塔吊基礎(chǔ)創(chuàng)新布置技術(shù)在裝配式項(xiàng)目中的應(yīng)用

周星中 段運(yùn)華

廣城建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 溫州 325000

起重機(jī)械是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)之中必不可少的起重設(shè)備。近年來(lái)，塔式起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“塔吊”）得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其作業(yè)環(huán)境和工作過(guò)程都較為復(fù)雜，危險(xiǎn)性也較大，而塔吊基礎(chǔ)則是影響塔吊整體穩(wěn)定性非常重要的因素。目前，我國(guó)的建筑工程用塔吊普遍采用的形式為固定式基礎(chǔ)，即先施工基礎(chǔ)承臺(tái)，然后在承臺(tái)的混凝土內(nèi)直接預(yù)埋塔吊的安裝底腳，考慮到底腳長(zhǎng)度的關(guān)系，基礎(chǔ)厚度一般在1 200 mm以上。這種形式的塔吊基礎(chǔ)需要消耗大量的鋼筋和混凝土等材料，在工程完工時(shí)則要費(fèi)時(shí)費(fèi)工地去鑿除承臺(tái)基礎(chǔ)，且產(chǎn)生大量無(wú)法回收利用的廢棄物。

當(dāng)下，輕量化與重復(fù)使用是塔吊基礎(chǔ)的發(fā)展趨勢(shì)，其要求安拆便利，且社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益明顯。為克服傳統(tǒng)的塔吊基礎(chǔ)所存在的類(lèi)似弊端以及滿(mǎn)足上述的技術(shù)要求，最終的趨勢(shì)將是塔吊基礎(chǔ)的預(yù)制集成化。

岳晨曦等[1]針對(duì)目前傳統(tǒng)塔吊基礎(chǔ)（即現(xiàn)澆鋼筋混凝土的固定式塔吊基礎(chǔ)）的缺陷，根據(jù)塔吊基礎(chǔ)的相關(guān)設(shè)計(jì)要求，提出了預(yù)制拼裝混凝土多用塔吊基礎(chǔ)的概念，并通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)與力學(xué)分析，得出成本低廉、受力科學(xué)、可反復(fù)利用的組裝式塔吊基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了固定式塔吊基礎(chǔ)的系列不足。鄧陽(yáng)等[2]在保證塔吊穩(wěn)定性的要求下，提出了塔吊樁結(jié)合承臺(tái)基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、拼裝式預(yù)應(yīng)力混凝土基礎(chǔ)等塔吊基礎(chǔ)3種不同的設(shè)計(jì)形式。通過(guò)分析以上3種形式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，測(cè)算了人、機(jī)、料等成本，從而選出塔吊基礎(chǔ)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。王軍平[3]針對(duì)現(xiàn)澆固定混凝土塔吊基礎(chǔ)與預(yù)制拼裝式塔吊基礎(chǔ)的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比分析，指出預(yù)制拼裝式塔吊基礎(chǔ)在成品生產(chǎn)、工地安裝、成本、綠色施工等方面擁有較多的優(yōu)點(diǎn)，如：采用標(biāo)準(zhǔn)化工廠生產(chǎn)模式，成品質(zhì)量較高；工地安裝的時(shí)間短、工效高；可回收利用，造價(jià)低；不污染周邊環(huán)境；對(duì)地基的承載力特征值要求不高。趙堅(jiān)[4]為滿(mǎn)足建筑項(xiàng)目在深基坑以及主體結(jié)構(gòu)階段不同型號(hào)塔吊的需求，提出了一個(gè)先后供2臺(tái)塔吊使用安裝的基礎(chǔ)施工方法，即同時(shí)預(yù)埋2臺(tái)塔吊的錨栓，或1臺(tái)塔吊錨栓、1臺(tái)塔吊基礎(chǔ)節(jié)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

本文在總結(jié)相關(guān)學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，借鑒超高層、裝配式建筑“一基二用”布置思路，結(jié)合實(shí)際裝配式項(xiàng)目的塔吊基礎(chǔ)設(shè)置案例，經(jīng)多方案綜合考慮，最終采取了前期布置小塔吊、后期布置重型塔吊的方式，共用基礎(chǔ)，分階段轉(zhuǎn)換，從而節(jié)約塔吊使用成本。

1 工程概況

案例工程位于浙江省寧波市，項(xiàng)目總建筑面積約65 970 m2，其中地上建筑面積48 286 m2，地下建筑面積17 684 m2。項(xiàng)目地上建筑主要為6幢19～20層、剪力墻結(jié)構(gòu)的裝配式高層住宅，1幢1層社區(qū)用房以及1幢1層的物業(yè)經(jīng)營(yíng)用房與公變房。本工程6幢高層單體均采用裝配式建筑形式，設(shè)計(jì)要求構(gòu)件預(yù)制率不低于25%。工程樁基采用靜鉆根植竹節(jié)樁。

2 塔吊基礎(chǔ)優(yōu)化布置的必要性

本工程為預(yù)制裝配式建筑，在前期樁基礎(chǔ)施工階段及后期高層施工時(shí)的構(gòu)件吊裝階段，均需要利用塔吊進(jìn)行物資吊運(yùn)或構(gòu)件吊裝施工。但這2個(gè)階段對(duì)塔吊的吊重要求有所不同，即：前期樁基礎(chǔ)施工階段主要是針對(duì)小型構(gòu)件或物資等，對(duì)塔吊的吊重要求相對(duì)較低，而后期大型預(yù)制構(gòu)件吊裝階段則對(duì)塔吊的吊重要求較高。因此，如何在保證施工安全的前提下，合理地進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)優(yōu)化布置，以適應(yīng)前后期施工階段不同的吊裝工況，從而節(jié)約施工成本，是保證項(xiàng)目效益的重要內(nèi)容。根據(jù)實(shí)際塔吊配備情況，結(jié)合設(shè)計(jì)要求、合同條件及租賃費(fèi)用等因素，本工程塔吊基礎(chǔ)布置優(yōu)化的必要性具體表現(xiàn)如下：

1）本工程地上6幢高層均采用裝配式施工，預(yù)制梁、柱等構(gòu)件的單體質(zhì)量較大，必須采用QTZ250以上型號(hào)塔吊方能滿(mǎn)足吊裝要求，而公司自有的QTZ80、QTZ63等塔吊型號(hào)的起重量遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件的吊裝要求。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，QTZ250以上塔吊的租賃費(fèi)用較高，這對(duì)于項(xiàng)目成本節(jié)約非常不利。

2）根據(jù)項(xiàng)目招標(biāo)文件，垂直運(yùn)輸費(fèi)的費(fèi)率均是基于QTZ80塔吊臺(tái)班費(fèi)組價(jià)計(jì)算，同期的信息價(jià)中無(wú)QTZ250以上塔吊可供調(diào)差，且按合同的要求，該項(xiàng)費(fèi)用屬于包干價(jià)，無(wú)法調(diào)差。

3）根據(jù)本工程特點(diǎn)，如采用基礎(chǔ)階段布置小型塔吊、主體PC吊裝階段更換為大型塔吊的方案，則預(yù)計(jì)僅塔吊租賃費(fèi)用即可節(jié)約200余萬(wàn)元。

3 優(yōu)化方案比選及確定

本工程塔吊基礎(chǔ)計(jì)劃設(shè)置于地下室頂板上，采用組合格構(gòu)式基礎(chǔ)形式，主體裝配式構(gòu)件主要在6層以上使用，采用大型塔吊進(jìn)行吊裝，基礎(chǔ)階段則使用小型塔吊，以利于塔吊基礎(chǔ)安全。為此，項(xiàng)目部圍繞塔吊基礎(chǔ)“一基二用”的思路，結(jié)合類(lèi)似做法，運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法展開(kāi)專(zhuān)題討論，共提出了3個(gè)方案，并從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、時(shí)間性、對(duì)其他工序的影響等方面，進(jìn)行了綜合比選。

3.1 方案一：共用基礎(chǔ)預(yù)埋節(jié)

共用基礎(chǔ)預(yù)埋節(jié)方案，即由廠家定制一種能夠同時(shí)滿(mǎn)足大塔吊和小塔吊安裝的基礎(chǔ)預(yù)埋節(jié)，該方案的設(shè)計(jì)與實(shí)景如圖1所示。

圖1 共用基礎(chǔ)預(yù)埋節(jié)方案

方案一的具體分析如下：

1）技術(shù)可行性：前期需一次性定制加工全套預(yù)埋基礎(chǔ)節(jié)，一次預(yù)埋成形即可。

2）經(jīng)濟(jì)合理性：?jiǎn)未纬杀?.2萬(wàn)元，無(wú)法攤銷(xiāo)。

3）時(shí)間性：需定制，等待周期約1個(gè)月。

4）對(duì)其他工序的影響：因?qū)俣ㄖ破罚煌瑥S家大小塔基礎(chǔ)節(jié)不能通用，前期即需確定后期大塔吊的具體型號(hào)。

3.2 方案二：預(yù)埋支腿結(jié)合使用轉(zhuǎn)換節(jié)

預(yù)埋支腿結(jié)合使用轉(zhuǎn)換節(jié)方案，即在塔吊基礎(chǔ)安裝時(shí)預(yù)埋大塔吊基礎(chǔ)支腿節(jié)，如圖2所示，前期小塔吊使用時(shí)采用定制轉(zhuǎn)換節(jié)，后期大塔吊使用時(shí)則拆除轉(zhuǎn)換節(jié)，使用預(yù)埋的大塔吊基礎(chǔ)支腿節(jié)。

圖2 大塔吊基礎(chǔ)支腿節(jié)

方案二的具體分析如下：

1）技術(shù)可行性：前期需一次性定制加工轉(zhuǎn)換節(jié)，一次性預(yù)埋成形即可。

2）經(jīng)濟(jì)合理性：?jiǎn)未问褂贸杀?.9萬(wàn)元，包括基礎(chǔ)支腿1.9萬(wàn)元，轉(zhuǎn)換節(jié)3萬(wàn)元，可周轉(zhuǎn)攤銷(xiāo)。

3）時(shí)間性：轉(zhuǎn)換節(jié)需定制，等待周期約1.5個(gè)月。

4）對(duì)其他工序的影響：因?qū)俣ㄖ破罚煌瑥S家基礎(chǔ)節(jié)如無(wú)原始技術(shù)參數(shù)可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換節(jié)不通用，前期即需確定后期大塔吊的具體型號(hào)。

3.3 方案三：一次性同步預(yù)埋地腳螺栓

一次性同步預(yù)埋地腳螺栓方案，即在塔吊基礎(chǔ)安裝時(shí)，一次性同步預(yù)埋大塔吊的φ56 mm×1 500 mm高強(qiáng)地腳螺栓以及小塔吊的φ39 mm×1 050 mm高強(qiáng)地腳螺栓，如圖3所示，前期小塔吊使用結(jié)束后割除相應(yīng)螺桿，安裝大塔吊。

圖3 一次性同步預(yù)埋地腳螺栓

方案三的具體分析如下：

1）技術(shù)可行性：前期需一次性預(yù)埋大小塔吊的地腳螺栓，后續(xù)大塔吊可根據(jù)預(yù)埋螺栓定位定制底節(jié)。

2）經(jīng)濟(jì)合理性：?jiǎn)未问褂贸杀?.31萬(wàn)元，無(wú)法攤銷(xiāo)。

3）時(shí)間性：無(wú)需定制，螺桿有庫(kù)存，可直接預(yù)埋。

4）對(duì)其他工序的影響：無(wú)需定制，根據(jù)原廠提供的預(yù)埋螺栓定位，前期小塔吊預(yù)埋螺栓需精確定位，后期大塔吊型號(hào)如未確定可先預(yù)埋螺桿，后期大塔吊定制專(zhuān)用底節(jié)，較靈活。

3.4 方案比選結(jié)果

方案一雖然使用方便，但價(jià)格較高，無(wú)法周轉(zhuǎn)使用；方案二的轉(zhuǎn)換節(jié)可周轉(zhuǎn)使用，但基礎(chǔ)節(jié)只能使用一次，無(wú)法重復(fù)使用，且價(jià)格也較高；方案三價(jià)格最低，進(jìn)度也能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求，但需解決大小塔吊共48枚螺桿預(yù)埋定位的尺寸兼容問(wèn)題，同時(shí)，地腳螺栓也需定期檢查其有無(wú)松動(dòng)情況。

經(jīng)過(guò)價(jià)值工程比選，綜合考慮進(jìn)度需求、安全性、可行性及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終確認(rèn)方案三為最佳實(shí)施方案。

4 方案實(shí)施要點(diǎn)

4.1 大小塔吊的預(yù)埋螺栓布置優(yōu)化

本工程大小塔吊的預(yù)埋螺桿共計(jì)48枚，在基礎(chǔ)上一次性預(yù)埋時(shí)必須避免碰撞問(wèn)題的發(fā)生。

1）小塔吊螺桿采用旋轉(zhuǎn)45°布置。本工程前期采用的QTZ80塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)寬度為1.6 m，后期采用的QTZ250以上塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)寬度為2 m。若采用回形布置，則會(huì)造成大小塔吊螺桿無(wú)法安裝，通過(guò)多方咨詢(xún)、反復(fù)論證，最終決定采用大塔吊預(yù)埋螺桿正置，小塔吊預(yù)埋螺桿旋轉(zhuǎn)45°布置的方式，同時(shí)，要求小塔吊在達(dá)到最大獨(dú)立安裝高度前完成拆除，否則因旋轉(zhuǎn)45°后將無(wú)法安裝附墻架。

2）對(duì)影響大塔吊底節(jié)安裝的小塔吊螺桿進(jìn)行割除。本工程后期采用的QTZ250以上塔吊需定制底節(jié)，該定制底節(jié)的4條支腿間采用角鋼連接成整體，小塔吊螺桿因45°旋轉(zhuǎn)布置，同大塔吊基礎(chǔ)節(jié)的水平連接角鋼存在沖突，因此，在小塔吊拆除后、大塔吊安裝前，需要對(duì)小塔吊的基礎(chǔ)螺桿進(jìn)行切割處理，如圖4所示。

圖4 小塔吊基礎(chǔ)螺桿切割處理

4.2 預(yù)埋螺栓的精度控制

為保證預(yù)埋螺栓定位精度，本工程采用定位胎架進(jìn)行控制。定位胎架的制作質(zhì)量將直接影響到螺桿的預(yù)埋精度。

1）按廠家說(shuō)明書(shū)要求加工定位胎架，如圖5所示，根據(jù)廠家提供的螺桿尺寸、技術(shù)要求及項(xiàng)目的深化圖紙，安排安裝單位對(duì)胎架的制作質(zhì)量進(jìn)行控制。

圖5 定位胎架實(shí)景

2）在安裝之前對(duì)定位胎架進(jìn)行測(cè)量，確保滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。定位胎架的主體由兩大部分組成：第一部為小塔吊基礎(chǔ)的螺栓定位胎架，第二部位為大塔吊基礎(chǔ)底節(jié)及定位框。小塔吊定位胎架與大塔吊基礎(chǔ)底節(jié)之間增加固定角鐵，定位準(zhǔn)確后再采用焊接固定。

4.3 塔吊基礎(chǔ)的安全性保證

受樁基、地下室底板、頂板、支撐梁等位置影響，本工程可允許補(bǔ)充設(shè)置的塔吊空間非常狹窄，最終確定承臺(tái)的設(shè)計(jì)尺寸為4.6 m×4.6 m×1.5 m，在同類(lèi)大型塔吊基礎(chǔ)中尺寸較小，且旋轉(zhuǎn)45°布置塔吊，屬非常規(guī)做法，必須保證其安全性。

1）對(duì)本工程塔吊基礎(chǔ)在基坑開(kāi)挖階段、小塔吊旋轉(zhuǎn)布置、大塔吊最大獨(dú)立安裝高度工作等不同工況下的可靠性進(jìn)行研究，采用不同軟件進(jìn)行驗(yàn)算，最終合理地確定塔吊基礎(chǔ)尺寸。

2）邀請(qǐng)塔吊基礎(chǔ)方面的權(quán)威專(zhuān)家對(duì)本工程的塔吊基礎(chǔ)方案進(jìn)行技術(shù)可行性論證，確保塔吊基礎(chǔ)安全可靠，并根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)對(duì)塔吊基礎(chǔ)方案進(jìn)行修改完善。

4.4 安裝工人的操作水平提升

塔吊基礎(chǔ)施工涉及木工、鋼筋工、電工、電焊工等多工種以及安裝分包隊(duì)伍，加強(qiáng)作業(yè)人員管理是保證本工法實(shí)施成功的關(guān)鍵。

1）在小塔吊安裝前、拆除前以及大塔吊安裝前，項(xiàng)目部對(duì)所有管理人員、作業(yè)人員進(jìn)行安全、技術(shù)交底與培訓(xùn)，確保現(xiàn)場(chǎng)所有的管理人員及技術(shù)人員均掌握塔吊基礎(chǔ)轉(zhuǎn)換操作要求。

2）要求安裝人員人證合一，由安拆分包的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人現(xiàn)場(chǎng)帶班，確保操作符合規(guī)范要求。

5 方案實(shí)施效果

目前，項(xiàng)目已完成4臺(tái)塔吊的全部大小塔轉(zhuǎn)換，塔吊使用正常，經(jīng)第三方風(fēng)控單位評(píng)估，塔吊均處于安全、可靠狀態(tài)。

小塔吊在旋轉(zhuǎn)布置、最大獨(dú)立安裝高度工況下，大塔吊在附墻工況下，成功抵御多次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊，在安裝與使用期間，塔吊基礎(chǔ)未發(fā)生開(kāi)裂、沉降等安全事故。

本工程塔吊使用周期預(yù)計(jì)為18個(gè)月，如按常規(guī)裝配式項(xiàng)目4臺(tái)QTZ250或QTZ315塔吊布置，費(fèi)用預(yù)計(jì)約544萬(wàn)元。采用“一基二用”大小塔轉(zhuǎn)換后：4臺(tái)QTZ80塔吊使用周期11個(gè)月，費(fèi)用為78萬(wàn)元；現(xiàn)場(chǎng)主體階段進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件吊裝前對(duì)塔吊布置進(jìn)行二次優(yōu)化，實(shí)際采用2臺(tái)QTZ315大塔吊組合2臺(tái)QTZ160中型塔吊，費(fèi)用為200萬(wàn)元。因此，實(shí)際成本合計(jì)為278萬(wàn)元。由此可知，通過(guò)塔吊基礎(chǔ)“一基二用”布置優(yōu)化，項(xiàng)目共計(jì)節(jié)約塔吊使用成本約266萬(wàn)元。

6 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了塔吊基礎(chǔ)創(chuàng)新布置技術(shù)在裝配式項(xiàng)目中的應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明，塔吊基礎(chǔ)“一基二用”施工技術(shù)可以很好地起到縮短工程周期、節(jié)約工程成本的作用。另外，采用該技術(shù)所建造的塔吊具有較高的質(zhì)量保障，且符合相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)裝配式建筑塔吊基礎(chǔ)“一基二用”施工基礎(chǔ)進(jìn)行推廣應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 岳晨曦,從衛(wèi)民.混凝土預(yù)制拼裝多用塔機(jī)基礎(chǔ)的技術(shù)研究[J].建筑 科學(xué),2005(5):92-95.

[2] 鄧陽(yáng),李堅(jiān),唐仕川,等.裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土塔機(jī)基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)性分析 [J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化,2018(18):192-193.

[3] 王軍平.預(yù)制拼裝塔機(jī)基礎(chǔ)在工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2012,38 (10):262-263.

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