塔吊基础创新布置技术在装配式项目中的应用

2020-03-18周星中段运华

建筑施工 2020年11期

周星中段运华

广城建设集团有限公司浙江温州 325000

起重机械是现代化工业生产之中必不可少的起重设备。近年来，塔式起重机（以下简称“塔吊”）得到越来越广泛的应用，其作业环境和工作过程都较为复杂，危险性也较大，而塔吊基础则是影响塔吊整体稳定性非常重要的因素。目前，我国的建筑工程用塔吊普遍采用的形式为固定式基础，即先施工基础承台，然后在承台的混凝土内直接预埋塔吊的安装底脚，考虑到底脚长度的关系，基础厚度一般在1 200 mm以上。这种形式的塔吊基础需要消耗大量的钢筋和混凝土等材料，在工程完工时则要费时费工地去凿除承台基础，且产生大量无法回收利用的废弃物。

当下，轻量化与重复使用是塔吊基础的发展趋势，其要求安拆便利，且社会与经济效益明显。为克服传统的塔吊基础所存在的类似弊端以及满足上述的技术要求，最终的趋势将是塔吊基础的预制集成化。

岳晨曦等[1]针对目前传统塔吊基础（即现浇钢筋混凝土的固定式塔吊基础）的缺陷，根据塔吊基础的相关设计要求，提出了预制拼装混凝土多用塔吊基础的概念，并通过优化设计与力学分析，得出成本低廉、受力科学、可反复利用的组装式塔吊基础，弥补了固定式塔吊基础的系列不足。邓阳等[2]在保证塔吊稳定性的要求下，提出了塔吊桩结合承台基础、独立基础、拼装式预应力混凝土基础等塔吊基础3种不同的设计形式。通过分析以上3种形式的结构特点，测算了人、机、料等成本，从而选出塔吊基础最优的设计方案。王军平[3]针对现浇固定混凝土塔吊基础与预制拼装式塔吊基础的特点进行了对比分析，指出预制拼装式塔吊基础在成品生产、工地安装、成本、绿色施工等方面拥有较多的优点，如：采用标准化工厂生产模式，成品质量较高；工地安装的时间短、工效高；可回收利用，造价低；不污染周边环境；对地基的承载力特征值要求不高。赵坚[4]为满足建筑项目在深基坑以及主体结构阶段不同型号塔吊的需求，提出了一个先后供2台塔吊使用安装的基础施工方法，即同时预埋2台塔吊的锚栓，或1台塔吊锚栓、1台塔吊基础节，取得了较好的经济效益。

本文在总结相关学者研究成果的基础上，借鉴超高层、装配式建筑“一基二用”布置思路，结合实际装配式项目的塔吊基础设置案例，经多方案综合考虑，最终采取了前期布置小塔吊、后期布置重型塔吊的方式，共用基础，分阶段转换，从而节约塔吊使用成本。

1 工程概况

案例工程位于浙江省宁波市，项目总建筑面积约65 970 m2，其中地上建筑面积48 286 m2，地下建筑面积17 684 m2。项目地上建筑主要为6幢19～20层、剪力墙结构的装配式高层住宅，1幢1层社区用房以及1幢1层的物业经营用房与公变房。本工程6幢高层单体均采用装配式建筑形式，设计要求构件预制率不低于25%。工程桩基采用静钻根植竹节桩。

2 塔吊基础优化布置的必要性

本工程为预制装配式建筑，在前期桩基础施工阶段及后期高层施工时的构件吊装阶段，均需要利用塔吊进行物资吊运或构件吊装施工。但这2个阶段对塔吊的吊重要求有所不同，即：前期桩基础施工阶段主要是针对小型构件或物资等，对塔吊的吊重要求相对较低，而后期大型预制构件吊装阶段则对塔吊的吊重要求较高。因此，如何在保证施工安全的前提下，合理地进行塔吊基础优化布置，以适应前后期施工阶段不同的吊装工况，从而节约施工成本，是保证项目效益的重要内容。根据实际塔吊配备情况，结合设计要求、合同条件及租赁费用等因素，本工程塔吊基础布置优化的必要性具体表现如下：

1）本工程地上6幢高层均采用装配式施工，预制梁、柱等构件的单体质量较大，必须采用QTZ250以上型号塔吊方能满足吊装要求，而公司自有的QTZ80、QTZ63等塔吊型号的起重量远不能满足现场构件的吊装要求。根据市场调查，QTZ250以上塔吊的租赁费用较高，这对于项目成本节约非常不利。

2）根据项目招标文件，垂直运输费的费率均是基于QTZ80塔吊台班费组价计算，同期的信息价中无QTZ250以上塔吊可供调差，且按合同的要求，该项费用属于包干价，无法调差。

3）根据本工程特点，如采用基础阶段布置小型塔吊、主体PC吊装阶段更换为大型塔吊的方案，则预计仅塔吊租赁费用即可节约200余万元。

3 优化方案比选及确定

本工程塔吊基础计划设置于地下室顶板上，采用组合格构式基础形式，主体装配式构件主要在6层以上使用，采用大型塔吊进行吊装，基础阶段则使用小型塔吊，以利于塔吊基础安全。为此，项目部围绕塔吊基础“一基二用”的思路，结合类似做法，运用头脑风暴法展开专题讨论，共提出了3个方案，并从技术可行性、经济合理性、时间性、对其他工序的影响等方面，进行了综合比选。

3.1 方案一：共用基础预埋节

共用基础预埋节方案，即由厂家定制一种能够同时满足大塔吊和小塔吊安装的基础预埋节，该方案的设计与实景如图1所示。

图1 共用基础预埋节方案

方案一的具体分析如下：

1）技术可行性：前期需一次性定制加工全套预埋基础节，一次预埋成形即可。

2）经济合理性：单次成本3.2万元，无法摊销。

3）时间性：需定制，等待周期约1个月。

4）对其他工序的影响：因属定制品，不同厂家大小塔基础节不能通用，前期即需确定后期大塔吊的具体型号。

3.2 方案二：预埋支腿结合使用转换节

预埋支腿结合使用转换节方案，即在塔吊基础安装时预埋大塔吊基础支腿节，如图2所示，前期小塔吊使用时采用定制转换节，后期大塔吊使用时则拆除转换节，使用预埋的大塔吊基础支腿节。

图2 大塔吊基础支腿节

方案二的具体分析如下：

1）技术可行性：前期需一次性定制加工转换节，一次性预埋成形即可。

2）经济合理性：单次使用成本4.9万元，包括基础支腿1.9万元，转换节3万元，可周转摊销。

3）时间性：转换节需定制，等待周期约1.5个月。

4）对其他工序的影响：因属定制品，不同厂家基础节如无原始技术参数可能导致转换节不通用，前期即需确定后期大塔吊的具体型号。

3.3 方案三：一次性同步预埋地脚螺栓

一次性同步预埋地脚螺栓方案，即在塔吊基础安装时，一次性同步预埋大塔吊的φ56 mm×1 500 mm高强地脚螺栓以及小塔吊的φ39 mm×1 050 mm高强地脚螺栓，如图3所示，前期小塔吊使用结束后割除相应螺杆，安装大塔吊。

图3 一次性同步预埋地脚螺栓

方案三的具体分析如下：

1）技术可行性：前期需一次性预埋大小塔吊的地脚螺栓，后续大塔吊可根据预埋螺栓定位定制底节。

2）经济合理性：单次使用成本1.31万元，无法摊销。

3）时间性：无需定制，螺杆有库存，可直接预埋。

4）对其他工序的影响：无需定制，根据原厂提供的预埋螺栓定位，前期小塔吊预埋螺栓需精确定位，后期大塔吊型号如未确定可先预埋螺杆，后期大塔吊定制专用底节，较灵活。

3.4 方案比选结果

方案一虽然使用方便，但价格较高，无法周转使用；方案二的转换节可周转使用，但基础节只能使用一次，无法重复使用，且价格也较高；方案三价格最低，进度也能够满足现场需求，但需解决大小塔吊共48枚螺杆预埋定位的尺寸兼容问题，同时，地脚螺栓也需定期检查其有无松动情况。

经过价值工程比选，综合考虑进度需求、安全性、可行性及现场实际情况，最终确认方案三为最佳实施方案。

4 方案实施要点

4.1 大小塔吊的预埋螺栓布置优化

本工程大小塔吊的预埋螺杆共计48枚，在基础上一次性预埋时必须避免碰撞问题的发生。

1）小塔吊螺杆采用旋转45°布置。本工程前期采用的QTZ80塔吊标准节宽度为1.6 m，后期采用的QTZ250以上塔吊标准节宽度为2 m。若采用回形布置，则会造成大小塔吊螺杆无法安装，通过多方咨询、反复论证，最终决定采用大塔吊预埋螺杆正置，小塔吊预埋螺杆旋转45°布置的方式，同时，要求小塔吊在达到最大独立安装高度前完成拆除，否则因旋转45°后将无法安装附墙架。

2）对影响大塔吊底节安装的小塔吊螺杆进行割除。本工程后期采用的QTZ250以上塔吊需定制底节，该定制底节的4条支腿间采用角钢连接成整体，小塔吊螺杆因45°旋转布置，同大塔吊基础节的水平连接角钢存在冲突，因此，在小塔吊拆除后、大塔吊安装前，需要对小塔吊的基础螺杆进行切割处理，如图4所示。

图4 小塔吊基础螺杆切割处理

4.2 预埋螺栓的精度控制

为保证预埋螺栓定位精度，本工程采用定位胎架进行控制。定位胎架的制作质量将直接影响到螺杆的预埋精度。

1）按厂家说明书要求加工定位胎架，如图5所示，根据厂家提供的螺杆尺寸、技术要求及项目的深化图纸，安排安装单位对胎架的制作质量进行控制。

图5 定位胎架实景

2）在安装之前对定位胎架进行测量，确保满足设计要求。定位胎架的主体由两大部分组成：第一部为小塔吊基础的螺栓定位胎架，第二部位为大塔吊基础底节及定位框。小塔吊定位胎架与大塔吊基础底节之间增加固定角铁，定位准确后再采用焊接固定。

4.3 塔吊基础的安全性保证

受桩基、地下室底板、顶板、支撑梁等位置影响，本工程可允许补充设置的塔吊空间非常狭窄，最终确定承台的设计尺寸为4.6 m×4.6 m×1.5 m，在同类大型塔吊基础中尺寸较小，且旋转45°布置塔吊，属非常规做法，必须保证其安全性。

1）对本工程塔吊基础在基坑开挖阶段、小塔吊旋转布置、大塔吊最大独立安装高度工作等不同工况下的可靠性进行研究，采用不同软件进行验算，最终合理地确定塔吊基础尺寸。

2）邀请塔吊基础方面的权威专家对本工程的塔吊基础方案进行技术可行性论证，确保塔吊基础安全可靠，并根据专家意见对塔吊基础方案进行修改完善。

4.4 安装工人的操作水平提升

塔吊基础施工涉及木工、钢筋工、电工、电焊工等多工种以及安装分包队伍，加强作业人员管理是保证本工法实施成功的关键。

1）在小塔吊安装前、拆除前以及大塔吊安装前，项目部对所有管理人员、作业人员进行安全、技术交底与培训，确保现场所有的管理人员及技术人员均掌握塔吊基础转换操作要求。

2）要求安装人员人证合一，由安拆分包的项目负责人现场带班，确保操作符合规范要求。

5 方案实施效果

目前，项目已完成4台塔吊的全部大小塔转换，塔吊使用正常，经第三方风控单位评估，塔吊均处于安全、可靠状态。

小塔吊在旋转布置、最大独立安装高度工况下，大塔吊在附墙工况下，成功抵御多次超强台风袭击，在安装与使用期间，塔吊基础未发生开裂、沉降等安全事故。

本工程塔吊使用周期预计为18个月，如按常规装配式项目4台QTZ250或QTZ315塔吊布置，费用预计约544万元。采用“一基二用”大小塔转换后：4台QTZ80塔吊使用周期11个月，费用为78万元；现场主体阶段进行预制构件吊装前对塔吊布置进行二次优化，实际采用2台QTZ315大塔吊组合2台QTZ160中型塔吊，费用为200万元。因此，实际成本合计为278万元。由此可知，通过塔吊基础“一基二用”布置优化，项目共计节约塔吊使用成本约266万元。