復雜地基條件下裝配式塔機基礎施工關鍵技術

徐興杰， 方偉名

(中國華西企業股份有限公司第十二建筑工程公司，四川成都 610081)

裝配式塔機基礎根據地基承載力選擇塔機基礎混凝土預制拼裝塊體重量和預制形式，塔機基礎一般由過渡件、配重塊、端件、中心件，定位剪力件、拼裝連接索、基礎底板、基礎夾板、基礎頂板、預埋螺栓、螺栓壓板和地腳螺栓等組成[1]。裝配式塔機基礎與傳統整體現澆混凝土基礎相比具有可裝配、可循環使用、可移動、綠色節能的優點；傳統整體現澆混凝土基礎對鋼材和混凝土浪費較大，所需人工費更多，在拆除塔機后混凝土基礎處理難度較大，回收利用低，特別是在復雜情況下不利于安全穩定運行，干擾因素較大。

一般情況下的裝配式塔機基礎根據地質水文條件，選擇墊層加大、加厚處理來提高地基承載力。其工法流程：確定地基承載力—確定塔機位置—測量、放線—開挖夯實基坑—澆筑混凝土墊層—混凝土養護—墊層放線—吊裝各預制件及合攏—穿鋼絞線及張拉—吊裝配重件。

其次確認拼裝位置的地基承載力特征值及拼裝道路的具備條件，然后收集相鄰建筑、道路、管線、邊坡等相關資料，再根據要求清點預制件和配件數量、型號，最后根據設計和相關規范的要求檢查預制件和配件質量〔2〕；基礎上部一般為8 000 mm×8 000 mm×200 mm的混凝土找平和填實，中間增加φ12 mm三級鋼，單層雙向配筋，間距為200 mm，混凝土一般不低于C20，施工流程為確定拼裝位置—測量、放線—驗收基坑尺寸及質量—開挖或夯實基坑—澆筑鋼筋混凝土墊層—吊裝各預制件及合攏—穿鋼絞線及張拉—吊裝配重件—拼裝地腳螺栓—監測及驗收—使用。其流程只需滿足規范要求，構件高差和平整度吻合即可。

1 復雜地基條件對基礎安裝的影響分析

高架橋范圍內地質情況復雜。地下結構縱橫交錯，包括2#管廊、APM、大鐵等，地上結構包括樁基開挖、航站樓提升架施工，停機樓施工等，下引橋第一聯和第二聯下部分別是2#支管廊，其具體情況有：

(1)根據場地地下水標高數據統計結果，該區地下水水位標高差異較大，初步分析系巖體透水性差，各微地貌單元之間水力聯系弱，存有上層滯水、松散覆蓋層中的孔隙水、基巖裂隙水3種。

(2)APM及大鐵(成都至自貢城際鐵路)下穿高架橋，同時高架橋與航站樓之間地下設有2#綜合管廊(與高架橋走向平行)。

(3)土方開挖深度大，大面積處于壓實回填地基處理區域，且軟弱土層厚度較大，回填時間短，回填區域地基承載力較差。

(4)場地移交工期緊迫。場地移交工期要求已開挖區域回填完成，承載力達到規范和設計要求，并滿足高架橋滿堂架基礎地基承載力要求，且場地平整。

(5)四周場地堆放材料較多及場地施工開挖，停車樓施工，航站樓施工，導致交通線路堵塞，單位多，車輛多，人員復雜，而高架橋所有材料均需采用塔吊調轉，高架橋與周圍環境如圖1所示,高架橋位置如圖2所示。

圖1 高架橋與周圍環境

圖2 高架橋位置

(6)受雨季影響，最大雨量及雨季時間，日最大降水量為200.8 mm。

(7)安裝運輸過程由于回填土以及周圍多工種施工影響，運輸道路困難，采用鋼板及裝配式混凝土基礎結合鋪路，保證塔機順利安裝及材料正常運輸。

(8)部分塔機附著安裝困難。高架橋施工工法原因及塔機位置，導致部分附著桿安裝困難，最后采取附著桿加長，利用周圍建筑物安裝。

(9)部分塔機墊層基礎養護受雨季和地面水影響，采用挖集水坑抽排水，保護塔機基礎，養護期間用薄膜和土工布結合覆蓋，用回彈儀，檢測混凝土強度達到80%方可進行下一步操作。

綜上復雜情況分析，高架橋范圍干擾因素對橋梁施工影響較大。交叉施工、復雜地質條件都不利于傳統塔機安裝。在此復雜情況下考慮使用裝配式塔基礎。

2 地基處理方案

2.1 裝配式塔基礎安裝計劃

高架橋區域共計劃安裝8臺QTZ100(T6013A-8A)塔式起重機。其中G2-4#塔機位于大鐵頂板上，回填高度不高，采用C20混凝土換填處理，待混凝土達到一定強度后方可安裝；G2-6#、G2-7#和G2-8#塔吊位于壓實填土區域，地基采用高壓旋噴加固，加固后根據地勘報考確定地基承載能力，根據承載要求結合平面布置圖利用GPS確定塔機安裝位置，測量放線后夯實基坑，澆筑墊層尺寸8 m×8 m 20 cm厚C20混凝土墊層并作承載力試驗，符合要求后安裝塔機。根據地勘資料和JGJ/T 187-2009《塔式起重機混凝土基礎工程技術規程》，G2-2#、G2-3#、G2-4#和G2-5#塔吊位于挖方區域，基礎地質情況均符合要求，僅需對基礎面層進行壓實平整，澆筑墊層，墊層養護強度達到80%便可安裝裝配式基礎，塔吊計劃布置見圖3。

圖3 高架橋塔機布置

2.2 高壓旋噴加固方案

對于G2-6#、G2-7#和G2-8#塔機位于壓實填土范圍內，且周邊地下存在市政管網，經與地勘資料和市政管網對比，最終確定G2-6#塔機采用高壓旋噴對地基進行加固；G2-7#塔機采用高壓旋噴樁加固，G2-8#塔機采用高壓旋噴樁加固。

塔機地基范圍內噴射注漿采用單管法和雙管法結合。高壓旋噴樁單樁直徑采用0.6 m，下部同土層搭接1 m。高壓旋噴樁中心點在樁圓周上，高壓旋噴樁相互搭接100 mm且均勻排布。不同樁徑高壓旋噴樁加固布置見圖4，此地基加固采用6根高壓旋噴樁。

圖4 不同樁徑高壓旋噴樁布置

經查閱相關資料與現場勘查，G2-6#、G2-7#和G2-8#塔機在回填區域內其承載力小于120 kPa ,不滿足安裝要求。采用基礎方案處理：

(1)樁基下部7 m×7 m范圍內采用高壓旋噴樁加固，采用樁徑0.6 m，直徑1.2 m的高壓旋噴樁，呈正方形布置，樁底標高按入巖層0.5 m控制，大鐵頂板位置高壓旋噴樁底距離頂板0.5 m。

(2)混凝土墊層平整度≤5 mm。

(3)墊層7 300 mm處四周挖400 mm×400 mm截水溝，保持排水通暢，基礎周邊無積水。具體處理方案見圖5。

圖5 高壓旋噴樁布置平面(單位:m)

高壓旋噴樁設計樁長要求：①下部為巖層的塔機基礎高壓旋噴樁需嵌入巖層500 mm，如圖6所示；②下部有結構(大鐵頂板、雨污管網)的高壓旋噴樁樁底距離結構頂部500 mm，如圖7所示。

圖6 塔機基礎剖面(單位:m)

圖7 下部有結構的塔機基礎剖面(單位:m)

旋噴樁按正方形布置，采用強度等級為 42.5 級的普通硅酸鹽水泥，水灰比按 1.0，水泥摻量按 25%計，水泥用量約260 kg/m。

采用雙重管法施工時，水泥漿壓力大于25 MPa，氣流壓力大于0.7 MPa，提升速度 0.1～0.15 m/min，旋轉速度 12～15 r/min。施工工序為：機具就位、現狀堆載體及填筑體內鉆探引孔至樁底標高、貫入噴射管、噴射注漿、拔管和沖洗等。

當噴射注漿管貫入土中，噴嘴達到設計標高時，可噴射注漿。當噴射注漿參數達到規定值后，按旋噴工藝要求提升噴射管，由下而上旋轉噴射注漿(待水泥漿液冒漿至狀地表后停止噴漿)。噴射管分段提升的搭接長度不得小于 100 mm。在旋噴注漿過程中出現壓力驟然下降、上升或冒漿異常時，應查明原因并及時采取措施。

施工過程中應做好施工記錄，施工記錄應包含以下內容：樁位置、起止時間、轉速、水泥漿壓力、流量、氣流壓力、水流壓力、提升速度、樁頂和樁底標高等。施工示意圖見圖8。

圖8 旋噴注漿施工

旋噴樁復合地基承載力檢驗應采用復合地基靜載荷試驗和單樁靜載荷試驗。檢測數量不得少于總樁數的1%，且每個單體工程復合地基靜載荷試驗的數量不得少于3臺，承載力檢測應在成樁 28 天后進行。

2.3 地基檢測方案

為檢查塔機基礎是否滿足要求，需進行加載試驗檢測。塔機QTZ100(T6013A-8A)最大極限載荷不超過170 t，本次載荷采用平鋪加載，平鋪面積6 m×6 m，載荷總共200 t，布置3個沉降監測點，檢測基礎承載值和不均勻沉降量[3]。具體加載方式如圖9、圖10所示。

圖9 承載力實驗混凝土加載塊平面布置(單位：m)

圖10 現場加載布置

2.4 評判標準

根據JGJ/T194-2009《鋼管滿堂支架預壓技術規程》，在全部加載完成后的沉降監測過程中[4]，滿足下列條件之一時，判定預壓合格。

(1)各監測點最初24 h的沉降量平均值小于1 mm。

(2)各監測點最初72 h的沉降量平均值小于5 mm。

3 基礎安裝

裝配式基礎由過渡件、配重塊、端件、中心件等組成，基礎連接采用鋼絞線張拉連接成全預應力結構體。而過渡件預留的孔洞采用雙頭螺栓，地腳螺栓單根緊固力矩不小于塔機要求擰緊力矩，預留的螺栓連接塔式起重機基礎節4個角，整個裝配式基礎承載起塔機荷載，保障其安全運轉，基礎平面圖見圖11。

1.中心件;2.過渡件; 3.端件; 4.配重塊; 5.螺栓孔洞圖11 裝配式基礎平面

安裝流程：墊層上彈好十字軸線，鋪2cm厚中粗砂并刮平，將中心件放入彈好的軸線中點—按順序拼裝中心件四周的第一、二層過渡件—再按順序拼裝第二層對應位置的端件—穿鋼絞線、上錨具、張拉達到設計值，張拉結束后鋼絞線抹油全面檢查—吊裝配重件并壓在四角—安裝地腳螺栓—基礎四周砌墻并預留排水口[5]。

站前高架橋塔機基礎對于地基承載力的要求極高，在安裝過程中，對預應力混凝土構件安裝精度要求較嚴格。對于這一現狀，技術部門利用BIM技術對塔吊安裝定位過程進行精準的安裝模擬定位，項目專職測量人員根據施工平面布置圖采用GPS確定塔機安裝位置，運用GPS技術進行定位，運用全站儀將各個混凝土構件的位置進行多次復核測量，保證混凝土構件安裝位置準確無誤[6]，基礎拼裝檢驗方法和允許偏差如表1所示。

表1 裝配式塔機基礎安裝檢查

4 基礎監測

由于地質情況復雜，在塔機安裝后，需對塔機底座水平度、螺桿尺寸和垂直度進行觀測和記錄[7]。將塔機地腳螺栓進行編號，以第一次長度為參考觀測螺桿尺寸變化，對螺桿尺寸進行統計；基礎底座水平度設定標高值后讀出1號點、2號點、3號點、4號點標高值，重點對基礎的沉降和位移情況系統監測，每周進行3次監測，同時在監測基礎上對塔機垂直度進行測量，垂直度監測為設定測量值后Y軸點與X軸點偏差范圍滿足小于4‰要求。雨季加大對塔機的監測頻率，測量后對監測數據進行前后分析對比，確保塔機安全。并且在塔機每次作業之前和使用過程中，都要對基礎的構件變形情況和地腳螺栓松動情況進行仔細觀察，發現問題及時處理，形成常態化監測機制，直至塔機拆除為止。

5 結束語

復雜地基基礎條件下安裝裝配式塔機基礎，面對雨季水、地表水、地下水、地質復雜巖土層、地下建筑結構、回填層、承載能力、施工工期、交叉施工等等多重因素干擾下，能安全、迅速完成任務，對整個安裝、使用過程的安全考察、安全分析、安全監督、安全評估是非常重要的措施。在站前高架橋裝配式塔機基礎施工技術運用過程中，充分體現了航站樓站前高架橋施工中的經濟效益，表2、表3可見裝配式塔機基礎的優點。

由表2、表3可見，裝配式塔機基礎與傳統鋼筋混凝土塔機基礎對比，不管是工期效益還是基礎費用方面都占優勢，在生態環保效益方面，減少了混凝土垃圾的產生，影響市容市貌、污染環境等問題。站前高架橋裝配式塔機基礎是安全綠色節能又經濟的應用實例，在未來大型建設領域裝配式塔機基礎將成為主流。

表2 工期效益對比

表3 基礎費用對比 單位：元