中铁建工集团有限公司 天津市 300457
1.概述
本工程位于天津生态城起步区05-07-01-04地块内，商业楼地上5层，办公楼地上23层，地下室三层，自然地坪标高为-1.900，基坑深度达到14m，基坑围护结构采用两道钢筋混凝土支撑。若采用传统的塔吊基础形式，必须等到土方开挖至基坑底方可安装塔吊。为确保环梁支撑施工期间，能利用塔吊进行材料垂直运输材料，加快施工进度，所以采用桩基+钢格构柱+混凝土承台组合式塔吊基础。
2.格构式钢管混凝土柱塔吊基础设计
格构式钢管混凝土柱塔吊基础整体由三部分组成，由混凝土钻孔灌注桩+格构式钢管+混凝土承台组成，钻孔灌注桩的直径为Φ800。首先进行钻孔灌注柱施工，由现有自然地坪进行打入，钢筋笼采用现场加工，灌注桩内钢筋笼与钢管采用焊接连接，钢管采用螺旋钢管，在加工厂加工完成之后运至施工现场。其次进行塔吊基础承台施工，由商品混凝土+钢筋组成，承台顶标高为-2.500m，格构式钢管顶标高为-3.100m，锚入承台800mm，自然地坪标高为-1.900m，在土方大面积开挖之前可以将基础承台先行做完塔吊安装就位。最后，格构式钢管四面的斜撑桁架随着开挖深度不断加深随时现场焊接施工。
2.1塔吊混凝土钻孔灌注桩设计
塔吊基础采用Φ800钻孔灌注桩基，桩顶标高-15.00m，桩端标高-44.00m，有效桩长29m。钻孔灌注桩配筋为：主筋12根三级螺纹钢钢直径25mm钢筋，箍筋ф8@100/200螺旋筋，加劲箍筋三级螺纹钢14@2000 mm，混凝土强度等级C35。（详见图一）。
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图一 塔吊基础桩施工图
2.2塔吊钢管混凝土柱（桩）设计
塔吊基础承台采用架空承台，承台内配两根暗梁。承台与灌注桩采用钢管混凝土柱承接，在进行灌注桩施工时将钢管与钢筋笼有效焊接，钢管内混凝土采用自密实混凝土，强度等级为C35，钢管材质为Q345B，直径Φ=600mm，壁厚δ=10mm，总长度L=14900mm，其中钢管下部插入灌注桩体3000mm，钢管与钢管笼主筋12根三级螺纹钢筋25mm焊接，焊接长度为3000mm,另外为保证钢管与混凝土的锚固，附加8根6000mm长三级螺纹钢，下插段钢筋笼箍筋ф8@100螺旋筋，钢管混凝土柱贯穿基础底板及地下室顶板，锚入塔吊基础承台内800mm，在承台内四根钢管之间用16a工字钢两两相连，防止钢管混凝土柱对混凝土承台的冲切破坏，在基础底板以上格构式钢管的四面各设有焊接桁架支撑，增强钢管混凝土柱的整体承载力，在进行土方开挖的同时，随着开挖深度进行桁架焊接施工。（详见图二）
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图二：格构式钢管混凝土柱塔吊基础整体施工图
2.3塔吊承台基础及暗梁设计
本工程塔吊型号采用TC6515，基础为四桩承台，强度等级为C40，承台顶标高为-2.500m，塔吊基础承台底距离基坑底部的距离为11.5m，桩心之间的距离为3400mm×3400mm，承台尺寸为5000×5000×1400mm；承台内设两根截面尺寸700mm宽×1350mm高的暗梁，暗梁下皮与承台下皮齐，暗梁上下部主筋为9 根三级螺纹钢25，每侧加腰筋6根三级14，箍筋φ8@150mm，六肢箍。承台模板采用18mm厚多层板进行支设，配筋采用双层双向三级25@175mm，加拉结筋三级钢14@350mm。（详见图三）。
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图三：承台配筋图及暗梁配筋图
3、格构式钢管混凝土柱（桩）塔吊基础计算书
3.1基本参数
3.1.1塔吊基本参数
塔吊型号：TC6515B 标准节长度b：3m
最大起重荷载Q：120kN； 塔吊起升高度H：60m；
塔身宽度B:2m； 工作风速：小于20m/s
3.1.2钢管基本参数
钢管桩悬臂长度lo：11.1m； 钢管直径：600mm，螺旋钢管
钢管桩壁厚：10mm； 钢管型材：Q345
钢管桩缀条参数:直径300mm，厚10mm，Q345；
钢管混凝土格构柱基础缀件节间长度a：2.75m；
钢管内混凝土强度等级C35；
单根钢管混凝土柱计算自重：8.82t。
3.1.3塔吊混凝土灌注桩及承台基础参数
混凝土灌注桩中心距：3.4m×3.4m； 桩入土深度l：29m（-15m~-44m)；
混凝土灌注桩直径d：800mm；
混凝土灌注桩桩混凝土等级：C35； 桩型与工艺：泥浆护壁钻孔灌注桩；
因塔吊在非工作状态下的弯矩及水平力比工作状态下的弯矩及水平力大很多，且垂直力相差不大，只需验算非工作状态下的工况。
3.2钢管混凝土格构柱验算
3.2.1单肢钢管混凝土柱承载力验算
1、单肢格构受力计算
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2、单肢钢管柱抗压承载力计算
取单肢格构柱最大的偏心率eo=1m,eo/rc=1/0.29=3.448>1.55,根据CECS28-90第4.1.3-1条，当
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（1）考虑受压构件长细比影响的承载力折减系数
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。
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（2）受压短柱的承载力计算。
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（3）考虑偏心率及长细比的受压短柱的承载力计算。
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所以，单肢钢管混凝土柱满足抗压要求。
3.2.2整体钢管混凝土格构柱承载力验算
1、整体钢管混凝土格构柱力学参数
Ix=Iy=[Ix+A×1702] =[
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+3.14*302*1702]×4=329229000cm4；
2、整体钢管混凝土格构柱承载力计算
根据《钢管混凝土结构设计与施工技术规程》中规定
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（1）考虑偏心率影响的整体承载力折减系数
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取单肢格构柱最大的偏心率eo=1m,eo/h=1/3.4=0.294<
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,根据CECS28-90第4.2.6-1条，当
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（2）考虑受压构件长细比影响的整体承载力折减系数
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根据（CECS28-90）中第4.2.8条规定，当为4肢格构柱时
所以
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（3）整体承载力计算
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所以钢管混凝土格构柱整体承载力满足要求。
4、桩基及承台施工
4.1桩基施工及质量控制
本工程塔吊桩基采用潜水钻孔机成孔的钢筋混凝土灌注桩，施工工艺如下：放线定位→机械就位→钻孔→提钻→下钢筋笼及钢管→混凝土浇筑→成桩。
4.1.1成孔
采用潜水钻钻机成孔作业，钻孔灌注桩泥浆护壁施工工艺。
（1）埋设护筒，埋深1-1.5m，护筒是保证钻机沿着桩位垂直方向顺利钻孔的辅助工具，其保护孔口和提高桩孔内的泥浆水头，防止塌孔的作用。
（2)桩径偏差小于5cm。
（3)垂度偏差小于1％，水平位移偏差小于100mm。钻机就位后，采用水平尺调整机架与地面垂直，根据设计桩长，在机架上做一明显的控制标尺，以控制成孔深度。
4.1.2钢筋笼制作与放置
（1)钢筋笼加工制作
钢筋笼制作采用加劲环形箍筋成型法，加劲箍筋设于主筋内侧，应保证钢筋的位置及角度无误，螺旋箍筋与主筋之间焊接牢固，并在主筋放设混凝土圆形垫块。
4.1.3钢筋笼与钢管的焊接
（1）钢筋笼与钢管的焊接施工
钢筋砼灌注桩下钢筋笼时露出地面3m使之固定，用吊车吊起钢管与钢筋笼焊接，钢筋笼主筋与钢管焊接3m，满焊连接，为确保钢管与钢筋笼的锚固，连接部位附加8根三级钢25钢筋焊在钢筋笼上并与钢管焊接，下插区段钢筋的螺旋箍筋间距为100mm。
4.1.4混凝土浇筑
（1)桩身混凝土采用商品混凝土，强度等级为C35。
（2）混凝土浇筑时，先将导管内及漏斗灌满混凝土，其量保证导管下端一次埋入混凝土面以下0.8m以上，然后剪断悬吊隔水栓的钢丝，混凝土拌和物在自重作用下迅速排水。
4.1.5后压浆施工
为确保混凝土灌注桩的承载力，本灌注桩采用桩端注浆
（1）注浆管的设置
桩端后注浆导管及注浆阀沿钢筋笼周圈对称设置2根；压浆管采用国标低压流体输送用焊接管,公称口径‚25(1英寸)壁厚>3.25mm，与桩端压浆阀相连。压浆管与钢筋笼箍筋绑扎连接。在每节钢筋笼放入孔内后应在压浆管内做注水试验以确保压浆管内无渗漏。
（2）注浆料的制作
注浆用水泥采用42.5号新鲜普通硅酸盐水泥；浆液的水灰比应该根据土的饱和度、渗透性确定，本工程按饱和土,暂取0.6。
（3）终止注浆压力、流量参数暂按以下确定：
1）桩端注浆终止压力本工程暂按饱和土取3MPa；
2）注浆流量不宜超过75L/min；
（4）后注浆作业起始时间、顺序和速率应符合下列要求：
注浆作业宜于成桩2天后开始，不宜迟于成桩后30天
4.2基础承台施工
4.2.1塔吊基础承台施工
本工程塔吊基础承台顶标高为-2.500m，底标高为-3.900m，现场自然地坪标高约-1.900m，塔吊基础承台施工前要对承台范围内使用机械进行土方开挖，土方开挖范围应超出承台平面尺寸1m，土方开挖的放坡系数为0.5。土方开挖并平整后，进行100厚C15垫层施工。
4.2.2承台钢筋及暗梁钢筋绑扎
1)、基础承台钢筋绑扎之前应先塔吊厂家联系，根据塔吊型号确定塔吊支腿预埋件的种类和埋置深度、方式等问题，塔吊支腿应采取可靠的固定措施确保其位置的准确性；
2)、土方开挖和垫层施工完毕后，弹处垫层下皮钢筋线，铺设塑料薄膜（方便后期对垫层的剔除），基础承台钢筋帮扎应设置钢筋马凳和垫块保证钢筋控制钢筋间距、高度满足设计要求。
3）、承台及暗梁配筋图详见承台及暗梁配筋施工图。
4.2.3承台混凝土浇筑
1)、承台混凝土浇筑之前应检查预埋塔吊支腿或预埋螺栓的位置、垂直度是否满足塔吊安装精度要求,本工程要求塔吊垂直度控制在1/1000以内；
2)、承台混凝土采用C40，使用高标号混凝土或掺加外加剂提高承台混凝土的早期强度，以确保塔机的提前安装；
3)、承台模板采用多层板拼装，Φ48钢管及100*100mm木方为主龙骨，外加钢管斜撑四周进行加固；
4)、混凝土浇筑采用振动棒振捣密实，禁止直接振动塔吊埋件，混凝土浇筑完毕后应洒水养护≥14d；
5、结束语
在施工深基坑水平支护结构时，常会遇到土方还未挖完就要去塔吊提前安装的情况，传统的桩基+混凝土承台式塔吊基础已无法完全满足施工要去。同时随着建筑行业的高速发展，在深基坑及高层、超高层建筑中格构式钢管混凝土柱塔吊基础施工工艺先进，加快了施工进度，提高了塔式起重机的覆盖利用率和机械配置的灵活性，确保了施工的整体施工进度。