复杂工况的塔式起重机基础设计及施工技术

在一般工程中，塔式起重机基础分为2种，一种是常规基础，即由厂家出具的配重式塔式起重机基 础；另外一种是根据工程实际情况因地制宜设计符合应用条件的起重机基础。国家会议中心二期项目施工中，针对复杂的周边环境及特殊工况，通过优化塔式起重机基础，满足了施工需求。

1　塔式起重机基础施工难点

1.1　工期紧

本工程结构总工期14个月，工程量大，在有限工期内需完成地下15万?㎡的钢筋混凝土结构及总重12.6万t的钢结构，地上钢结构施工总工期仅10个半月，峰值安装量达每月1.5万t，垂直运输压力非常大。在一般工程中，为考虑经济效益，土建施工期间会选择吊重较小的塔式起重机，待地上钢结构施工开始时再进行一次起重机拆装转换，将吊重较小的塔式起重机转换为满足钢结构吊装需求的大起重量塔式起重机，但受限于本工程的工期条件，没有多余时间进行塔式起重机转换，在最初立塔时即需考虑地上钢结构安装的全部需求，并确定钢结构构件的分段原则，按塔式起重机覆盖区域确定最大构件重量。在有限时间内确定前期的技术路线并策划总体部署，对管理人员提出了巨大挑战。

1.2　塔式起重机选型及布置难点

塔式起重机选型及布置时需综合考虑的因素包括：全部覆盖近9万m2的建设场地并同时满足土建结构及钢结构施工的需求；塔式起重机的起重量需结合钢结构安装方案并根据分段重量确定；塔式起重机总用电量需符合现场供电条件；群塔的水平及垂直布置；塔式起重机基础与主体结构的相互干涉、与周边在施项目塔式起重机的干涉等。

塔式起重机的选型及布置需结合工程总体策划及部署进行通盘考虑，在地上结构设计图纸相对不稳定，钢结构安装方案尚未确定的情况下，需充分推敲各细节，在多方面留出余量以应对日后可能出现的各种条件变化。

1.3　塔式起重机资源紧张

综合考虑各种因素，本工程选用12台大起重量塔式起重机（D2500及STT2630级别），此类型塔式起重机市场存量不多，大部分均服务于在施项目，其资源整合较困难。设备调集需根据施工计划多方协 调，甚至需要起重机生产厂家安排生产新设备以满足安装计划需求。

1.4　塔式起重机基础影响因素多

因本工程基坑周边情况复杂，无法布置塔式起重机，故只能将塔式起重机布置在基坑内。受结构工程桩、承台、柱帽、集水坑等影响，起重机说明书中给定的天然地基板式基础尺寸较大无法避开桩基、承台等结构，需缩小塔式起重机基础尺寸以避免影响结构基础施工；本工程天然地基的地耐力无法满足塔式起重机基础要求，也无法采用常规的配重式基础，需设计桩基+承台的基础形式。

2　塔式起重机的选型及布置

2.1　周边情况

本工程的基坑边线紧邻用地红线，在基坑周边没有布置塔式起重机的条件。北侧邻近在施项目亚洲基础设施投资银行，可能存在塔式起重机覆盖区域重合的情况，布置起重机时需考虑允许安全距离。因B25, B26地块中间大屯北路有无法导改的光缆，需设置钢桁架桥进行保护，由于该钢桥穿越基坑东西方向，布置塔式起重机时需加以避让。图1为基坑开挖时现场的总平面布置图。

图1　基坑开挖阶段的施工总平面

2.2　起重量及吊次分析

在塔式起重机的选型及布置时，需解决“吊得动”（起重量）和“吊得完”（吊次）两个问题。

本工程塔式起重机的起重量主要依据钢结构安装方案及构件的分段重量确定。根据本工程钢结构的特点及安装方案，确定钢构件的分段原则为吊装半径30?m处吊重30?t，按此基本原则进行塔式起重机的初步选型。

塔式起重机布置的数量根据总构件数，吊装效率及总工期等估算，其参考公式为：

式中： N 为塔式起重机台数（台）； T 为工期 （d）； m 为每天工作吊次； K 为时间利用系数，取0.8~0.9； Q _i 为各类物料的总吊运量（件或t）； P _i 为塔式起重机的每次吊运量（件/吊次或t/吊次）。

根据钢构件分段情况及土建工程施工分析，钢结构施工总吊次见表1。

表1　钢结构施工塔式起重机总吊次

根据图纸情况及施工方案，对不同施工阶段的塔式起重机方案进行方案比选，见表2。

表2　塔式起重机布置方案比选

综合考虑吊重及吊次工期的边界条件，确定使用12台塔式起重机（6台D1100+2台STT2200+2台STT2500+2台STT2630）可满足施工需求。

2.3　塔式起重机布置

2.3.1　塔式起重机的平面布置

塔式起重机的平面布置主要考虑施工区域全覆盖、避让或错开周边在施项目的塔式起重机覆盖范围、起重机基础避让主体承台基础集水坑等结构、起重机节段避让梁柱等主要构件等。

塔式起重机的覆盖范围还应考虑周边料场、钢筋加工厂、施工流水段的分配等，尽量满足每台起重机均有独立料场和钢筋加工厂，且尽量减少不同施工单位之间的起重机借用，以提高施工效率（图2）。

图2　塔式起重机平面布置

2.3.2　群塔错开高度布置

本工程共选用12台塔式起重机，为保证垂直方向大臂错开高度运行，在平面布置时避免4台塔式起重机交错，减小起重机的立塔高度，以缩减成本。各台起重机大臂主要在3个高度彼此错开且满足自立高度无需附着结构。在最低高度层的塔式起重机选择平头塔，其他可选择带塔帽的起重机。垂直布置情况如图3所示。

图3　不同阶段的塔式起重机垂直方向布置

（a）阶段1；（b）阶段2；（c）阶段3

2.4　塔式起重机用电量复核

塔式起重机型号及数量确定后应进行用电量复核，以确定现场临时供电情况是否满足条件。

本工程总用电量计算见表3。本最初进场时由建设单位提供5台630?kVA变压器，经核算现场临时用电容量不能满足要求，后经建设单位与供电局协调进行临时用电增容，增设2台630?kVA及1台500?kVA变压器，满足了现场施工需求。

表3　总用电量计算

3　塔式起重机基础设计

3.1　设计原则

（1）塔式起重机采用桩基承台基础，在避让主体结构基础桩承台、集水沟及下反柱帽的前提下，尽可能扩大塔式起重机基础以减小桩基深度，满足承载力要求并减小施工难度。

（2）塔式起重机基础桩采用与主体基础工程桩相同的桩径，在满足承载力要求的前提下，桩长尽量小于正式工程桩，以降低施工难度。使用相同机械及工艺，以便同时施工。

（3）若塔式起重机基础覆盖主体工程桩，可采用基础桩代替工程桩，在满足设计要求的同时还可节省成本。

（4）按包络设计原则，塔式起重机基础尽可能采用相同的承台尺寸，相同的桩径及桩长，以降低施工难度。

3.2　设计思路

以2号塔式起重机基础为例，其基础周边情况如图4所示。

图4??2号塔式起重机基础周边情况

（1）2号塔式起重机基础避让2个柱帽后尺寸为8?m×8?m，起重机基础范围内覆盖4根抗拔桩， 图4中标注的6根起重机桩（实心填充）可替代4根工程桩。其他塔式起重机基础桩也采用相同的替代 原则。

（2）综合考虑12台塔式起重机的具体情况，将其承台基础统一为2种尺寸，即8?000?mm×8?000mm× 2?700?mm，6?800?mm×6?800?mm×2?700?mm，塔式起重机基础桩桩径与工程桩相同，分2种桩径，即600?mm 和1?000?mm。平面尺寸为8?000?mm×8?000?mm的承台配9根桩径1?000?mm的基础桩，平面尺寸6?800?mm×6?800?mm的承台配16根桩径为600?mm 的基础桩。

（3）按上述原则，根据各台塔式起重机所处位置的地质情况进行承载力计算，确定桩长及桩侧后压浆参考值。根据计算结果确定了12台塔式起重机基础的设计参数（表4）。

表4 　塔式起重机基础设计参数

4　结束语

国家会议中心二期项目施工用塔式起重机数量多，吊重大且工况复杂，通过考虑多种影响因素，采用桩基承台的塔式起重机基础形式，减小了基础尺寸，避免了对主体结构的影响。

采用塔式起重机基础桩代替正式工程桩，降低了施工难度，节约了成本。将塔式起重机基础防水与结构底板防水连为整体，满足了紧张的工期要求保证及防水质量，降低了施工难度，缩短了施工工期并节约了施工成本。