建筑技术丨组合式塔式起重机基础与换塔施工结合技术应用

组合式塔式起重机基础与换塔施工结合技术，是针对围护体系采用钢筋混凝土内支撑方式的深基坑工程塔式起重机安装技术；组合式塔式起重机基础在上海地区应用较为广泛，技术成熟，解决了围护工程施工阶段材料运输问题。

由于围护工程施工至主体结构完成阶段工期较长，在此期间施工材料周转均需要使用塔式起重机进行配合施工。

塔式起重机选型时，如按整体施工阶段大型材料吊重进行考虑，将导致塔式起重机租赁费用增加。换塔技术的应用可根据不同施工阶段吊装材料重量，进行塔式起重机配置，对于施工成本控制带来助力。

1 工程背景

集成电路设计产业园5–1项目，位于上海市浦东新区张江镇，项目用地面积为29614m²，总建筑面积208984.1m²，地上20层，地下3层。其中地上建筑面积136984.1m²，地下建筑面积72000 m²。地下结构形式为框架剪力墙结构，地上为钢框架加钢筋混凝土核心筒结构。钢结构工程在地下室负2层顶板开挖插入施工，围护结构为围护桩加3道混凝土内支撑组合形式。

在基坑施工时采用顺作法，即施工完成上一道内支撑再进行下一层土方开挖作业如此循环反复直到开挖至基底。

为满足围护内支撑及地下车库结构施工期间材料垂直运输需求，根据项目整体特点及总平面布置，现场共布置3台塔式起重机。

项目进场时主体结构工程桩已施工完成，塔式起重机桩无法借用工程桩以减少成本。1号楼北侧工程桩较密，在进行塔式起重机布置策划时，地上施工阶段需将塔式起重机布置在1号楼北侧方可满足施工要求，由于受已完成工程桩影响，1号楼塔式起重机桩无法对称布置，无法采用钢格构柱加钢筋混凝土组合式基础平台。

组合式塔式起重机基础为钢格构柱加钢筋混凝土承台形式。塔式起重机基础样式如图1所示。

图1 组合式塔式起重机基础示意

2 组合式塔式起重机基础与换塔技术合理性分析

2.1 汽车式起重机与塔式起重机对比分析

由于项目基坑面积较大，汽车式起重机由于自身限制，导致吊装覆盖范围较小且易受道路及天气因素影响，在进行围护内支撑施工阶段使用塔式起重机进行材料垂直运输比使用汽车式起重机，在施工覆盖范围、操作便利性、现场道路限制、人工搬运成本等方面更具有优势。

2.2 常规塔式起重机基础对于深基坑工程缺点

按照常规塔式起重机基础施工，承台须设置在地下室底板或基坑周边，当基坑较大或基坑深度较深时塔式起重机基础设置在基坑周边无法满足覆盖范围及基坑安全需求，塔式起重机基础设置在地下室底板对于围护及内支撑工程施工期间材料运输无法提供帮助。塔式起重机安装方式的确定对于基坑支护阶段材料中转以及施工效率影响较大。

2.3 围护及地下室施工期间材料吊重分析

通过对项目围护及地下室施工工程量进行分析，从首道内支撑施工至地下车库结构期间预计需要9个月。在此期间需要采用塔式起重机进行运输的建筑材料为钢筋、模板、钢管、灰砂砖等，吊重不超过3t，选择吊重较小塔式起重机能满足施工要求。

2.4 钢结构施工期间材料吊重分析

地上钢结构工程施工时，负一层钢构件最大重量约11.8t。2层以上最大预制钢构件重量7t。

3 换塔方式选择

3.1 塔式起重机基础形式选择

上海地区采用钢格构柱加钢筋混凝土组合式基础平台技术相对成熟，通过组合式基础平台将塔式起重机基础设置于首道内支撑及车库顶板标高以上，使得塔式起重机在围护内支撑施工阶段进行塔式起重机安装具备可行性。具备保障围护施工及地下室施工阶段材料运输条件。1号楼北侧塔式起重机基础选用钢筋混凝土承台，设置于车库底板位置。其余塔式起重机基础采用组合式基础平台。

3.2 塔式起重机型号选定

根据某机械公司提供的STT293、STT553、STT783型塔式起重机说明书，各型塔式起重机性能见表1。

表1 塔式起重机性能表

在换塔作业前，3台塔式起重机均采用STT293型塔式起重机，在换塔后更换为1台STT553型塔式起重机和2台STT783型塔式起重机。

3.3 塔式起重机转换节选定

根据某建筑机械公司提供的H205A/H205B转换L69B1转换节，使得塔式起重机共用同一基础进行换塔作业具备可行性，在采用钢结构组合式基础平台的同时采用换塔施工技术，通过预埋转换节在基础施工阶段使用3台STT293型塔式起重机配合施工，在负2层顶板施工完成后再进行换塔作业，安装2台STT783加1台STT553塔式起重机配合主体结构施工，在满足施工的同时进一步节省租赁费用。由于STT293型塔式起重机标准节尺寸为2m×2m，STT783型塔式起重机标准节尺寸为2.3m×2.3m，采用H205A转换L69B1转换节，具体如图2所示。

图2 STT783塔式起重机转换节示意

（a）安装STT293；（b）安装STT783

由于STT293型塔式起重机标准节尺寸为2 m×2 m，STT553型塔式起重机标准节尺寸为2.3m×2.3m，采用H205B转换L69B1转换节（图3）。

图3 STT553塔式起重机转换节示意

（a）安装STT293；（b）安装STT553

3.4 其他措施

针对1号楼现场实际情况，对1号楼区域在楼栋东侧设置钢格构柱+钢筋混凝土组合式基础平台并安装一台STT293塔式起重机解决围护支撑及地下施工阶段垂直运输。待地下室施工至负2层顶板期间将STT293塔式起重机拆除，在1号楼北侧设置于底板上的塔式起重机基础安装一台STT783塔式起重机进行地上结构施工。

4 塔式起重机基础设计

4.1 塔式起重机桩设计

1号STT293型塔式起重机采用4根直径850mm钻孔灌注桩，桩中心距3.2m，有效桩长36.5m。混凝土强度等级为C35（水下提升一个强度等级），桩顶相对标高为所在位置地下室底板底（相对标高–14.800m）。

1号STT783型塔式起重机安装在地下室底板上，底板厚度1200mm。塔式起重机承台厚度2200mm，采用4根直径900mm的钻孔灌注桩，桩长向中心距4.2 m，桩短向中心距3.7m，有效桩长38.5 m。混凝土强度等级为C35（水下提升一个强度等级），桩顶相对标高为所在位置地下室底板以下1m位置，即塔式起重机承台底部（相对标高–15.800 m）。

2号STT293/STT783型塔式起重机采用4根直径900mm的钻孔灌注桩，桩中心距4m，有效桩长39.5m。混凝土强度等级为C35（水下提升一个强度等级），桩顶相对标高为所在位置地下室底板底（相对标高–14.800 m）。

3号STT293/STT553型塔式起重机采用4根900mm直径的钻孔灌注桩，桩中心距3.4m，有效桩长39.9m。混凝土强度等级为C35（水下提升一个强度等级），桩顶相对标高为所在位置地下室底板底（相对标高–14.400m）。

4.2 塔式起重机承台设计

根据塔式起重机说明书，STT293型塔式起重机基础厚度为1.7m，STT553型塔式起重机基础厚度为2m，STT783型塔式起重机承台要求厚度为2.2m，采用C35强度混凝土浇筑。

项目塔式起重机承台1号STT293型塔式起重机基础采用：5m×5m×1.7m钢筋混凝土承台，1号STT783型塔式起重机基础采用9m×7m×2.2m钢筋混凝土承台，2号STT293/783型塔式起重机基础采用6m×6m×2.2m钢筋混凝土承台，3号STT293/553型塔式起重机基础采用5m×5m×2m钢筋混凝土承台，以上承台采用C35强度混凝土浇筑。塔式起重机埋件地脚垂直度误差不大于4‰，4个固定脚平面高度差不大于±1mm。承台底部钢筋保护层厚度50mm，其余侧钢筋保护层厚度25mm。承台基础混凝土强度达到80%后方可安装塔式起重机，强度达到100%方可使用塔式起重机。

4.3 塔式起重机格构柱设计

格构柱顶部焊有8根直径25mm锚固钢筋，锚筋长度900mm（>35d），承台底部焊有承托角钢，其中1号STT293、3号STT553型塔式起重机承托角钢尺寸为L200×200×20，2号STT783型塔式起重机承托角钢尺寸为L200×200×24。

格构柱间采用25号槽钢作为水平联系杆、斜向支撑、水平剪刀撑。格构柱在底板位置设置止水钢板。立柱角拼接时同一截面接头数量不应大于两处，接头错开距离不应小于500mm。塔式起重机格构柱具体设计要求见表2。

表2 塔式起重机格构柱设计参数

4.4 格构柱安装要求

缀板与角钢焊缝尺寸为10mm。立柱角拼接时同一截面钢接头数量不大于2处，接头错开距离不小于500mm。焊缝处内衬500mm长同格构柱尺寸角钢，焊缝尺寸16mm，并在角钢拼接位置若加缀板。格构柱焊缝不低于三级焊缝质量要求。

格构柱插入灌注桩长度不小于3.0m，角钢与灌注桩螺旋筋采用点焊连接，并在格构柱穿越地下室底板处设止水钢板。

格构柱采用两点起吊法进行吊装，格构柱定位拟采用定位架定位。格构柱垂直度≤1/200。护筒人工挖设后，测量人员复核护筒中心，同时测放出立柱桩的轴线，验收合格后，立即安装定位架，使定位架的四边中点与引测的轴线点重合。格构柱安放前，先进行钢筋笼安放，钢筋笼吊放入孔时，必须垂直确保桩孔和钢筋笼的同心度，并保证搁置平稳。

格构柱与钢筋笼连接体需缓慢入孔，严禁堆放。下放至格构柱外露1~2m时，再次进行定位复核与微调，立柱扭转偏差小于50后缓慢下放至设计标高，而后进行后续导管下放及水下混凝土浇筑工序。

格构柱的垂直度及4个平面的平整度保证措施：格构柱采用角钢焊接定位框架，控制格构柱的中心两根x、y轴线。安放钢筋笼同时，接着安放格构柱，钢筋笼和格构柱连接后，继续安放钢筋笼和格构柱，格构柱进入定位框架的预留孔中后，沿x、y两方向用全站仪控制桩身垂直度，保证插入前桩身垂直及x、y轴与桩孔垂直，微调就位后在基座上安放定位钢板。插入到位且精确校正标高后，在孔口可靠焊接固定。并在格构柱吊装与混凝土浇筑过程中加强检查，以确保钢格构柱4个面的垂直度，防止倾斜、扭转。

塔式起重机格构柱区域土方对称分层开挖，其2m范围内土方人工开挖。格构柱加固将在土方开挖时，逐道向下进行焊接，且塔式起重机格构柱位置开挖应按水平剪刀撑间距进行，保证每开挖至一道水平剪刀撑下，将其上方水平联系杆及斜向支撑、水平剪刀撑等格构柱连接件进行焊接。

格构柱钢材采用Q355B，焊缝外形均匀，焊渣和飞溅物清除干净。在完成格构柱连杆施工后，应随土方开挖在格构柱及其连杆上涂抹防锈漆。基础底板钢筋施工时，穿过格构柱主肢时不得破坏主肢结构，应采取截断主筋后采用钢筋补强的做法，补强钢筋数量及规格同截断钢筋，补强钢筋两侧各伸出格构柱1000mm。

格构柱间采用25号槽钢作为水平联系杆与斜向支撑及水平剪刀撑加固，且按照图纸施工，确保水平槽钢与底板、楼板、支撑等具有恰当的距离，斜撑、水平杆节点与楼板、支撑的预留洞口间位置合理，避免斜撑穿过楼板等结构无留洞区域。槽钢与格构柱间采用满焊，焊缝尺寸12mm。竖向斜撑与水平槽钢间宜保留200mm间距。

5 应用效果

在基坑内支撑施工至地下室负二层顶板以前无3 t以上材料吊装，且内支撑施工至地下室负二层顶板期间施工周期较长达到9个月，STT293型塔式起重机与STT553/STT783型塔式起重机月租金差异较大；在内支撑至车库负2层顶板间施工采用STT293型塔式起重机3台，在车库负2层顶板施工完成后更换成1台STT553、2台STT783型塔式起重机的换塔方案。

在围护内支撑及地下室施工阶段塔式起重机选型按以下两种方案。方案一：使用3台STT293型塔式起重机租赁使用9个月费用为160万元，塔式起重机进出场费用为30万元。方案二：使用2台STT783+1台STT553型塔式起重机租赁使用9个月费用为380万元。两种方案价格差为220万元，由于1号楼区域塔式起重机为两个塔式起重机基础，塔式起重机基础增加费用为29万元。经过对比以上两种方案选择换塔能减少161万元资金投入。

6 结论

在施工现场进行塔式起重机布置策划时，对于塔式起重机选型不仅考虑吊重情况，还应根据整体工期及各阶段需垂直运输材料重量来合理选择塔式起重机型号，对于工程施工成本控制带来很大提升效果。采用钢格构柱加钢筋混凝土组合式基础平台与换塔施工结合技术对于深基坑采用钢筋混凝土内支撑、钢结构+钢筋混凝土核心筒结构等工程具有很好的经济效益，对于施工效率也能带来很大的提升。换塔时间节点策划是采用此技术的关键因素。