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高桩塔吊基础施工工法天津市建工工程总承包有限公司TianjinConstructionEngineeringMainContractingCo.,Ltd.高桩塔吊基础施工工法完成单位：天津市建工工程总承包有限公司天津富凯建设集团有限公司主要完成人：郝宝林曹爽秋陈森崔萌杨新强1．前言在软土地区，建筑施工使用的塔式起重机的基础不能直接坐落在天然地基上，普通的做法是采用桩基础，在混凝土灌注桩上做一定尺寸的混凝土承台，然后将塔式起重机的地脚埋置在混凝土承台内。由于混凝土承台体积较大，当施工现场狭小，周边地下管线复杂时，会混凝土承台施工带来许多困难。而且工程完工后，必须将其拆除，否则将会影响后续室外工程施工。随着城市建设地快速发展，地下室的面积越来越大。考虑起重机的工作幅度与塔身附着，不得不将塔式起重机设置在基坑的中间部位。此时，不论是在基坑开挖前立塔，还是在基坑开挖后立塔，塔机混凝土承台施工都存在诸多困难。天津市建工工程总承包有限公司为解决上述施工难题，研发了直埋式塔吊基础装置，并形成了直埋式塔吊基础施工工法。该装置取消普通做法中的混凝土承台，直接将塔吊底脚预埋在钢管混凝土顶部，减少施工工序，节省了混凝土承台的投入与拆除费用，从而降低了施工成本，经济效益与社会效益著。本工法中的关键技术获得2项国家专利，“一种直埋在钢管混凝土柱内的塔吊地脚”获得国家实用新型专利。专利证号：ZL201120118175.4“一种塔机基础”获得国家发明专利，专利证号：ZL201110099724.2。2．工法特点2.1将塔机的地脚直接埋在钢管混凝土桩内，节省了混凝土承台，施工成本低。2.2塔机荷载传递路线明确，塔机使用安全、可靠。2.3施工工艺简单、塔机安装方便、快捷。2.4钢管桩之间的水平支撑采用螺栓连接，形成工具式，可重复使用，节约了资源投入。3．适用范围3.1适用于软土地区、采用钢筋混凝土钻孔桩、四桩塔吊基础。3.2塔机位于基坑中间部位时，市区适用于深度18m以内基坑，滨海新区适用于深度16m以内基坑。3.3塔吊起重力矩100t·m～420t·m（含420t·m）。4．工艺原理在塔基桩的顶部插入钢管，钢管内浇灌混凝土，将塔机的地脚直接插入钢管混凝土桩内。在钢管、塔机地脚上设置的型钢与栓钉，增加钢管与混凝土灌注桩、塔机地脚与钢管混凝土的握裹力，满足抵抗塔机最大起重荷载与最大起重力矩产生的竖向力与抗拔力。当塔机设置在基坑中部时，插入桩基中钢管可作为塔机机身的一部分，按照一定间距设置水平支撑，保证钢管的稳定性。5．工艺流程与操作要点5．1工艺流程钻孔灌注桩施工钢管混凝土桩施工塔机地脚安装二次浇灌混凝土钢管顶部联系梁安装塔机安装随着挖土安装水平支撑钢管混凝土桩根部之间联系梁施工5．2操作要点5.2.1钻孔灌注桩施工1.塔机桩设计：1）应按工程的地质勘察报告、选用塔机的使用参数、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ187-2009）进行设计。2）桩基直径应大于钢管外径300㎜。3）桩长设计应满足《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ187-2009）6.1.3条款要求。4）桩基混凝土强度等级不应小于C30。2．塔机桩施工塔机桩宜采用泥浆护壁、反循环工艺成孔，二次清孔。孔底沉渣厚底不应大2．钢管的插入当灌注桩钢筋笼下至露出地表4m的位置时，用吊车吊起钢管，对准钢筋笼中心，插入钢筋笼中，将端部12Φ25与钢筋笼的主筋相连焊接牢固,连成整体。焊接完成后，钢筋笼与钢管同时下放至设计要求的标高，钢筋笼安放位置要准确，标高控制偏差：±1cm。钢管管插入完成后，在溢流口的一侧，挖深度2m的坑，用于收集钢管桩内混凝土超灌部分。3．混凝土浇筑钢管内混凝土分二次浇筑。第一次浇筑同桩基一起施工，浇筑高度至钢管顶部2m处，钢管内混凝土强度等级与桩基相同。安装完成塔机地脚后，进行第二次混凝土浇筑。钢管内采用微膨胀混凝土，以保证混凝土与钢管的紧密结合。当第一次混凝土浇筑完成至预定标高后，在混凝土终凝前，及时清除钢管内混凝土的超灌部分后，保证钢管桩内的混凝土强度满足设计要求。同时采用碎石屑，将钢管外侧与孔壁之间的间隙回填密实，保证钢管的位置稳定。5.2.4塔机地脚安装1．塔机地脚的构造型钢水平撑1）塔机地脚插入钢管内的长度不应小于1800㎜。详细构造如图5.2.4-1。型钢水平撑塔机地脚塔机地脚钢管柱钢管柱图图5.2.4-1塔机地脚构造图2）钢管顶部内配置2m长钢筋笼。3）在地脚的底部焊接4根钢筋，用于调整地脚与第一次浇筑混凝土界面的标高。2．塔机地脚定位首先，将四个塔机地脚，使用塔机供应商提供的连接杆件，通过销钉固定连接成一个整体。然后在钢管桩的周边设置控制点，采用水平仪与经纬仪测定地脚的位置与水平标高，安放地脚。最后，使用型钢将地脚与钢管焊接固定。图5.2.4-2图图5.2.4-2塔机地脚定位示意图5.2.5钢管顶部联系梁安装在四根钢管桩之间安装型钢联梁形成整体（如图5.2.5）。在钢管顶部焊接柱箍，钢梁与柱箍采用高强螺栓连接。上加强环上加强环图5.2.5钢管柱之间联梁下加强环高强螺栓型钢联梁55.2.6塔机安装塔机安装必须在四根钢管桩连接成整体，二次浇筑部位（0～2m处）混凝土达到强度85%后进行。当塔机工作的自由高度60m时，塔机安装自由高度由钢管桩顶部算起不应大于40m。当塔机工作的自由高度小于60m时，塔机安装自由高度由钢管桩顶部算起不应大于30m。塔身安装重直度偏差不得大于L×4‰。（L=钢管桩高度+塔机首次安装高度）。地下室结构施工完成，钢管桩与±0.00结构连接固定后，塔机的自由工作高度可恢复到塔机自身允许高度。5.2.7水平支撑安装随着基坑开挖的加深，每2m安装一道水平支撑。水平支撑做法如图5.2.7。图图5.2.7水平支撑布置图5.2.8钢管混凝土桩根部之间联系梁施工1．当基坑开挖至设计基底标高后，进行钢管混凝土桩根部之间联系梁施工。此联系梁上皮标高为基底垫层下皮标高。联系梁混凝土强度等级C30，垫层为C15，钢筋：ФHPB235、HRB335。具体尺寸与做法如图5.2.8—1图5.2.8图5.2.8-1钢管桩根部之间联系梁2．钢管桩穿过工程基础结构时，在钢管桩上焊止水钢板环。如图5.2.8-2图图5.2.8-2钢止水环图6.材料与设备6．1材料塔基桩、混凝土联系梁施工材料无需特殊要求。钢管、水平支撑、锚栓材质型号均为Q235。高强螺栓选用10.9级摩擦型，配一个10H螺母及二个HRC35～45硬度垫片。焊接材料：自动或半自动焊接时，采用H08MnA（Q345B），H08A（Q235）焊丝和相应的焊剂，焊丝应符合GB1300-77规定；手工焊接时，采用E50XX（Q345B），E43XX（Q235）型焊条，焊须符合GB5117-85的规定。6.2机具设备6．2机具设备表序号设备名称设备型号单位数量用途1工程钻机GPS-15台1灌注桩施工2汽车吊25t台1钢管、钢筋笼吊装3汽车吊台2塔机安装4反铲挖掘机1m台1土方开挖5钢筋弯曲机GW40台1钢筋加工6钢筋切割机GJ40台1钢筋加工7电焊机BX-300台2钢筋加工8经纬仪J2-2台1测量9水平仪S31测量7.质量控制7.1质量控制标准7.1.1塔基桩控制标准执行行业规范《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008标准7．1．1塔基桩施工允许偏差表桩径偏差（mm）垂直度允许偏差（%）桩位允许偏差（mm）≤-501507.1.2钢管桩与水平支撑钢构件制作控制标准执行国家规范《钢结构工程施工及验收标准》GB50205-2001标准7.1.2钢管构件外形尺寸的允许偏差表（㎜）1．钢构件焊缝均采用角焊缝，满焊，电小焊角尺寸与两焊件中较薄焊件厚度相同。2．焊接质量的验收等级：钢管桩、水平支撑均按三级检验。7.2质量保证措施7.2.1桩孔位置、垂直度及成孔质量控制1.桩孔定位后，使用全站仪进行复测。2.下钻时，应先将钻头垂直吊稳后，再导入孔内。进入孔内后，不得松刹车，高速下放。如发现有阻力，应将钻具下放，使钻头反向转动后再提，不得强行提拉。3．钻进中，当发现塌孔、偏孔、斜孔时，应及时处理。发现缩颈时，应经常提动钻具，修护孔壁，每次冲击时间不宜过长，以防卡钻。4．整个成孔过程中，应注意始终保持孔内液面比地下水位高1.5～2.0m，以液柱的静压和渗压保持孔壁稳定。7.2.2钢筋笼及钢管吊放1.钢筋笼、钢管运输和安装过程中，避免碰撞，防止变形。2.钢筋笼、钢管吊入桩孔时，防止碰撞孔壁造成变形。3.在吊筋上作可测设标记，吊放过程中控制钢管及钢筋笼标高。并在混凝土灌筑前及灌筑完成后进行检测，如有偏差使用千斤顶进行调整。4.构件在运输过程中，应采取防止构件变形和损伤的措施，安装前应严格检验。5.钢桩、水平支撑受力后，不得随意在其上焊接连接件，焊接连接件必须在构件受力之前完成。6.钢结构在制作前，钢材表面应进行认真除锈处理；在制作后钢材表面应刷两遍防锈漆。7.开挖过程中，钢管立柱周边1m由人工清理，防止机械磕碰立柱。7.2.3标高控制1.钢管桩：在钢管上端做可测设标记，在钢管吊装完成，混凝土浇筑前进行复测，偏差控制在1cm以内，如偏差过大，使用千斤顶调整。标高调整合格后，进行混凝土浇筑。2.塔机地脚：在钢管桩顶端四个塔机地脚安装过程中分别测设标高，控制其外露高度一致，方可浇筑混凝土。7.2.4地脚埋置前，必须将钢管桩内的混凝土松动部分清理干净。8.安全措施8.1成孔机械操作时应安放平稳，防止钻孔时突然倾倒，造成人员伤亡和设备损坏。8.2采用泥浆护壁成孔，应根据设备情况、地质条件和孔内情况变化，认真控制泥浆密度、孔内水头高度、护筒埋设深度、钻机垂直度、钻进和提钻速度等，以防塌孔，造成机具塌陷。8.3灌注桩在已成孔尚未灌注混凝土前，应用盖板封严，以免掉土或发生人身安全事故。8.4所有设备，电路要架空设置，不得使用不防水的电线或绝缘层有损伤的电线。电闸箱和电动机要有接地装置，加盖防雨罩；电路接头要安全可靠，开关要有保险装置。8.5恶劣气候应停止作业，休息或作业结束时，应切断操作箱上的总开关，并将离电源最近的配电盘上的开关切断。8.6在吊装过程中，吊机施工范围内闲人不得停留，同时设专人维持现场秩序，并由经验丰富的起重工专门指挥，做到有组织、有秩序，合理进行施工。8.7混凝土灌注时，装、拆导管人员必须正确佩戴安全帽，并注意防止扳手、螺丝等掉入桩孔内；拆卸导管时，其上空不得进行其他作业，导管提升后继续浇注混凝土前，必须检查其是否垫稳或挂牢。8.8基坑开挖过程中应对塔机的变形和位置随时进行跟踪监测，当塔身倾斜达到3‰L时应进行报警，当倾斜大于4‰L时，基坑应立即停止开挖。查找、分析原因进行加固处理后，再进行开挖施工。9.环保措施9.1现场设立专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上防止施工废浆乱流。9.2定期清运沉淀泥浆。做好泥浆、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施。废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按环保要求的指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9.3优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。10.效益分析10.1本工法与常规桩基承台做法相比，取消了混凝土承台，节省了施工场地，可节省直接费用：42000元10.2采用本工法，可在基坑开挖前立塔，并且使塔吊的覆盖面积达到最大，提高施工效率，缩短施工工期。10.3工程施工后期，不需要进行混凝土承台处理，减少了环境污染。11．应用实例11．1汇融大厦工程11.1.1工程概况工程位于和平区建设路与保定道交口，建筑面积138603.16㎡，地上28层，整体高度93.6m，局部119.85m，地下4层，基坑底标高为-17.9m。基坑面积约10000㎡，施工场地十分狭小，建筑物外侧没有安装塔机的条件。工程应用本工法，土方开挖前，采用了高桩塔基基出，在基坑内安立了2台塔机，其型号分别为：MC320、STT253，工作半径分别为：70m、64m。塔机首次安立的最大高度（由基坑底算起）达60m，其中钢管桩高度：17m。在工程地下室施工过程中，塔机完成了6000吨钢筋、70000吨模板、大型工具吊运工作，使用安全、可靠。由于塔机在基坑开挖前安装，提高了地下室施工材料运输效率，3个月完成了地下室4层混凝土结构施工。节省塔基混凝土承台费用：10万元。图图11.1.1施工现场平面图11.2天津市滨海文化商务中心主楼工程11.2.1工程概况该工程位于天津滨海新区核心的中心商务区内。建筑物地下一层，地上九层（局部十层）。建筑面积为119628㎡，地下建筑面积为46557㎡。基坑开挖深度：6m。由于基坑面积较大，考虑塔机的覆盖面积，4台塔吊安装在基坑中间。型号分别为6017C、STT293。基坑开挖前采用了高桩塔基安装了塔机，负责地下室与主体施工的材料运输。首次安立塔机自由高度：40m,钢管柱高度：7m。塔机使用安全，可靠，节省混凝土塔基费与拆除费用30万元，节省工期：20天。图11.2现场塔机布置图11.3.天津文化中心图书馆11.3.1工程