復雜工況的塔式起重機基礎設計及施工技術

在一般工程中，塔式起重機基礎分為2種，一種是常規(guī)基礎，即由廠家出具的配重式塔式起重機基礎；另外一種是根據(jù)工程實際情況因地制宜設計符合應用條件的起重機基礎。國家會議中心二期項目施工中，針對復雜的周邊環(huán)境及特殊工況，通過優(yōu)化塔式起重機基礎，滿足了施工需求。1、塔式起重機基礎施工難點1.1工期緊本工程結構總工期14個月，工程量大，在有限工期內需完成地下15萬?㎡的鋼筋混凝土結構及總重12.6萬t的鋼結構，地上鋼結構施工總工期僅10個半月，峰值安裝量達每月1.5萬t，垂直運輸壓力非常大。在一般工程中，為考慮經(jīng)濟效益，土建施工期間會選擇吊重較小的塔式起重機，待地上鋼結構施工開始時再進行一次起重機拆裝轉換，將吊重較小的塔式起重機轉換為滿足鋼結構吊裝需求的大起重量塔式起重機，但受限于本工程的工期條件，沒有多余時間進行塔式起重機轉換，在最初立塔時即需考慮地上鋼結構安裝的全部需求，并確定鋼結構構件的分段原則，按塔式起重機覆蓋區(qū)域確定最大構件重量。在有限時間內確定前期的技術路線并策劃總體部署，對管理人員提出了巨大挑戰(zhàn)。1.2塔式起重機選型及布置難點塔式起重機選型及布置時需綜合考慮的因素包括：全部覆蓋近9萬m2的建設場地并同時滿足土建結構及鋼結構施工的需求；塔式起重機的起重量需結合鋼結構安裝方案并根據(jù)分段重量確定；塔式起重機總用電量需符合現(xiàn)場供電條件；群塔的水平及垂直布置；塔式起重機基礎與主體結構的相互干涉、與周邊在施項目塔式起重機的干涉等。塔式起重機的選型及布置需結合工程總體策劃及部署進行通盤考慮，在地上結構設計圖紙相對不穩(wěn)定，鋼結構安裝方案尚未確定的情況下，需充分推敲各細節(jié)，在多方面留出余量以應對日后可能出現(xiàn)的各種條件變化。1.3塔式起重機資源緊張綜合考慮各種因素，本工程選用12臺大起重量塔式起重機（D2500及STT2630級別），此類型塔式起重機市場存量不多，大部分均服務于在施項目，其資源整合較困難。設備調集需根據(jù)施工計劃多方協(xié)調，甚至需要起重機生產(chǎn)廠家安排生產(chǎn)新設備以滿足安裝計劃需求。1.4塔式起重機基礎影響因素多因本工程基坑周邊情況復雜，無法布置塔式起重機，故只能將塔式起重機布置在基坑內。受結構工程樁、承臺、柱帽、集水坑等影響，起重機說明書中給定的天然地基板式基礎尺寸較大無法避開樁基、承臺等結構，需縮小塔式起重機基礎尺寸以避免影響結構基礎施工；本工程天然地基的地耐力無法滿足塔式起重機基礎要求，也無法采用常規(guī)的配重式基礎，需設計樁基+承臺的基礎形式。2、塔式起重機的選型及布置2.1周邊情況本工程的基坑邊線緊鄰用地紅線，在基坑周邊沒有布置塔式起重機的條件。北側鄰近在施項目亞洲基礎設施投資銀行，可能存在塔式起重機覆蓋區(qū)域重合的情況，布置起重機時需考慮允許安全距離。因B25,

B26地塊中間大屯北路有無法導改的光纜，需設置鋼桁架橋進行保護，由于該鋼橋穿越基坑東西方向，布置塔式起重機時需加以避讓。圖1為基坑開挖時現(xiàn)場的總平面布置圖。圖1基坑開挖階段的施工總平面2.2起重量及吊次分析在塔式起重機的選型及布置時，需解決“吊得動”（起重量）和“吊得完”（吊次）兩個問題。本工程塔式起重機的起重量主要依據(jù)鋼結構安裝方案及構件的分段重量確定。根據(jù)本工程鋼結構的特點及安裝方案，確定鋼構件的分段原則為吊裝半徑30?m處吊重30?t，按此基本原則進行塔式起重機的初步選型。塔式起重機布置的數(shù)量根據(jù)總構件數(shù)，吊裝效率及總工期等估算，其參考公式為：式中：N為塔式起重機臺數(shù)（臺）；T為工期（d）；m為每天工作吊次；K為時間利用系數(shù)，取0.8~0.9；Qi為各類物料的總吊運量（件或t）；Pi為塔式起重機的每次吊運量（件/吊次或t/吊次）。根據(jù)鋼構件分段情況及土建工程施工分析，鋼結構施工總吊次見表1。表1鋼結構施工塔式起重機總吊次根據(jù)圖紙情況及施工方案，對不同施工階段的塔式起重機方案進行方案比選，見表2。表2塔式起重機布置方案比選綜合考慮吊重及吊次工期的邊界條件，確定使用12臺塔式起重機（6臺D1100+2臺STT2200+2臺STT2500+2臺STT2630）可滿足施工需求。2.3塔式起重機布置2.3.1塔式起重機的平面布置塔式起重機的平面布置主要考慮施工區(qū)域全覆蓋、避讓或錯開周邊在施項目的塔式起重機覆蓋范圍、起重機基礎避讓主體承臺基礎集水坑等結構、起重機節(jié)段避讓梁柱等主要構件等。塔式起重機的覆蓋范圍還應考慮周邊料場、鋼筋加工廠、施工流水段的分配等，盡量滿足每臺起重機均有獨立料場和鋼筋加工廠，且盡量減少不同施工單位之間的起重機借用，以提高施工效率（圖2）。圖2塔式起重機平面布置2.3.2群塔錯開高度布置本工程共選用12臺塔式起重機，為保證垂直方向大臂錯開高度運行，在平面布置時避免4臺塔式起重機交錯，減小起重機的立塔高度，以縮減成本。各臺起重機大臂主要在3個高度彼此錯開且滿足自立高度無需附著結構。在最低高度層的塔式起重機選擇平頭塔，其他可選擇帶塔帽的起重機。垂直布置情況如圖3所示。（a）（b）（c）圖3不同階段的塔式起重機垂直方向布置（a）階段1；（b）階段2；（c）階段32.4塔式起重機用電量復核塔式起重機型號及數(shù)量確定后應進行用電量復核，以確定現(xiàn)場臨時供電情況是否滿足條件。本工程總用電量計算見表3。本最初進場時由建設單位提供5臺630?kVA變壓器，經(jīng)核算現(xiàn)場臨時用電容量不能滿足要求，后經(jīng)建設單位與供電局協(xié)調進行臨時用電增容，增設2臺630?kVA及1臺500?kVA變壓器，滿足了現(xiàn)場施工需求。表3總用電量計算3、塔式起重機基礎設計3.1設計原則（1）塔式起重機采用樁基承臺基礎，在避讓主體結構基礎樁承臺、集水溝及下反柱帽的前提下，盡可能擴大塔式起重機基礎以減小樁基深度，滿足承載力要求并減小施工難度。（2）塔式起重機基礎樁采用與主體基礎工程樁相同的樁徑，在滿足承載力要求的前提下，樁長盡量小于正式工程樁，以降低施工難度。使用相同機械及工藝，以便同時施工。（3）若塔式起重機基礎覆蓋主體工程樁，可采用基礎樁代替工程樁，在滿足設計要求的同時還可節(jié)省成本。（4）按包絡設計原則，塔式起重機基礎盡可能采用相同的承臺尺寸，相同的樁徑及樁長，以降低施工難度。3.2設計思路以2號塔式起重機基礎為例，其基礎周邊情況如圖4所示。圖42號塔式起重機基礎周邊情況（1）2號塔式起重機基礎避讓2個柱帽后尺寸為8?m×8?m，起重機基礎范圍內覆蓋4根抗拔樁，圖4中標注的6根起重機樁（實心填充）可替代4根工程樁。其他塔式起重機基礎樁也采用相同的替代原則。（2）綜合考慮12臺塔式起重機的具體情況，將其承臺基礎統(tǒng)一為2種尺寸，即8?000?mm×8?000mm×2?700?mm，6?800?mm×6?800?mm×2?700?mm，塔式起重機基礎樁樁徑與工程樁相同，分2種樁徑，即600?mm和1?000?mm。平面尺寸為8?000?mm×8?000?mm的承臺配9根樁徑1?000?mm的基礎樁，平面尺寸6?800?mm×6?800?mm的承臺配16根樁徑為600?mm的基礎樁。（3）按上述原則，根據(jù)各臺塔式起重機所處位置的地質情況進行承載力計算，確定樁長及樁側后壓漿參考值。根據(jù)計算結果確定了12臺塔式起重機基礎的設計參數(shù)（表4）。表4塔式起重機基礎設計參數(shù)注：承臺底標高均為–16.000?m。4、結束語國家會議中心二期項目施工用塔式