1 　塔吊平面布置

塔吊按其分類一般分為固定式及軌道行走式,行走式對基礎(chǔ)土體的擾動較大,對深基坑的支護及場地要求比較高,且由于獨立高度受到限制,故在城市高層建筑深基坑中使用的較少。絕大部分采用固定基礎(chǔ)附著式自升塔吊,本文就這種塔吊的平面布置形式做一論述。

1.1 　塔式起重機的選用原則

1) 參數(shù)應(yīng)滿足施工要求　要對塔吊各主要參數(shù)逐項核查,務(wù)必使所選用塔吊的幅度、起重量、起重力矩和吊鉤高度諸參數(shù)與分析結(jié)果相適應(yīng)。

2) 塔吊生產(chǎn)效率應(yīng)能滿足施工進度的要求　為驗證塔吊生產(chǎn)率是否滿足施工進度的需要,可就吊次多少按下述程序進行分析: ①鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層平均每平米建筑面積約需1.1～1.6 吊次,根據(jù)樓層建筑面積估算出總吊次N ; ②塔吊平均每臺班約可完成50～75 吊次,可根據(jù)計劃配用的塔吊數(shù)量和每天作業(yè)臺班數(shù),計算出塔吊可完成的總吊次N總計。如N 總計≥N 總估,即可認(rèn)為塔吊的生產(chǎn)效率能滿足施工進度的要求。塔吊的生產(chǎn)率也可用重量計來分析是否能滿足施工進度的要求。但它與塔吊的起重能力、起重量的利用程度、臺班作業(yè)時間的利用情況以及吊次等因素有關(guān),因此塔吊的生產(chǎn)率可按下式估算:

P = k1*k2*Q*n

n = 60P( Σs/v tn )

式中: Q 為塔吊的最大起重量(10kN) ; k1 為起重量利用系數(shù),取0.5～0.9 ; k2 為作業(yè)時間利用系數(shù),取0.4～0.7 ; n 為每小時理論吊次(吊次/h); s 為構(gòu)件、建筑材料或機具設(shè)備的垂直運距(m) ; v 為塔吊起升速度(m/min) ; tn 為掛鉤、脫鉤就位以及加速、減速等所耗用的時間(min) 。

分析時,首先應(yīng)熟悉施工圖紙,并按照施工組織設(shè)計所規(guī)定的施工組織和施工方法進行分層、分段(施工流水段) 工程量的計算,得出需要垂直運輸?shù)闹亓?/SPAN>,然后按照施工進度要求計算出每作業(yè)臺班及每小時需要升運的重量,并取其中最大值與塔吊生產(chǎn)率( P) 作比較。

1.2 　塔吊的平面布置

塔吊的平面布置視建筑物的情況因地而宜、不盡相同。但高層建筑其基坑較深以及場地的復(fù)雜性,決定了塔吊布置的多樣性。在考慮了施工工藝,建筑物平面幾何尺寸,周邊環(huán)境和基坑支護安全的前提下,介紹幾種合理的深基坑塔吊布置方式及其設(shè)計思路。

1.2.1 　塔吊在基坑壁附近布置

如果基坑平面尺寸較小,在基坑一側(cè)布置固定式塔吊即可使垂直運輸覆蓋整個基坑工作面,其基礎(chǔ)可放在圍護壁外的土體中,也可放在圍護壁上,視施工場地而定。

1) 如塔吊放在圍護壁外的土體中,宜在塔吊基礎(chǔ)下施打若干支承樁,將塔吊基礎(chǔ)的荷載傳到基坑底下的土體中,以減少塔吊基礎(chǔ)對基坑周圍土體的影響,保證基坑圍護的安全。

2) 如塔吊基礎(chǔ)放在基坑圍護壁上,一般還需在圍護壁外加設(shè)2 根支承樁,由圍護壁與支承樁共同承受塔吊基礎(chǔ)荷載。這時承受豎向塔吊荷載的圍護壁區(qū)段在設(shè)計中要適當(dāng)加長入土深度,注意受荷載過程中與相鄰圍護壁的沉降差異控制,并解決與壁外承載樁的共同工作問題?？刹捎猛ǔ兜某两盗坑嬎惴椒▉眚炈闼趸A(chǔ)下樁的協(xié)調(diào)工作問題,沉降計算可采用《上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》DBJ0811-89 第6.3.1 條關(guān)于樁基沉降量的計算方法,也可按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》

JGJ94-94 第5.3 節(jié)樁基的沉降計算進行驗算。如果基坑平面尺寸較大,盡可能把塔吊放在基坑一側(cè),這時可放多臺固定式塔吊在基坑對邊,其基礎(chǔ)放置和設(shè)計的原理如上所述。如受場地限制,而基坑尺寸較大,這時可將塔吊放置在基坑內(nèi)。

1.2.2 　塔吊在基坑內(nèi)布置

城市高層建筑深基坑受周邊環(huán)境的影響,一般場地狹窄,如塔吊放置在基坑周邊,勢必影響工程施工,這種情況下要求塔吊放在基坑內(nèi),并滿足各種工況下的使用;當(dāng)基坑尺寸比較大時將固定塔吊放在基坑一側(cè)總有工作區(qū)域浪費而又有一部分沒有塔吊工作面的問題,如果能將塔吊放置在基坑內(nèi),則可大大提高塔吊的工作區(qū)域利用率,同時將塔吊基礎(chǔ)的荷載傳到基坑的土體中,對周圍環(huán)境的影響就會大大減弱,空間工作區(qū)域也會縮至基坑范圍內(nèi),這時采用樁基礎(chǔ)是較好的解決辦法。這種方法可與基坑圍護施工階段同步,在土方開挖前塔吊安裝結(jié)束,可以大大縮短工期。

坑內(nèi)樁基一般采用800～1 000mm 樁徑的鉆孔灌注樁內(nèi)插鋼格構(gòu)柱,灌注樁中心距與塔吊軸心間距一致, 格構(gòu)柱一般出室外地面即可(見圖1) 。鋼格構(gòu)柱一般不會破壞結(jié)構(gòu)的整體性, 盡量不要穿越地下室的框架梁。這種塔吊基礎(chǔ)的布置有以下優(yōu)點: ①格構(gòu)柱不穿越地下室框梁, 結(jié)構(gòu)

整體性好, 僅在板上預(yù)留孔洞, 塔吊拆除后格構(gòu)柱在地下室地板面以上割斷拔出; ②經(jīng)濟性好,減少了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的切割浪費。

1.2.3 　塔吊在基坑內(nèi)布置時基礎(chǔ)埋置在大底板下

由于其它原因塔吊樁基礎(chǔ)未進行施工,而土方開挖已經(jīng)開始,場地限制又不能在深基坑外做樁基,此時可以在土方開挖時進行塔吊基礎(chǔ)施工,采用承臺方式作為塔吊基礎(chǔ),承臺埋置在基礎(chǔ)底板下,通過格構(gòu)柱或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)傳遞上部荷載。此時承臺類似淺基礎(chǔ)設(shè)計,根據(jù)基坑內(nèi)的地質(zhì)條件調(diào)整承臺平面尺寸,在基礎(chǔ)底板未澆筑前完全按照淺基礎(chǔ)的設(shè)計方法,底板澆筑后要考慮底板與承臺的協(xié)調(diào)變形。此種布置方法可以滿足各種工況下的施工,保證施工工期。如無錫佳城大廈就是采用這種方法(見圖2) 。

2 　塔吊基礎(chǔ)設(shè)計

采用樁基的塔吊基礎(chǔ)布置在基坑外或側(cè)壁與布置在基坑內(nèi)的樁基設(shè)計計算步驟相同。樁基以上部分,坑外需要布置承臺,塔吊安裝在承臺上,坑內(nèi)需要內(nèi)插格構(gòu)柱,塔吊安裝在格構(gòu)柱上,這時二者設(shè)計的內(nèi)容不同。對于在基坑內(nèi)的承臺基礎(chǔ)布置,則可以參照淺基礎(chǔ)的設(shè)計內(nèi)容。

2.1 　塔吊樁基的設(shè)計

塔吊樁基頂部豎向荷載較小,一般更多的是考慮樁的抗拔驗算來控制樁的入土深度。

2.1.1 　單樁承載力驗算

Ra = qpk AP up Σqsia li > Nimax

式中: up 為樁身周長; qsia 為用靜力觸探比貫入值估算的樁周第i 層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值; li 為樁穿過第i層土的厚度; qpk為樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值(平均值) ; Ap 為樁端面積; Nimax 為偏心豎向力作用下第i 復(fù)合基樁或基樁的豎向力設(shè)計值。

2.1.2 　單樁水平承載力驗算

可按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-94 的樁的水平承載力進行驗算。

2.1.3 　樁的抗拔極限承載力的計算

按照廣東省《樁基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)范》10.2.10 公式計算。

2.1.4 　抗傾覆力矩驗算

式中: e 為最小樁軸線間距; F 為作用于樁基承臺頂面的豎向力設(shè)計值; G 為樁承臺和承臺上土自重設(shè)計值。

2.1.5 　樁配筋計算

樁承載力計算依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94-94第4.1.1 條,樁頂軸向壓力設(shè)計值應(yīng)滿足:

γ0 N ≤fc A

式中:γ0 為樁基重要性系數(shù),取1.0 ; fc 為混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值(N/mm2 ) ; A 為樁截面面積(m2 ) 。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50010-2002 第7.3條正截面受壓構(gòu)件承載力計算。

2.1.6 　鋼格構(gòu)柱驗算

由于塔吊在土方開挖前即已安裝完畢,隨著土方開挖,格構(gòu)柱逐漸顯露出來后,對4 根格構(gòu)柱進行系桿連接使格構(gòu)柱形成整體剛度,在系桿未連接之前把格構(gòu)柱看成一端固定,一端鉸接的的桿件進行驗算,依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003 按照小偏壓構(gòu)件進行穩(wěn)定驗算及強度驗算。格構(gòu)柱除進行整體穩(wěn)定驗算外,尚應(yīng)對綴板、焊縫進行驗算(略) 。

2.2 　承臺設(shè)計

深基坑塔吊基礎(chǔ)承臺一般考慮為整體式承臺,根據(jù)情況分為2 種。

圖3 　塔吊樁基礎(chǔ)承臺布置

2.2.1 　樁基上的承臺

由于地腳螺栓安裝在基樁軸心位置(見圖3) ,樁基上承臺一般不考慮承臺的承載力及抗傾覆,這時承臺平面尺寸及厚度均可比非樁基承臺基礎(chǔ)小,承載力及抗傾覆見樁基設(shè)計。

2.2.2 　天然地基上的承臺

天然地基上的承臺基礎(chǔ)要進行以下驗算,不管是布置在地面還是布置在基坑內(nèi)部。

1) 地基基礎(chǔ)承載力驗算　根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002 第5.2.3 條進行驗算。

2) 受沖切承載力驗算　依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2002 第8.2.7 條驗算。

3) 抗傾覆驗算　為保持基礎(chǔ)穩(wěn)定,塔吊在非工作情況下作用于基礎(chǔ)諸力的偏心距應(yīng)滿足:

式中: M 為作用于塔身的不平衡力矩; H 為作用于塔吊的水平力; h 為基礎(chǔ)承臺的厚度; L 為混凝土基礎(chǔ)邊長;V 為塔吊結(jié)構(gòu)自重力,可取自塔吊說明書; G 為基礎(chǔ)自重力。

3 　結(jié)語

以上3 種固定式塔吊布置方案是深基坑塔吊布置的基本方法,可在較多的施工環(huán)境中使用,在施工中需要注意的是:

1) 布置在基坑外或圍護壁上的樁基方案,要注意基樁與承臺的錨固,基坑壁根據(jù)基坑的支護情況要適當(dāng)進行噴錨護坡。

2) 塔吊布置在基坑內(nèi)的樁基基礎(chǔ)要保證內(nèi)插格構(gòu)柱具有一定的錨固深度,塔吊下鋼格構(gòu)柱鉆孔灌注樁連接部分混凝土宜盡量澆筑至接近地表面,以增強鋼格構(gòu)柱下部的固端效果。此外,塔吊底座與格構(gòu)柱的連接要有可靠保證,特別是在附墻之前的工況的安全。

3) 塔吊布置在基坑內(nèi)的承臺基礎(chǔ)應(yīng)加快降水施工速度,如內(nèi)插鋼格構(gòu)柱或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)應(yīng)在穿越大底板中部設(shè)置止水鋼板。高層建筑深基坑的塔吊布置根據(jù)場地情況因地制宜,具有較大的靈活性,合理的選擇塔吊基礎(chǔ)方案可以有效地提高塔吊的施工效率,加快施工進度,保證施工安全。