚脚位置局部设暗梁，承台尺寸2 300 mm×2 800 mm×3 500 mm。基础混凝土强度为C45S8，垫层为100 mm厚C20素混凝土。

拟定承台配筋为：上层钢筋直径32 mm@200 mm（双层双向），下层钢筋直径32 mm（双层双向），两侧构造钢筋28根，直径为16 mm，中间2道直径16 mm@200 mm的钢筋网片，暗梁位置箍筋为直径16 mm@200 mm，塔吊锚脚预埋深度2 000 mm（图10）。

图10 底板外挑式塔吊基础设计示意

4 实施效果分析

通过对前期塔吊的调整，避免了不当设置的塔吊影响到主楼结构的顺利提前出±0 m，并且有力地保证了主楼钢结构的安装，满足了03-16地块主楼后续的进度目标。03-16地块主楼结构施工高峰期顺利实现了5 d一层的进度目标。

同时也避免了03-16地块的塔吊对其他地块塔吊的影响，避免了因为各建筑之间不同的进度要求而导致的群塔之间相互干涉制约情况的发生。

5 结语

高层或者超高层建筑群共坑的情况越来越常见，而由于超高层建筑的单体开发和施工往往由单一单位进行，在共坑施工过程中，很难避免群塔布置的相互影响和制约。通过结合工程目标现场实际情况，对群塔设计的冲突进行分析，并创新地设计了一种新的后置塔吊基础转换方案，科学地布置或转换群塔，为类似项目提供了借鉴。