城市軌道交通蓋上(梁式)塔吊基礎施工技術

陳愛華 韓偉偉 張業強 涂儒杰 宋健榕

(中建四局建設發展有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

由于土地資源有限，城市軌道交通維修基地占地大，故在城市軌道交通維修基地屋面上的二次開發得到各地政府部門的重視。然而，在已運營城市軌道交通維修基礎上二次建造住宅樓無法按照常規項目設計，需要考慮原結構特點、承載力等諸因素影響。因此，天城花園項目工程設計了十字梁式與原結構墻柱結合的塔吊基礎。本文基此探析該項目的塔吊基礎施工技術。

1 概述

天城花園——A1#～A3#、A5#、A10#～A13#、S1#、S2#樓及A區停車庫項目工程，為萬科集團興建的城市軌道交通蓋上二次開發項目，項目總建筑面積129 800m2，設計一層為已運營的城市軌道交通維修基地，二層、三層局部為上蓋小區停車庫，三層及部分四層以上為住宅、商業店鋪別墅，如圖1所示。

該項目維修基地屋面無塔吊所需的樁基、基礎等，塔吊基礎無法按常規項目設計，故在維修基地屋面上設計一種十字梁式與原結構墻柱結合的塔吊基礎，以方便維修基地屋面上二次開發施工，如圖2所示。

圖1 項目效果鳥瞰圖

圖2 城市軌道交通維修基地屋面鳥瞰圖

2 塔吊基礎設計

2.1 塔吊基礎形式設計

針對無設置塔吊所需的樁基、基礎的技術難題，對城市軌道交通維修基地屋面塔吊基礎進行創新設計。根據該基礎結構特點，創新采用原維修基地結構墻柱為受力結構+十字梁基礎+鋼筋混凝土承臺連成塔吊基礎整體，包括十字梁、塔身、基礎承臺和結構墻柱。十字梁布置于塔吊基礎承臺中，且基礎梁延伸至原結構框架柱(剪力墻)內拉結，基礎承臺與原維修基地屋面間設有聚苯板如圖3～圖4所示。

圖3 十字梁塔吊基礎成型效果圖

注:1-十字梁；2-塔身；3-基礎承臺；4-框架柱(剪力墻)；5-聚苯板。圖4 十字型塔吊基礎立面示意圖

2.2 塔吊基礎受力原理

利用城市軌道交通運營維修基地屋面轉換層框架柱(剪力墻)代替傳統塔吊承臺基礎的樁基部分，將設計的十字梁式塔吊基礎梁端錨固于原有框架柱(剪力墻)內，并與框架柱(剪力墻)形成完整的塔吊基礎，使塔吊對基礎的豎向荷載作用于“十”字梁，并經過二次上蓋轉換層的結構框架柱(剪力墻)傳遞到原城市軌道交通維修基地框架柱(剪力墻)，直至將所有上部增加的荷載傳遞至地基樁基礎[1-2]，所以很好地解決了在城市軌道交通維修基地屋面板荷載預留不足的情況下無法設置塔吊承臺基礎的問題，并且有效地防止因上部施工需要所必須增加的荷載直接作用在城市軌道交通維修基地屋面板上，防止屋面板可能出現的結構安全破壞，且不影響城市軌道交通維修基地的正常運營和城市軌道交通的正常使用。該組合形式的塔吊基礎，很好地保護原有結構的安全和上部主體施工時設立塔吊的安全性、可靠性，有力推動維修基地上部二次轉換層和主體結構施工的順利進行。

2.3 塔吊基礎結構設計

該城市軌道交通蓋上(梁式)塔吊基礎設計的鋼筋混凝土十字梁截面為800mm×1350mm，鋼筋混凝土承臺尺寸為4000mm×4000mm×1350mm，十字梁式塔吊基礎與維修基地頂板之間設置100mm厚聚苯板，將維修基地屋面板與塔吊基礎隔斷，可以避免塔吊基礎與屋面板直接接觸，有效避免上部荷載直接作用于維修基地原屋面板，防止塔吊運行過程中產生的動荷載對運營庫頂板可能產生的共振。對原屋面結構產生疲勞破壞，而影響結構使用安全。

圖5 塔吊基礎配筋平面圖

圖6 塔吊基礎結構立面圖

2.4 荷載計算[3]

(1)塔吊基礎荷載計算

參考規范計算，此處略去計算過程，計算結果如表1所示。

表1 塔吊基礎荷載計算結果

(2)荷載效應計算

①非工作狀態下：

Qk=(Fk+Gk)/n=468.60kN

Qkmax=(Fk+Gk)/n+(Mk+Fvk×h)/L

=827.34kN

Qkmin=(Fk+Gk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L

=109.86kN

②工作狀態下：

Qk=(Fk+Gk+Fqk)/n=488.60kN

Qkmax=(Fk+Gk+Fqk)/n+(Mk+Fvk×h)/L

=794.54kN

Qkmin=(Fk+Gk+Fqk-Flk)/n-(Mk+Fvkh)/L

=182.66kN

(3)十字梁抗彎計算

十字梁截面b×h=800mm×1350mm，混凝土強度等級為C35，鋼筋采用HRB400，混凝土保護層厚度50mm。

①荷載計算

十字梁的計算簡圖如圖7所示(圖7中L=12 000mm，L1=2545mm,L2=4727mm)。

圖7 十字梁計算簡圖

塔機塔身截面對角線上立桿的荷載設計值：

Fmax=1.35Fk/n+1.35Mk/L1=2597.99kN

Fmin=1.35Fk/n-1.35Mk/L1=-1828.49kN

②彎矩計算

RA=-84.68kN；RB=854.18kN

最大彎矩在Fmax對應截面位置，彎矩設計值

Mmax=RB×4.73=4038.04kN·m

③配筋計算

底部配筋計算:

αs=0.178845η=0.198558

γs=0.900721As=9579.3mm2

十字梁基礎實際配筋面積為As0= 12315mm2≥As=9579.3mm2，滿足要求。

(4)十字梁抗剪計算

最大剪力設計值：

Vmax=854.18kN

斜截面受剪承載力Vcs=1407.38kN≥Vmax=854.18kN；

承臺已滿足抗剪要求，只需構造配箍筋。

(5)樁身(結構墻柱)承載力驗算

樁的軸向壓力設計值，取其中最大值：

N=1.35×827.34=1116.91kN

樁頂軸向壓力設計：

N≤ψcfcAps=11044.69kN

樁頂軸向壓力設計值滿足要求。

由于樁的最小配筋率為0.20%，計算得最小配筋面積為1125mm2。

樁實際配筋面積為As0=17 241mm2。

實際配筋面積大于計算所需配筋面積，滿足要求。

3 施工工藝流程

3.1 結構墻柱處理

(1)破除維修基地屋面預留柱

因維修基地屋面預留有鋼筋混凝土保護柱，采用輪式炮頭墊鋼板再墊輪胎方式進行破除(圖8)；預留墻柱之間為維修基地屋面伸縮縫。為保護伸縮縫及降低噪聲，運用在預留結構柱伸縮縫處頂部鋪設輪胎，使用輪式炮頭機進行打鑿。

圖8 輪式炮頭機打鑿預留墻柱施工圖

(2)調直維修基地屋面預留柱

(3)綁扎維修基地屋面墻柱鋼筋

對結構柱尺寸為750mm×750mm的鋼筋，全部采用φ10@100mm加密箍筋進行綁扎；對結構柱尺寸為600mm×600mm鋼筋，采用φ8@100/200箍筋進行綁扎。

3.2 基礎定位及聚苯板安裝

(1)基礎定位

技術部根據設計院確認的塔吊定位圖，對專業測量人員進行現場交底，根據圖紙對塔吊基礎進行現場定位放樣。

(2)聚苯板安裝

根據測量人員所放的塔吊基礎定位線，對維修基地屋面進行基層清理，確保干凈平整(要求維修基地屋面放置聚苯板的表面平整度偏差不超過4mm，超過偏差時需進行打磨修補)；聚苯板厚度采用100mm厚，根據所放位置考慮聚苯板平面尺寸，并進行安裝，聚苯板遠離火源。

3.3 基礎承臺、基礎梁鋼筋綁扎及預埋件安裝

(1)基礎承臺、基礎梁鋼筋綁扎

圖9 塔吊基礎施工圖

3.4 基礎模板安裝

基于塔吊基礎模板及其支架采用具有足夠的強度、剛度和穩定性，以可靠承受鋼筋及混凝土的自重和側壓力以及施工荷載，可確保模板剛度好、不變形、牢固穩定、拼縫嚴密、不漏漿、無錯臺、角膜順直光潔，因此采用1830mm×915mm×15mm膠合板，側模橫向每隔0.3m布置一條50mm×50mm×3mm的方鋼；側模縱向采用M12普通對拉螺栓進行固定，雙鋼加固夾、變徑圓鋼鑼桿、梯形鋼卡。

3.5 基礎澆筑

(1)采用“全面分層、薄層澆筑、循序漸進、一次到頂”的方法，分層澆筑，每層澆筑厚度控制在250mm，禁止多澆，一邊澆筑一邊振搗，分層振搗密實，使砼的水熱化盡快散失，操作過程須保證上下層混凝土在初凝前結合良好，防止混凝土內部與表面溫差及混凝土表層與環境溫差太大，而使混凝土中產生溫度應力裂縫。

(2)砼下落高度盡可能低，貼近鋼筋，防止砼發生離析。

(3)振搗做到“快插慢拔”，在振搗過程振搗棒上下略有抽動，使上下振搗均勻，每個點位振搗時間一般為20s～30s，并同時觀察砼表面成水平不下沉、不出現氣泡，以表面泛出灰漿為準；振點間距不超過400mm。分層振搗時，振搗棒插入下層不得小于50mm，消除兩層間接縫。振搗時，禁止震動預埋件和碰撞鋼筋，避免造成預埋件松動或移位。

(4)澆筑完畢后，立即采用薄膜覆蓋，使砼處于濕潤狀態，防止水分外溢。

(5)塔吊基礎澆筑前，預埋焊接40×4mm鍍鋅扁鐵進行接地處理。

3.6 基礎養護及拆模

(1)基礎拆模

混凝土澆搗完成后，注意模板的拆除時間，混凝土強度達到1.2MPa以上(正常情況為澆筑完成后的第二天)，在拆模過程如發現砼出現異常現象，可能影響砼結構的安全和質量等問題時，立即停止拆模，待處理認證后繼續拆模。基于已拆除模板及支架結構，在砼強度符合設計砼強度等級的要求后，方可承受使用全部荷載，因此，當施工荷載所產生的效應比使用荷載的效應更為不利時，必須經過核算，加設臨時支撐后再實施施工加荷。

(2)養護

混凝土澆筑完12h以內，對混凝土加以覆蓋并澆水養護。常溫時，每日至少澆水兩次，養護時間不得少于7d。

4 結語

城市軌道交通蓋上(梁式)塔吊基礎施工技術，通過創新采用維修基地屋面結構柱為受力結構+十字梁基礎+鋼筋混凝土承臺連成塔吊基礎整體，利用框架柱代替傳統塔吊基礎的樁，有效防止了荷載直接作用于維修基地屋面板上，利用塔吊載荷由“十”字型基礎梁至結構墻柱再到樁基礎的傳遞，有效保證了結構的安全性和塔吊抗傾翻能力，使塔吊基礎的可靠性進一步提高。

目前，該項目已竣工驗收，塔吊已拆除完成，項目施工過程未發現塔吊荷載對城市軌道交通維修基地原結構產生任何影響，且未出現裂縫、滲漏、變形等現象。該技術可為城市軌道交通蓋上塔吊基礎設計提供參考及經驗。