塔式起重機(jī)基礎(chǔ)不均勻沉降的原因分析及應(yīng)對(duì)措施

杜小平

上海綠地建筑工程有限公司 上海 200232

1 背景介紹

1.1 工程概況

上海崇明區(qū)18-2期03A地塊，東邊為佘山島路，南邊為翠竹路，西邊老滧港。工程總建筑面積58 429.14 m2，包含6棟多層框架結(jié)構(gòu)，為商業(yè)用房，單層地庫(kù)，抗震等級(jí)為三級(jí)，建筑高度24.8 m。采用樁基筏板滿堂基礎(chǔ)，車庫(kù)底板厚600 mm，墊層厚100 mm，底板結(jié)構(gòu)面標(biāo)高為－5.55 m。場(chǎng)地自然標(biāo)高為－0.60 m，地下室基坑土方開挖深度約7.1 m。設(shè)計(jì)降水要求達(dá)到開挖面以下0.5～1.0 m。

1.2 場(chǎng)地土層分布

工程所處區(qū)域地層分布從上至下為②1褐色-灰黃色粉質(zhì)黏土、②2灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、②3-1灰色砂質(zhì)粉土、②3-2灰色粉砂、②3-3灰色粉質(zhì)砂土夾粉質(zhì)黏土、④灰色淤泥質(zhì)黏土。

1.3 塔式起重機(jī)平面布置

本工程根據(jù)運(yùn)輸需要，共設(shè)置3臺(tái)塔式起重機(jī)，從西至東分別為1#（QTZ63，R=50 m，計(jì)算高度34 m）、2#（QTZ80，R=55 m，計(jì)算高度38 m）、3#（QTZ80，R=55 m，計(jì)算高度33 m）（圖1）。

圖1 塔式起重機(jī)平面布置

1.4 塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況及施工進(jìn)度的要求，塔吊基礎(chǔ)采用“基礎(chǔ)承臺(tái)＋預(yù)應(yīng)力管樁”的形式。基礎(chǔ)尺寸設(shè)計(jì)為5 000 mm（長(zhǎng)）×5 000 mm（寬）×1 350 mm（高）（圖2），塔吊設(shè)計(jì)臂長(zhǎng)55 m，承臺(tái)采用C35混凝土澆筑，基礎(chǔ)面標(biāo)高為－6.25 m，塔吊基礎(chǔ)底標(biāo)高為－7.55 m。

經(jīng)計(jì)算，選用4根PHC-AB400-95-26管樁基礎(chǔ)。地庫(kù)底板在塔吊基礎(chǔ)范圍內(nèi)預(yù)埋400 mm×3 mm止水鋼板。

2 塔身出現(xiàn)傾斜

圖2 塔式起重機(jī)基礎(chǔ)剖面

當(dāng)主體結(jié)構(gòu)施工至1層時(shí)，2#塔式起重機(jī)于施工日常監(jiān)測(cè)期間發(fā)現(xiàn)塔身傾斜加速、傾斜嚴(yán)重，經(jīng)測(cè)量，其塔頂處最大水平位移為97 cm，嚴(yán)重超過(guò)0.4%的要求，預(yù)埋節(jié)傾斜2 cm，基礎(chǔ)部分不斷有含砂渾水溢出；嚴(yán)重影響了塔吊的正常使用，帶來(lái)了極大的安全隱患；3#塔吊同時(shí)發(fā)生類似現(xiàn)象，其塔頂最大水平位移24 cm。塔身的傾斜成為施工安全的重大風(fēng)險(xiǎn)。

3 原因分析

1）在塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)頂面與地下室底的結(jié)合部位，基礎(chǔ)承臺(tái)沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行封閉，致使（在塔吊使用一段時(shí)間后）地下室底與基礎(chǔ)承臺(tái)板之間出現(xiàn)縫隙。

2）在施工至主體結(jié)構(gòu)一層時(shí)正值雨季，地表水十分豐富且地下水位升高、水頭壓力增大。

3）塔吊基礎(chǔ)埋深較深，在坑外壓力水頭差的作用下，通過(guò)基礎(chǔ)節(jié)構(gòu)件溢出，導(dǎo)致翻砂、涌砂，土體處于懸浮狀態(tài)，基礎(chǔ)土失去承壓能力，形成地基空洞，導(dǎo)致基礎(chǔ)承臺(tái)傾斜（塔身傾斜）。

4）管井降水拆除時(shí)間過(guò)早，后澆帶澆筑時(shí)間過(guò)早。結(jié)構(gòu)施工正值雨季，在極大的水壓力作用下基礎(chǔ)底部出現(xiàn)滲漏、翻砂、涌砂，導(dǎo)致塔吊基礎(chǔ)底部虛空，失去承壓能力。由于塔吊的水平轉(zhuǎn)向，不斷向基礎(chǔ)傳遞水平扭矩，基礎(chǔ)管樁在土體保護(hù)缺失的情況下，達(dá)到抗剪能力極限，造成部分管樁斷裂。

5）地庫(kù)底板在塔吊基礎(chǔ)區(qū)域內(nèi)的施工質(zhì)量控制不到位，封閉效果不佳，造成此范圍滲漏。

6）樁體在沉樁前，可能存在隱形質(zhì)量問(wèn)題，在后期的塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，質(zhì)量隱患顯露。

7）以上原因的綜合所致。

4 處理方法

4.1 3#塔吊處理措施

針對(duì)3#塔吊傾斜情況，且考慮到后續(xù)施工需要，各方研討確定其經(jīng)加固后使用的可能性。塔吊原先設(shè)計(jì)是以獨(dú)立高度完成本工程的使用，無(wú)需附墻。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析并同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位多次研討，最終確定采取增加附墻和基礎(chǔ)擴(kuò)大的形式加固（圖3）。具體措施如下：

圖3 3#塔機(jī)附墻安裝

1）增加2道特制非標(biāo)附墻，分別設(shè)置在3層和4層樓面。附墻安裝前先進(jìn)行塔吊的糾偏，使塔身的垂直度符合規(guī)范要求，糾偏好后進(jìn)行第1道附墻安裝，第1道附墻安裝在已澆筑完成的樓板上。在樓板開孔后，設(shè)置鋼板與高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行加固，再與4根液壓拉桿進(jìn)行連接，拉桿通過(guò)鋼箍與塔身四角固定。第2道附墻設(shè)置在4層框架主梁上，混凝土澆筑前進(jìn)行錨固件的預(yù)埋，同樣通過(guò)4根液壓拉桿與塔身固定。

2）首道附墻安裝完畢后，確保穩(wěn)定，不再傾斜，再進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋節(jié)處的漏水處理。

3）采用隔滲體上注漿蓋壓法進(jìn)行堵漏。首在各滲漏點(diǎn)附近打孔引流，釋放部分水壓力，再分段注漿充填壓密漏水點(diǎn)的孔洞縫隙，注漿材料選用PU發(fā)泡止水劑（1∶1配比），注漿壓力控制在0.4～0.5 MPa，注漿后養(yǎng)護(hù)48 h。

4）考慮后期運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中塔吊基礎(chǔ)及塔身應(yīng)力較大，會(huì)破壞堵漏效果，為減小塔吊基礎(chǔ)及塔身的內(nèi)應(yīng)力，在塔吊基礎(chǔ)上部（地庫(kù)底板上）擴(kuò)大增加1塊尺寸為6 000 mm×6 000 mm×600 mm的混凝土基礎(chǔ)，配φ18 mm@150 mm雙層雙向鋼筋。

3#塔吊在加固完成后，經(jīng)過(guò)4周的每日監(jiān)測(cè)，基礎(chǔ)部分再無(wú)滲漏，塔身在非工作狀態(tài)下斜率保持在0.1%的范圍內(nèi)，最終在主體結(jié)構(gòu)完成后正常拆除。

固定支架對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響：經(jīng)后期對(duì)該部位混凝土強(qiáng)度的測(cè)試，主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量完好。

4.2 2#塔吊處理措施

1）考慮到2#塔吊傾斜程度較大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，確定拆除此臺(tái)塔吊。但常規(guī)先降節(jié)再拆除的方法存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)計(jì)算最終選用200 t大型汽車吊進(jìn)行遠(yuǎn)程拆除。

2）整體拆除流程：施工現(xiàn)場(chǎng)清理→汽車吊就位展開→逐塊拆除平衡重（保留2塊平衡重）→拆除起重臂→拆除剩余平衡重→拆除塔頭→拆除駕駛室及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)→拆除爬升架→拆除剩余標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→運(yùn)輸出場(chǎng)。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

出現(xiàn)此類塔式起重機(jī)基礎(chǔ)傾斜的情況并不常見，如若處理不到位，將會(huì)造成重大損失[1-3]。應(yīng)從以下幾方面出發(fā)，避免危險(xiǎn)的發(fā)生：

1）在塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分了解項(xiàng)目所在地的水文地質(zhì)條件，尤其是流砂和管涌等此類不利情況對(duì)塔吊基礎(chǔ)的影響，對(duì)可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)估并重點(diǎn)控制。

2）嚴(yán)格執(zhí)行定期對(duì)塔吊的垂直度進(jìn)行檢測(cè)的要求，確保獲取最及時(shí)、準(zhǔn)確的信息。

3）發(fā)生危情時(shí)必須以保證人員安全為首要條件，疏散附近的勞動(dòng)者，經(jīng)過(guò)權(quán)威部門制訂可靠的技術(shù)方案后再予以實(shí)施。

6 結(jié)語(yǔ)

塔式起重機(jī)在建筑工程中已被廣泛使用，其在提供高效運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)也成為了重大安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，稍有失誤就可能造成重大的損失。因此，必須在每一個(gè)環(huán)節(jié)都謹(jǐn)小慎微。首先認(rèn)真、仔細(xì)地研究地質(zhì)勘探報(bào)告，了解當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)及環(huán)境情況，制訂科學(xué)合理的技術(shù)方案，在施工過(guò)程中嚴(yán)格遵照方案及規(guī)范執(zhí)行，同時(shí)，在使用過(guò)程中保持及時(shí)的周期性監(jiān)控。若遇到突發(fā)情況，也應(yīng)積極、冷靜處理，在最大程度上減少損失。