復(fù)雜工況的塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

在一般工程中，塔式起重機(jī)基礎(chǔ)分為2種，一種是常規(guī)基礎(chǔ)，即由廠家出具的配重式塔式起重機(jī)基礎(chǔ)；另外一種是根據(jù)工程實(shí)際情況因地制宜設(shè)計(jì)符合應(yīng)用條件的起重機(jī)基礎(chǔ)。國(guó)家會(huì)議中心二期項(xiàng)目施工中，針對(duì)復(fù)雜的周邊環(huán)境及特殊工況，通過優(yōu)化塔式起重機(jī)基礎(chǔ)，滿足了施工需求。1、塔式起重機(jī)基礎(chǔ)施工難點(diǎn)1.1工期緊本工程結(jié)構(gòu)總工期14個(gè)月，工程量大，在有限工期內(nèi)需完成地下15萬?㎡的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及總重12.6萬t的鋼結(jié)構(gòu)，地上鋼結(jié)構(gòu)施工總工期僅10個(gè)半月，峰值安裝量達(dá)每月1.5萬t，垂直運(yùn)輸壓力非常大。在一般工程中，為考慮經(jīng)濟(jì)效益，土建施工期間會(huì)選擇吊重較小的塔式起重機(jī)，待地上鋼結(jié)構(gòu)施工開始時(shí)再進(jìn)行一次起重機(jī)拆裝轉(zhuǎn)換，將吊重較小的塔式起重機(jī)轉(zhuǎn)換為滿足鋼結(jié)構(gòu)吊裝需求的大起重量塔式起重機(jī)，但受限于本工程的工期條件，沒有多余時(shí)間進(jìn)行塔式起重機(jī)轉(zhuǎn)換，在最初立塔時(shí)即需考慮地上鋼結(jié)構(gòu)安裝的全部需求，并確定鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的分段原則，按塔式起重機(jī)覆蓋區(qū)域確定最大構(gòu)件重量。在有限時(shí)間內(nèi)確定前期的技術(shù)路線并策劃總體部署，對(duì)管理人員提出了巨大挑戰(zhàn)。1.2塔式起重機(jī)選型及布置難點(diǎn)塔式起重機(jī)選型及布置時(shí)需綜合考慮的因素包括：全部覆蓋近9萬m2的建設(shè)場(chǎng)地并同時(shí)滿足土建結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)施工的需求；塔式起重機(jī)的起重量需結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)安裝方案并根據(jù)分段重量確定；塔式起重機(jī)總用電量需符合現(xiàn)場(chǎng)供電條件；群塔的水平及垂直布置；塔式起重機(jī)基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)的相互干涉、與周邊在施項(xiàng)目塔式起重機(jī)的干涉等。塔式起重機(jī)的選型及布置需結(jié)合工程總體策劃及部署進(jìn)行通盤考慮，在地上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙相對(duì)不穩(wěn)定，鋼結(jié)構(gòu)安裝方案尚未確定的情況下，需充分推敲各細(xì)節(jié)，在多方面留出余量以應(yīng)對(duì)日后可能出現(xiàn)的各種條件變化。1.3塔式起重機(jī)資源緊張綜合考慮各種因素，本工程選用12臺(tái)大起重量塔式起重機(jī)（D2500及STT2630級(jí)別），此類型塔式起重機(jī)市場(chǎng)存量不多，大部分均服務(wù)于在施項(xiàng)目，其資源整合較困難。設(shè)備調(diào)集需根據(jù)施工計(jì)劃多方協(xié)調(diào)，甚至需要起重機(jī)生產(chǎn)廠家安排生產(chǎn)新設(shè)備以滿足安裝計(jì)劃需求。1.4塔式起重機(jī)基礎(chǔ)影響因素多因本工程基坑周邊情況復(fù)雜，無法布置塔式起重機(jī)，故只能將塔式起重機(jī)布置在基坑內(nèi)。受結(jié)構(gòu)工程樁、承臺(tái)、柱帽、集水坑等影響，起重機(jī)說明書中給定的天然地基板式基礎(chǔ)尺寸較大無法避開樁基、承臺(tái)等結(jié)構(gòu)，需縮小塔式起重機(jī)基礎(chǔ)尺寸以避免影響結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工；本工程天然地基的地耐力無法滿足塔式起重機(jī)基礎(chǔ)要求，也無法采用常規(guī)的配重式基礎(chǔ)，需設(shè)計(jì)樁基+承臺(tái)的基礎(chǔ)形式。2、塔式起重機(jī)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(jī)的條件。北側(cè)鄰近在施項(xiàng)目亞洲基礎(chǔ)設(shè)施投資銀行，可能存在塔式起重機(jī)覆蓋區(qū)域重合的情況，布置起重機(jī)時(shí)需考慮允許安全距離。因B25,

B26地塊中間大屯北路有無法導(dǎo)改的光纜，需設(shè)置鋼桁架橋進(jìn)行保護(hù)，由于該鋼橋穿越基坑?xùn)|西方向，布置塔式起重機(jī)時(shí)需加以避讓。圖1為基坑開挖時(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(jī)的選型及布置時(shí)，需解決“吊得動(dòng)”（起重量）和“吊得完”（吊次）兩個(gè)問題。本工程塔式起重機(jī)的起重量主要依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)安裝方案及構(gòu)件的分段重量確定。根據(jù)本工程鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及安裝方案，確定鋼構(gòu)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(jìn)行塔式起重機(jī)的初步選型。塔式起重機(jī)布置的數(shù)量根據(jù)總構(gòu)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(jī)臺(tái)數(shù)（臺(tái)）；T為工期（d）；m為每天工作吊次；K為時(shí)間利用系數(shù)，取0.8~0.9；Qi為各類物料的總吊運(yùn)量（件或t）；Pi為塔式起重機(jī)的每次吊運(yùn)量（件/吊次或t/吊次）。根據(jù)鋼構(gòu)件分段情況及土建工程施工分析，鋼結(jié)構(gòu)施工總吊次見表1。表1鋼結(jié)構(gòu)施工塔式起重機(jī)總吊次根據(jù)圖紙情況及施工方案，對(duì)不同施工階段的塔式起重機(jī)方案進(jìn)行方案比選，見表2。表2塔式起重機(jī)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(tái)塔式起重機(jī)（6臺(tái)D1100+2臺(tái)STT2200+2臺(tái)STT2500+2臺(tái)STT2630）可滿足施工需求。2.3塔式起重機(jī)布置2.3.1塔式起重機(jī)的平面布置塔式起重機(jī)的平面布置主要考慮施工區(qū)域全覆蓋、避讓或錯(cuò)開周邊在施項(xiàng)目的塔式起重機(jī)覆蓋范圍、起重機(jī)基礎(chǔ)避讓主體承臺(tái)基礎(chǔ)集水坑等結(jié)構(gòu)、起重機(jī)節(jié)段避讓梁柱等主要構(gòu)件等。塔式起重機(jī)的覆蓋范圍還應(yīng)考慮周邊料場(chǎng)、鋼筋加工廠、施工流水段的分配等，盡量滿足每臺(tái)起重機(jī)均有獨(dú)立料場(chǎng)和鋼筋加工廠，且盡量減少不同施工單位之間的起重機(jī)借用，以提高施工效率（圖2）。圖2塔式起重機(jī)平面布置2.3.2群塔錯(cuò)開高度布置本工程共選用12臺(tái)塔式起重機(jī)，為保證垂直方向大臂錯(cuò)開高度運(yùn)行，在平面布置時(shí)避免4臺(tái)塔式起重機(jī)交錯(cuò)，減小起重機(jī)的立塔高度，以縮減成本。各臺(tái)起重機(jī)大臂主要在3個(gè)高度彼此錯(cuò)開且滿足自立高度無需附著結(jié)構(gòu)。在最低高度層的塔式起重機(jī)選擇平頭塔，其他可選擇帶塔帽的起重機(jī)。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(jī)垂直方向布置（a）階段1；（b）階段2；（c）階段32.4塔式起重機(jī)用電量復(fù)核塔式起重機(jī)型號(hào)及數(shù)量確定后應(yīng)進(jìn)行用電量復(fù)核，以確定現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)供電情況是否滿足條件。本工程總用電量計(jì)算見表3。本最初進(jìn)場(chǎng)時(shí)由建設(shè)單位提供5臺(tái)630?kVA變壓器，經(jīng)核算現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電容量不能滿足要求，后經(jīng)建設(shè)單位與供電局協(xié)調(diào)進(jìn)行臨時(shí)用電增容，增設(shè)2臺(tái)630?kVA及1臺(tái)500?kVA變壓器，滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工需求。表3總用電量計(jì)算3、塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)原則（1）塔式起重機(jī)采用樁基承臺(tái)基礎(chǔ)，在避讓主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)樁承臺(tái)、集水溝及下反柱帽的前提下，盡可能擴(kuò)大塔式起重機(jī)基礎(chǔ)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(jī)基礎(chǔ)樁采用與主體基礎(chǔ)工程樁相同的樁徑，在滿足承載力要求的前提下，樁長(zhǎng)盡量小于正式工程樁，以降低施工難度。使用相同機(jī)械及工藝，以便同時(shí)施工。（3）若塔式起重機(jī)基礎(chǔ)覆蓋主體工程樁，可采用基礎(chǔ)樁代替工程樁，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)還可節(jié)省成本。（4）按包絡(luò)設(shè)計(jì)原則，塔式起重機(jī)基礎(chǔ)盡可能采用相同的承臺(tái)尺寸，相同的樁徑及樁長(zhǎng)，以降低施工難度。3.2設(shè)計(jì)思路以2號(hào)塔式起重機(jī)基礎(chǔ)為例，其基礎(chǔ)周邊情況如圖4所示。圖42號(hào)塔式起重機(jī)基礎(chǔ)周邊情況（1）2號(hào)塔式起重機(jī)基礎(chǔ)避讓2個(gè)柱帽后尺寸為8?m×8?m，起重機(jī)基礎(chǔ)范圍內(nèi)覆蓋4根抗拔樁，圖4中標(biāo)注的6根起重機(jī)樁（實(shí)心填充）可替代4根工程樁。其他塔式起重機(jī)基礎(chǔ)樁也采用相同的替代原則。（2）綜合考慮12臺(tái)塔式起重機(jī)的具體情況，將其承臺(tái)基礎(chǔ)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(jī)基礎(chǔ)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(tái)配9根樁徑1?000?mm的基礎(chǔ)樁，平面尺寸6?800?mm×6?800?mm的承臺(tái)配16根樁徑為600?mm的基礎(chǔ)樁。（3）按上述原則，根據(jù)各臺(tái)塔式起重機(jī)所處位置的地質(zhì)情況進(jìn)行承載力計(jì)算，確定樁長(zhǎng)及樁側(cè)后壓漿參考值。根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定了12臺(tái)塔式起重機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)參數(shù)（表4）。表4塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)注：承臺(tái)底標(biāo)高均為–16.000?m。4、結(jié)束語國(guó)家會(huì)議中心二期項(xiàng)目施工用塔式