淺談復(fù)雜地質(zhì)塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

王亞坤，潘蜀，張喜紅，徐玉春，喬鵬飛

（中建八局第一建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

1 工程案例概況

1.1 工程概況

南翔萬(wàn)商商貿(mào)物流城D地塊3#樓工程位于蕪湖市萬(wàn)春西路北側(cè)、中江大道(延建段)東側(cè)?？偨ㄖ娣e12.6萬(wàn)m2。包括3#-1樓～3#-16樓16個(gè)子單位工程，中連橋、東連橋、F3#樓三個(gè)輔助設(shè)施，均為框架結(jié)構(gòu)。地上4層，局部為2層、6層，建筑高度23.25m。功能為商業(yè)、商業(yè)輔助用房、辦公。本工程設(shè)計(jì)標(biāo)高±0.000相當(dāng)于黃海高程8.3m。

因本工程工期緊，單層面積大，為保證施工垂直運(yùn)輸效率并節(jié)約成本的原則，采用8臺(tái)塔吊，4臺(tái)QTZ80(6012)和4臺(tái)QTZ80(6010)塔吊來(lái)滿足工程垂直運(yùn)輸，8臺(tái)塔吊布置如下圖所示。

1.1.1 地質(zhì)概況

該工程占地原為村莊、水稻田和溝塘，地勢(shì)低洼，經(jīng)回填整平后較平整。場(chǎng)地地貌單元屬河流I級(jí)階地，系河流沖淤積而成，經(jīng)后期作用形成溝塘等微地貌。

各層土層具體分布如下。

①層填土，雜色，一般厚度在0.60m～4.70m。力學(xué)性質(zhì)不均勻，不得作基礎(chǔ)持力層。

②層淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚度1.60m～11.7m，層頂埋深0.60～3.20m，層頂黃海高程4.10m～6.90m。力學(xué)性質(zhì)差，為軟弱土層，未經(jīng)處理不得作擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。

③層粉質(zhì)粘土，厚度1.20m～4.70m，層頂埋深1.20m～5.20m，層頂黃海高程2.20m～6.40m。局部分布，不宜作擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。

④層粉質(zhì)粘土，厚度0.80m～5.60m，層頂埋深1.00m～6.00m，層頂黃海高程1.60m～6.50m。力學(xué)性質(zhì)較好，但層厚不均勻，不建議作擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。

⑤層粉質(zhì)粘土夾粉土，夾有粉細(xì)砂，厚度1.50m～9.70m，層頂埋深3.20m～10.70m，層頂黃海高程-3.20m～4.30m。力學(xué)性質(zhì)一般，不建議作擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。

⑥層粉質(zhì)粘土，厚度0.70m～13.70m，層頂埋深10.0m～23.10m，層頂黃海高程-15.60m～-1.70m。為軟弱土，力學(xué)性質(zhì)差，不得作擬建建筑物基礎(chǔ)持力層。

⑦層粉質(zhì)粘土，厚度0.70m～11.00m，層頂埋深12.10m～23.70m，層頂黃海高程-16.20m～-4.60m。力學(xué)性質(zhì)較好，可作擬建建筑物樁基持力層。

⑧層粉質(zhì)粘土夾粉土、夾有粉細(xì)砂，局部為粉細(xì)砂夾粉土，厚度在1.00m～21.60m，層頂埋深19.20m～26.20m，層頂黃海高程-18.60m～-11.60m?？伤堋菜軤?，力學(xué)性質(zhì)較好，但局部力學(xué)性質(zhì)一般，力學(xué)性質(zhì)不均勻，可作擬建建筑物樁基持力層。

⑨層礫砂層，中細(xì)砂夾小礫石、粉土，力學(xué)性質(zhì)較好，可作擬建建筑物樁基持力層。

1.2 難點(diǎn)

本工程單體高度均不高,選用的塔吊型號(hào)自由高度為40m,不用附著,所以塔吊基礎(chǔ)要足夠堅(jiān)實(shí)牢固、穩(wěn)定,保證塔吊使用的安全。塔吊的地基基礎(chǔ)是保證塔機(jī)安全使用的必要條件，一般情況下，塔吊基礎(chǔ)上表面基本與擬建建筑基礎(chǔ)頂相平，考慮到塔吊基礎(chǔ)的厚度，場(chǎng)地的①層土是不符合塔吊基礎(chǔ)持力層要求的。而②層土通過設(shè)計(jì)計(jì)算,進(jìn)行處理，可以作為塔吊基礎(chǔ)持力層，基礎(chǔ)形式采用獨(dú)立基礎(chǔ)。但由于②層土層深與層頂標(biāo)高變化較大，不均勻，根據(jù)塔吊平面布置圖與基礎(chǔ)頂標(biāo)高的設(shè)計(jì)情況，部分塔吊所處位置采用以②層土為持力層的獨(dú)立基礎(chǔ)已不合適，所以需改變基礎(chǔ)形式，一般采用樁基礎(chǔ)。

2 南翔萬(wàn)商D 地塊3#樓塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 南翔萬(wàn)商前期項(xiàng)目類似場(chǎng)地塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1.1 南翔萬(wàn)商商貿(mào)物流城D地塊2#樓工程

南翔萬(wàn)商D地塊2#樓為與D地塊3#樓相鄰，均在中江大道延建段的東側(cè)，地勘報(bào)告顯示土層分布與狀況差別不大。塔吊設(shè)置8臺(tái)，型號(hào)為ST70/27。根據(jù)相關(guān)資料進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。2#、3#、4#、5#、6#塔吊基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)進(jìn)入持力層④層粉質(zhì)粘土不小于0.3m，尺寸為5.6m×5.6m×1.35m。

1#、7#、8#塔吊采用預(yù)制管樁與承臺(tái)基礎(chǔ)，管樁型號(hào)為PHC-A500（100），均為9根樁，有效樁長(zhǎng)不小于15.0m，樁端持力層為⑦層粉質(zhì)粘土，樁端進(jìn)入持力層不小于0.5m,基礎(chǔ)承臺(tái)尺寸為5.6m×5.6m×1.35m。

2.1.2 南翔萬(wàn)商商貿(mào)物流城E地塊工程

南翔萬(wàn)商E地塊工程與D地塊3#樓距離不遠(yuǎn)，位于中江大道與萬(wàn)春西路交叉口西北角，所處場(chǎng)地基本相同，地勘報(bào)告顯示土層分布與狀況基本一致。但本工程設(shè)計(jì)有一層地下室，根據(jù)平面布置圖，該工程塔吊都設(shè)計(jì)在建筑以內(nèi)，所以無(wú)法利用②層土。塔吊設(shè)置5臺(tái)，型號(hào)為ST5515B。根據(jù)相關(guān)資料進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

1#、3#、5#塔吊基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)進(jìn)入持力層⑤層土粉質(zhì)粘土不小于0.3m，尺寸為6.25m×6.25m×1.35m。2#、4#塔吊采用預(yù)制管樁與承臺(tái)基礎(chǔ)，管樁型號(hào)為PHC-A500（100），均為9根樁，有效樁長(zhǎng)不小于15.0m，樁端持力層為⑨層砂礫層，樁端進(jìn)入持力層不小于0.5m，基礎(chǔ)承臺(tái)尺寸為5.6m×5.6m×1.35m。

2.1.3 南翔萬(wàn)商商貿(mào)物流城F地塊工程

南翔F地塊工程位于南翔D地塊西側(cè)，為中江大道與飛翔路交叉口，沿水塘而建。設(shè)計(jì)4臺(tái)塔吊，型號(hào)為TC6012。F地塊地勘報(bào)告土層分布與D地塊3#樓工程相近。

其中1#、2#、3#塔吊采用獨(dú)立基礎(chǔ)方案，尺寸為5.5m×5.5m×1.6m，持力層為④層粉質(zhì)粘土。4#塔吊基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁方案，管樁型號(hào)為PHC-A500（100），有效樁長(zhǎng)取為18m，樁數(shù)為9根，樁端持力層為⑦層粉質(zhì)粘土，樁端進(jìn)入持力層不小于0.5m，承臺(tái)尺寸為5.5m×5.5m×1.6m。

2.1.4 南翔萬(wàn)商商貿(mào)物流城B地塊工程

南翔B地塊位于中江大道與萬(wàn)春西路交叉口西南角，與E地塊相鄰，場(chǎng)地原為水塘。地質(zhì)勘察報(bào)告與南翔D3不同。設(shè)計(jì)6臺(tái)塔吊，型號(hào)為TC5610，塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思路也相同。

1#、3#、5#塔吊基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)方案，尺寸為5.5m×5.5m×1.0m。塔吊基礎(chǔ)持力層為⑤層粉質(zhì)粘土。2#、4#、6#塔吊采用預(yù)應(yīng)力管樁承臺(tái)基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為5.5m×5.5m×1.0m，樁徑為500mm，樁數(shù)為7根。持力層為⑦層粉質(zhì)粘土，樁端進(jìn)入持力層不少于0.5m。2#、6#塔吊有效樁長(zhǎng)取12m，4#取15m。

2.1.5 南翔萬(wàn)商前期項(xiàng)目塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況（見表1）

表1

2.2 南翔萬(wàn)商D 地塊3#樓方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)，土質(zhì)情況基本相同的項(xiàng)目，塔吊基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)的數(shù)量占使用塔吊總數(shù)量的25%～50%。每個(gè)項(xiàng)目均有1臺(tái)～3臺(tái)塔吊需要設(shè)計(jì)為樁基礎(chǔ),所以D地塊3#樓項(xiàng)目塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮采用樁基礎(chǔ)的情況。

塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前，需收集齊全本工程地質(zhì)勘察報(bào)告、廠家提供的塔吊使用說(shuō)明書與基礎(chǔ)施工圖、本工程的平面布置圖與塔吊基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)圖等。

根據(jù)本工程地質(zhì)勘察報(bào)告和塔吊平面布置圖與基礎(chǔ)埋深圖進(jìn)行比對(duì)，確定②層土層厚與層頂埋深合適的部位，擬選用獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)；如②層土情況不合適時(shí)，選用樁承臺(tái)基礎(chǔ)，考慮到本工程所在地，且該工程部分樓棟基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為預(yù)制管樁基礎(chǔ)，所以該部分塔吊基礎(chǔ)采用預(yù)制管樁與承臺(tái)基礎(chǔ)，管樁型號(hào)為PHC-A500（100）。

2.2.1 塔吊平面布置與基礎(chǔ)頂標(biāo)高的確定

在擬定塔吊型號(hào)后，塔吊平面布置主要滿足單體樓施工的垂直和水平運(yùn)輸，工作面的限制,現(xiàn)場(chǎng)材料倉(cāng)庫(kù),材料堆場(chǎng),水、點(diǎn)、道路的布置等等，盡量減少死角，以求最小的投入滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

考慮塔吊相互間避免碰撞，需采取相應(yīng)技術(shù)措施，一方面就是根據(jù)各單體樓基礎(chǔ)頂標(biāo)高與室外工程完成面標(biāo)高，通過調(diào)整塔吊基礎(chǔ)頂標(biāo)高與塔吊安裝高度，避免相互碰撞。塔吊基礎(chǔ)頂標(biāo)高與塔吊安裝高度見表2。

表2

2.2.3 方案擬定

根據(jù)對(duì)地質(zhì)勘察報(bào)告和塔吊平面布置圖與基礎(chǔ)埋深圖所進(jìn)行的比對(duì),擬定方案如下:1#、2#、4#、5#、6#、7#塔吊采用獨(dú)立基礎(chǔ)，3#、8#塔吊采用樁承臺(tái)基礎(chǔ)。

2.2.4 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)塔吊安裝使用說(shuō)明書及基礎(chǔ)施工圖與《塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T187-2009）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007）、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009）、《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50202）、《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ 79）、《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94）等相關(guān)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

3 獨(dú)立基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果

QTZ80(6012)塔吊工作狀態(tài)Fk=541.6kN，MK=1936kN/m，F(xiàn)VK=23.8kN；非 工 作 狀 態(tài) Fk=475.3kN，MK=2562.3kN/m，F(xiàn)VK=93.5kN。

②層土層厚與層頂埋深合適的部位，塔吊基礎(chǔ)采用6.0m×6.0m×1.4m，Gk=1260kN。根據(jù)勘察報(bào)告，②層土粉質(zhì)粘土，其承載力特征值fak=200kPa。非工作狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果為：基底最大及最小壓應(yīng)力Pmax=123kPa<1.2fa=240kPa,滿足要求，且基礎(chǔ)地面部分脫開地基的面積小于底面全面積的1/4,滿足要求。工作狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果為：基底最大及最小壓應(yīng)力Pmax=104.7kPa<1.2fa=240kPa,滿足要求，且基礎(chǔ)地面部分脫開地基的面積小于地面全面積的1/4,滿足要求。因此該部分塔吊基礎(chǔ)采用6.0m×6.0m×1.4m的獨(dú)立基礎(chǔ)，持力層取為②層土，符合要求。

QTZ80(6010)塔吊在②層土層厚與層頂埋深合適的部位，采用5.5m×5.5m×1.25m的獨(dú)立基礎(chǔ)經(jīng)計(jì)算符合要求，不再贅述。

4 樁承臺(tái)基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果

QTZ80(6012)塔吊工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)的力學(xué)參數(shù)同上，但所在位置②層土不合適，所以擬采用樁承臺(tái)基礎(chǔ)方案，承臺(tái)尺寸為6.0m×6.0m×1.4m。塔吊承臺(tái)底標(biāo)高為5.900（黃海高程），預(yù)應(yīng)力管樁樁徑500mm，有效樁長(zhǎng)度取17m，樁數(shù)為9根，樁端持力層為⑤層粉質(zhì)粘土。單樁豎向承載力特征值計(jì)算參數(shù)選擇參見下表，選擇3#塔吊為例進(jìn)行描述。

地基土層 塔吊號(hào) ① ② ③ ④ ⑤厚度（m） 3# 2.95 2 6 5.1 0.95側(cè)阻力特征值qsia(kPa） 0 36 30 16 37.5端阻力特征值qpa（kPa） 0 0 0 0 1600

非工作狀態(tài)下，樁基豎向承載力Qkmax=597.8kN ＜1.2Ra=1072.4kN，滿足要求；單樁抗拔承載力Qkmin=212.2kN＜Ra'=484.7kN，滿足要求。

工作狀態(tài)下，樁基豎向承載力Qkmax=496.3kN ＜1.2Ra=10.72.4kN，滿足要求；單樁抗拔承載力Qkmin=212.2kN＜Ra'=484.7kN，滿足要求。

因此該部分塔吊樁承臺(tái)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，符合要求。

其他塔吊擬采用樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，通過驗(yàn)算，符合要求，不再贅述。

5 南翔萬(wàn)商D 地塊3#樓塔吊基礎(chǔ)施工

5.1 施工要點(diǎn)

塔吊基礎(chǔ)定位準(zhǔn)確。獨(dú)立基礎(chǔ)進(jìn)入持力層②層土不小于0.3m，樁基礎(chǔ)樁端進(jìn)入持力層不小于0.5m，填芯長(zhǎng)度不小于3.0m。獨(dú)立基礎(chǔ)與承臺(tái)尺寸參照設(shè)計(jì)，配筋按相關(guān)塔吊說(shuō)明書設(shè)置?；炷翉?qiáng)度等級(jí)C35，混凝土總重量不小于60t。

塔吊基礎(chǔ)施工一般開挖深度不大，可直接放坡開挖，且避免塌方，做好排水設(shè)施，如放坡不能滿足要求時(shí)，需采取相應(yīng)支護(hù)措施。土方開挖主要控制開挖標(biāo)高與邊坡，開挖過程中注意觀察土層變化，尤其是獨(dú)立基礎(chǔ)，如果達(dá)到持力層土，一定要緩慢開挖，避免超挖，保證基礎(chǔ)底進(jìn)入持力層不少于0.3m。如超挖，用混凝土墊平。

基礎(chǔ)墊層為100mm厚C15素混凝土墊層，周邊砌筑240mm磚胎膜且內(nèi)側(cè)抹灰找平。待磚胎膜強(qiáng)度滿足要求后及時(shí)回填。

樁基礎(chǔ)施工時(shí)，留好打樁記錄及相應(yīng)檢測(cè)報(bào)告。預(yù)制管樁填芯必須符合規(guī)范要求，且填芯長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

墊層澆筑完成，且達(dá)到一定強(qiáng)度便可進(jìn)行鋼筋綁扎。鋼筋綁扎按照塔吊基礎(chǔ)圖與相關(guān)圖集、規(guī)范要求。

塔吊基礎(chǔ)地腳螺栓，一定要在鋼筋綁扎完成后，與整體鋼筋骨架進(jìn)行焊接，且要有防止位移與標(biāo)高偏差的措施?；A(chǔ)混凝土澆筑前，將地腳螺栓螺紋用膠帶進(jìn)行防護(hù)，避免混凝土澆筑過程污染螺紋。

混凝土澆筑前，須經(jīng)項(xiàng)目部技術(shù)人員驗(yàn)收通過后，方可進(jìn)入下道工序施工。

基礎(chǔ)混凝土澆筑過程中，不能使混凝土直接對(duì)鋼筋骨架造成沖擊。對(duì)地腳螺栓相對(duì)位置與標(biāo)高進(jìn)行校對(duì)，如有偏差，在混凝土初凝前，調(diào)整到位。

地腳螺栓墊板下混凝土填充率＞95%，四墊板上平面保證水平，墊板允許嵌入混凝土內(nèi)5mm～6mm。四組地腳螺栓（16根）相對(duì)位置必須準(zhǔn)確，組裝后必須保證地腳螺栓孔的對(duì)角線誤差不大于2mm，確保固定基節(jié)的安裝。

編制符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的塔吊防碰撞方案。通過調(diào)整塔吊基礎(chǔ)頂標(biāo)高，塔吊安裝高度等技術(shù)方式，及高塔讓低塔、后塔讓先塔、動(dòng)塔讓靜塔、空載讓重載、客塔讓主塔、前臂讓后臂等管理方式，避免塔吊使用過程中的相互碰撞。

5.2 特殊情況處理

現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，出現(xiàn)了塔吊基礎(chǔ)距單體樓開挖邊線較近的情況，一旦單體樓開挖較深，將出現(xiàn)塔吊基礎(chǔ)受側(cè)向土壓力的影響，致使較大安全隱患。

根據(jù)蕪湖地區(qū)基坑支護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，采用九尺半鋼板樁進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。該種支護(hù)形式，施工周期短，支護(hù)構(gòu)造剛度大，穩(wěn)定性好，且可避免土在水的側(cè)壓力下流失，影響塔吊基礎(chǔ)的安全。施工現(xiàn)場(chǎng)在塔吊基礎(chǔ)兩側(cè)設(shè)置單排鋼板樁，每邊超過塔吊基礎(chǔ)至少2.0m，鋼板樁深入單體樓開挖底面標(biāo)高以下至少為鋼板樁長(zhǎng)度的1/3以上，單體樓與塔吊鄰近的基礎(chǔ)墊層連成整體澆筑至少300mm，為鋼板樁提供側(cè)向壓力，上部采用槽鋼與鋼筋焊牢，以確保塔吊基礎(chǔ)的安全。

6 塔吊使用情況驗(yàn)證

以上所述工程塔吊，在使用過程中，由于設(shè)計(jì)得當(dāng)，措施有效，在施工生產(chǎn)過程中，保證了材料的垂直與水平運(yùn)輸，為生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)，提供了強(qiáng)有力的保證；通過對(duì)基礎(chǔ)沉降值與塔吊垂直度等的定期監(jiān)測(cè)，未發(fā)現(xiàn)塔吊基礎(chǔ)的不良變形，較好的保證了塔吊的安全使用。

7 結(jié) 語(yǔ)

塔吊在建筑工程的施工過程中至關(guān)重要，而塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工，又是塔吊安全高效使用的重中之重。本文總結(jié)了蕪湖地區(qū)場(chǎng)地多為村莊、水稻田和溝塘，地勢(shì)低洼，場(chǎng)地地貌單元屬河流I級(jí)階地，系河流沖淤積而成，經(jīng)后期作用形成溝塘等微地貌場(chǎng)地塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工的思路與要點(diǎn)。推而廣之，在工程項(xiàng)目擬建場(chǎng)地表面為素填土，以下各層出現(xiàn)粉質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)土的情況下，根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》,廠家提供的塔吊說(shuō)明書，地質(zhì)勘察報(bào)告所述各層土的承載力特征值，擬建建筑塔吊平面布置以及塔吊基礎(chǔ)與建筑物基礎(chǔ)之間的關(guān)系，擬定塔吊基礎(chǔ)形式，通過設(shè)計(jì)驗(yàn)算，確定塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)施工過程質(zhì)量管理，確保塔吊基礎(chǔ)為塔吊的安全高效使用提供強(qiáng)有力的保障。

[1]JGJ/T187-2009,塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程[S].

[2]GB 50007-2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[4]GB 50010-2010,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]GB 50202-2002,建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[6]JGJ94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].