預應力裝配式塔吊基礎施工技術研究

高維權

(中國鐵建股份有限公司 北京 100855)

1 引言

塔吊基礎目前常用的有板式、樁式基礎、組合式基礎，傳統(tǒng)塔吊施工周期長，無法周轉使用。黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項目，占地面積606.75畝，共建設多層住宅樓房101棟，磚混結構，其中4層復式38棟，4＋1多層34棟，5＋1多層電梯房37棟，共2 258戶，約306 000 m2。

黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項目特點是單體樓棟多，塔吊需求量大。本工程針對預應力裝配式塔吊基礎立項研究，從實地考察、設計計算和理論分析方面出發(fā)，制定切實可行的裝配式塔吊基礎方案。黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項目規(guī)劃每兩棟樓一臺塔吊，考慮塔吊在3個地塊之間周轉，計劃共投入塔吊33臺，租賃裝配式塔吊基礎33組，每組裝配式塔吊基礎考慮2～3次周轉。裝配式塔吊基礎具有安拆方便，施工工期短，周轉使用，均攤費用低，有利于環(huán)保等優(yōu)勢，具有很好的社會效益及經濟效益。

2 裝配式塔吊基礎設計方案

2.1 塔機基礎設計及型號選用

項目開工時，通過調查發(fā)現QTZ50塔吊，能滿足工程實際施工需要，但是采用哪種預制混凝土構件能夠滿足塔機基礎的抗傾覆力[1]要求是考慮的重點。為此在確定塔機型號后，對預制裝配式塔吊基礎進行了抗傾覆驗算[2]。主要通過下列公式計算:

式中，Mstb為預制塔機基礎抵抗傾覆的力矩值(kN·m)；Mdst為塔式起重機作用在基礎上的傾覆力矩值(kN·m)；l0為預制塔機基礎最小的抗傾覆力臂(mm)；b0為基礎端件的寬度(mm)；l為預制塔機基礎底面的長度(mm)。

經過上式計算后，采用QTZ50塔吊在吊起10 kN的重物時的抗傾覆力矩值為1 026.9 kN·m；非工作狀態(tài)下傾覆力矩值為1 193.9 kN·m，滿足本工程的使用，為此我們選擇了由13件預制混凝土構件組成的塔吊基礎?；A放線如圖1所示，塔吊基礎構件吊裝如圖2所示。

圖1 基礎墊層放線圖

圖2 砼構件吊裝示意圖

2.2 鋼絞線選用

預應力裝配式塔吊基礎由多個預應力混凝土構件組成，通過鋼絞線張拉而形成一個整體。鋼絞線張拉時需要采用多大的張拉力，選用何種規(guī)格的鋼絞線以及鋼絞線的根數等需要通過設計計算來確定。

2.2.1 鋼絞線預應力值計算

根據《混凝土預制拼裝塔機基礎技術規(guī)程》(JGJT 197-2010)第4.2.8條設計要求，結合施工現場實際情況，對拼裝連接索[3]施加的有效預應力，依據下式進行計算:

式中，σpe為預應力鋼絞線的有效預應力(N/mm2)；σcon為預應力鋼絞線張拉控制應力(N/mm2)，可取σcon＝0.55fptk，fptk為預應力鋼絞線強度標準值(N/mm2)；σl為預應力鋼絞線的預應力損失值，σl取200 N/mm2。

通過運用上式，計算出在施工現場時，鋼絞線的張拉力為100～120 kN，相當于0.45～0.55fptk，僅為屈服強度的一半，完全處于彈性工作狀態(tài)，在錨固兩端間不會產生塑性變形。

2.2.2 鋼絞線截面尺寸及數量的計算

根據《混凝土預制拼裝塔機基礎技術規(guī)程》(JGJT 197-2010)第4.2.8條設計要求，預應力鋼絞線的截面面積和根數可按照下列公式計算:

式中，Ap為預應力鋼絞線截面面積(mm2)；Mmax為預制塔機基礎梁截面內的最大彎矩設計值(kN·m)；σ′pe為考慮拼接縫影響，經折減后的有效預應力(N/mm2)，σ′pe＝0.85σpe；h0為預制塔機基礎梁的有效高度，取基礎截面頂部到下部鋼絞線合力點的距離(mm)；n為基礎底部預應力鋼絞線數量(根)，取整數；Apl為單根預應力鋼絞線的截面面積(mm2)。

經過上式計算，本工程采用1860級鋼絞線[4]，鋼絞線為直徑15.2 mm，面積為107.7 mm2；用預應力鋼絞線將中心件、過渡件、端件串聯相扣在一起，構件上部預應力鋼絞線雙向4根，下部雙向10根。

2.3 預制混凝土構件張拉技術

為了提高預制混凝土構件鋼絞線的張拉質量，項目部經過調查、討論，決定采用的張拉設備由前卡式千斤頂和電動油泵配合使用，通過工作把錨固件中的鋼絞線力量增加來賦予預應力數值。在張拉過程中，首先是把千斤頂和壓力表進行配對，因為不同的壓力表所體現的壓力值是不同的，張拉時按標定的千斤頂和壓力表配套使用；其次是校正的作用，因為影響這兩個運作的因素很多，特別是千斤頂和油泵。本工程預應力裝配式塔吊基礎采用了無粘結預應力工藝[5]，將塊狀的混凝土構件連接組合成受力整體，無粘結預應力鋼筋[6]采用高強度、低松弛鋼絞線，強度可達到1 860 MPa，但每束直徑15.2 mm，其固定端和張拉端采用OVM系列夾片錨[7]。鋼束張拉時，必須對稱進行，以構件中線對稱左、右鋼束之差不得超過一束，并按先中間后兩邊的順序進行。

2.4 預制混凝土構件合龍拼裝技術

2.4.1 混凝土構件編號

本工程采用的預應力裝配式塔吊基礎是由13件預制混凝土構件組成，分別是由1件十字型中心件(置于預制塔機基礎中心部位十字型混凝土預制件[8])，4件過渡件(擴展預制塔吊基礎長度的混凝土預制件)，4件端件(預制塔機基礎端部的混凝土預制件)，4件配重件(擱置于過渡件、端件之間的用于抗傾覆的混凝土預制件)。十字型中心件編號為1號構件，過渡件編號分別為2號、3號、4號、5號構件，端件編號分別為6號、7號、8號、9號構件，配重件標號分別為10號、11號、12號、13號構件。如圖3所示。

圖3 混凝土構件編號示意圖

2.4.2 提高混凝土構件的安裝定位精準度

塔吊基礎對于地基承載力的要求極高，所以對于預應力混凝土構件的安裝精度必須嚴格控制。針對這一問題，利用BIM技術對塔吊安裝定位全過程進行模擬[9]，同時配備多名專職測量人員，應用GPS技術進行快速定位，用全站儀將各個混凝土構件的位置進行多次復核[10]，保證混凝土構件[11]的位置準確無誤。

2.4.3 合龍拼裝

采用25 t汽車吊吊裝1號構件，將其安裝在事先測放好的放樣點上，對準墊層中心線十字線；然后依次吊裝2號構件、3號構件、4號構件、5號構件，將其與1號構件對準拼裝；其次吊裝6號構件、7號構件、8號構件、9號構件，將其與對應的過渡件對準拼裝；最后吊裝10號構件、11號構件、12號構件、13號構件，將其安裝在對應的過渡件和端件上。在吊裝過應注意起吊時的繩索與構件水平夾角不宜小于45°，并利用砂滑動層，定位預制構件的凹件和凸件緊密吻合，保證預制件的中心件的中心位置與軸線重合，拼裝連接索張拉首先應進行合龍張拉，待拼裝構件完全合龍后再正式進行逐根對稱張拉，在張拉過程中應嚴格控制油泵壓力值，讀數偏差不得大于0.5 MPa，張拉后，各預制件的拼裝應嚴密。在拼裝連接索的錨具及保留的鋼絞線外漏部分涂覆油脂和其他可清洗的防腐材料，并設置全密封保護套。

3 裝配式塔吊基礎安裝施工技術

3.1 工藝流程(見圖4)

圖4 施工工藝流程

(1)確定地基承載力:地基承載力要求應不小于80 kN/m2，滿足塔機基礎承載力要求。

(2)確定塔機位置:根據施工平面布置圖采用GPS確定塔機安裝位置。

(3)測量、放線:開挖前用全站儀放出基坑周圍四點，用石灰撒出開挖線，開挖深度20 cm，基坑平面尺寸8.6 m×8.6 m，每邊工作面30 cm。

(4)澆筑混凝土墊層:夯實基坑后，裝配式塔吊基礎墊層平面尺寸為8 m×8 m，混凝土強度等級C15，厚200 mm。

3.2 裝配式塔吊基礎安裝

(1)吊裝各預制件及合龍:先用汽車吊吊裝十字形中心件，使十字形中心件中心對準墊層中心線，再按照裝配式塔吊基礎安裝說明依次吊裝過渡件、端件，吊裝過程中起吊時的繩索與構件水平面夾角不宜小于45°，并利用砂滑動層，定位預制構件的凹件和凸件緊密吻合，保證預制件的中心位置與軸線重合。

(2)穿鋼絞線及張拉:拼裝連接索張拉首先應進行合龍張拉，待拼裝構件完全合龍后再正式進行逐根對稱張拉，在張拉過程中應嚴格控制油泵壓力值，讀數偏差不得大于0.5 MPa，張拉后，各預制件的拼裝應嚴密。在拼裝連接索的錨具及保留的鋼絞線外漏部分涂覆油脂和其他可清洗的防腐材料，并設置全密封保護套[12]。

(3)吊裝配重件:用汽車吊吊裝配重件，配重件擱置在基礎邊緣，配重件中部應懸空，并與基礎可靠連接，配重件必須到達設計要求的總重量。

4 結論

通過對預應力裝配式塔吊基礎施工技術研究，針對工程現場實際進行分析計算，選擇合理的塔吊型號和鋼絞線規(guī)格，通過BIM技術建立預制混凝土構件模型和模擬合龍安裝施工技術，保證了現場預制構件安裝的精準度，有效減少安裝偏差，縮短了施工時間，且預制構件可以反復多次使用，大大降低了成本，取得了一定的經濟效益。