劉祥

（中國核工業第二二建設有限公司，湖北 武漢  430050）

 

摘要：塔吊是工程建設中一種常用的特種設備，高層建筑塔吊基礎的安全是塔吊安全運行最重要的前提條件。在某高層建筑的實際施工中，因項目長時間停工和后期工程設計變更的影響，需要更換施工塔吊型號并對既有塔吊基礎進行改造與加固，結合實際工程案例，對塔吊基礎改造方案進行技術經濟類比分析，研究并采用開槽換芯、植筋加固、整體預埋等施工技術對既有塔吊基礎進行改造與加固。同類工程條件下，此改造與加固技術既符合安全環保、經濟節約的目標,又滿足降本增效的要求，對類似工程有一定的指導意義。

 

關鍵詞：塔吊基礎；技術經濟類比分析；改造與加固；經濟節約；降本增效 

中圖分類號：U414      文獻標識碼：B

 

0 引 言

　　塔吊作為重要的起重吊裝設備在我國建設工程領域得到廣泛的應用，高層建筑施工時，塔吊基礎的安全是保證塔吊運行安全的關鍵，在實際工程中，需要對原有塔吊基礎進行更換重筑或改造加固。對基礎整體拆除后重新澆筑，不僅費工費時，而且不符合經濟節約、安全環保的要求；在原有基礎上進行改造加固，能夠節省工期、減少基礎拆除與重新澆筑的工程量并能更好地保障施工過程的安全，符合綠色環保、經濟節約的要求。

 

1 工程概況

　　某項目2棟超高層建筑（45F）因長時間的停工，且項目后續實施的不確定性，為節省項目塔吊租賃成本，期間現場塔吊已拆除。停工16月后，項目重啟，項目由原設計的2棟45層超高層建筑變更為2棟32層高層建筑。項目部根據現場實際需求，綜合經濟節約、安全環保等綜合考慮，需要在原2臺QTZ80（TC6010）型塔吊基礎上安裝2臺QTZP100（PT6013FZ-6）型塔吊（臂長60m的加大型）以滿足工程施工中日常材料調運需要。檢查發現，原塔吊基礎的預埋螺栓因長期直接裸露在外并缺少有效的維護和保養，導致塔吊基礎的預埋螺桿銹蝕嚴重，經專業機構鑒定，原有塔吊基礎已不滿足新裝塔吊的安全運行，需要重新更換基礎或對既有基礎進行改造加固，以確保塔吊的安全運行。

 

2 塔式起重機基礎方案類比分析

2.1 塔吊基礎安全先決條件驗證

　　對照原QTZ80（TC6010）型塔吊基礎設計與新安裝的QTZP100（PT6013FZ-6）型塔吊基礎設計要求，兩種基礎的承臺尺寸設計均為5m×5m×1.35m，按照原有塔吊基礎設計，對新安裝的QTZP100（PT6013FZ-6）型塔吊進行驗算，原塔基設計仍能滿足新裝塔吊的安全要求。

2.2 塔吊基礎施工方案比選

2.2.1 方案一：重新更換并澆筑新基礎

　　13#A、B兩棟樓及附屬配套商業范圍內地下室已施工完成，根據工程現狀，項目現場不具備重新選位制作新塔吊基礎的條件，只能在原位拆除既有塔吊基礎（基礎承臺尺寸：5m×5m×1.35m）后，在原位重新澆筑新塔吊基礎。

2.2.2 方案二：在既有基礎上進行改造加固（預埋地腳螺栓型）

　　按照預埋螺栓式(PT6013F-6)塔吊基礎的要求,在原塔吊樁基承臺5m×5m×1.35m開凹槽，開鑿的凹槽深度從基礎頂面標高以下至少深1.2m，開鑿范圍2.2m×2.2m，取出原承臺銹蝕的預埋螺栓，重新按照塔吊使用說明書進行配套地腳螺栓預埋。

圖1 預埋螺栓型塔吊基礎承臺

2.2.3 方案三：在既有基礎上進行改造加固（預埋支腿型）

　　按照預埋支腿式(PT6013FZ-6)塔吊基礎的要求，在原塔吊樁基承臺5m×5m×1.35m開凹槽，凹槽開挖范圍2.2m×2.2m，按照塔吊使用說明書進行固定支腿預埋，為保證塔身標準節安裝的精度要求，支腿與塔吊的塔身基礎節連接后進行整體預埋，支腿預埋進基礎的深度為0.9m，設計開槽深度1.0m（支腿底座預留0.1m），防止因塔吊支腿底座設置在凹槽新舊混凝土的分界層形成薄弱處，以確保塔吊支腿的安全。

圖2 預埋支腿型塔吊基礎承臺

2.3 塔吊基礎方案技術經濟效益類比分析

　　方案一，不僅費工、費時，而且不滿足經濟、環保的要求，原基礎整體拆除過程中還存在較大安全隱患；方案二，對地腳螺栓預埋的精度要求較高，在混凝土重新澆筑過程中，預埋地腳螺栓定位的精度偏差不易控制，且新螺栓預埋深度達到1.2m，開挖量相對較大；方案三，與前面方案一、方案二進行比較，開挖和澆筑混凝土的量最小，且塔吊的安裝精度能夠有效的控制，采用此方案既經濟節約又安全環保。

　　綜合考慮，項目最終決定采用方案三對既有塔吊基礎進行改造與加固。

表1 塔吊基礎方案經濟效益類比分析表

3 塔吊基礎改造與加固的技術

3.1 技術準備

　　（1）塔吊基礎改造前，需對基礎進行力學驗算，且驗算結果必須滿足塔吊機安裝及運行的安全要求。

　　（2）基礎改造加固方案須征得設計單位的同意或由設計單位審查并提供指導意見。

　　（3）基礎改造方案需認真執行審批制度，并組織專家論證，確保方案能夠安全實施。

　　（4）方案實施前，必須對現場進行技術交底，確保作業人員理解方案實施要點。

圖3 塔吊基礎改造斷面圖

3.2 塔吊基礎改造與加固技術要點

　　采用技術方案三在原基礎預埋螺栓設置范圍進行開槽，經本項目設計單位審查并指導實施。開槽尺寸為2.2m×2.2m×1.0m（長×寬×深），形成凹型截面。整體吊放新塔吊（預埋支腿型）的基礎節和支腿至基礎凹槽內，初步調整塔吊支腿位置后，現場對凹槽四周內槽面（新舊混凝土結合面處）采用植筋的方式增設抗剪鋼筋，抗剪鋼筋采用Ф14@500mm（水平方向）梅花形布置,豎向設置三排，間距300mm，豎向第一排抗剪鋼筋按距承臺頂面以下200mm處設置，（見圖1：植筋錨固），植筋完成后對新舊混凝土結合面充分鑿毛后，清理基礎凹槽表面。對原5m×5m（長×寬）基礎承臺面層進行充分鑿毛，在原混凝土基礎承臺頂面四周用磚砌100mm高的磚胎膜，并雙向布置Ф22@170的鋼筋網片，凹槽內豎向拉結筋錨入承臺100mm加高區內，并與鋼筋網片連接。

 

4 塔吊基礎改造施工流程及技術措施

4.1 施工流程

　　原有塔吊基礎上開凹型槽→新裝塔吊的基礎節與支腿拼接、固定→塔吊基礎節與支腿整體吊放至基礎凹槽內→塔吊基礎節與支腿位置初調并進行臨時固定→基礎凹槽內壁四周植筋→基礎承臺頂面鑿毛→沿基礎承臺四周砌筑高100mm的磚胎膜→既有基礎承臺加高區雙向布置C22的鋼筋網片→檢查塔吊基礎節與支腿，并最終固定→混凝土澆筑并養護。

4.2 具體施工措施

4.2.1 在原基礎承臺上確定開槽范圍并放線定位，用混凝土切割機沿定位線進行切割，電錘進行開鑿，開鑿過程中用水準儀控制開鑿深度和平整度，同時對基礎開鑿漏出的拉筋進行保留。

4.2.2 塔吊基礎節與固定支腿連接成整體后進行整體吊裝預埋安裝，塔吊支腿通過手拉葫蘆和支腿下方埋設槽鋼或鋼管的方式相互配合進行初步固定。

 

圖4 基礎開槽與塔吊支腿吊裝就位

4.2.3 基礎承臺凹槽植筋技術

　　沿基礎凹槽內壁（新舊混凝土結合面處）四周采用植筋的方式增設抗剪鋼筋，抗剪鋼筋采用Ф14@500mm（水平方向）梅花形布置，豎向設置三排，間距300mm，豎向第一排抗剪鋼筋按距承臺頂面以下200mm處設置。

　　（1）植筋錨固計算

　　本次改造基礎新舊混凝土結合面，按照設計單位給出的建議，采取Ф14@500mm梅花形布置的抗剪鋼筋，并按照構造要求確定最小植筋錨固長度。

　　N_t^b = f_y A_s = 300N/mm²×153.86mm²= 46.16kN 

　　l_s = 0.2α_sptdf_y/f_bd = 0.2×1.0×14×300/3.7= 227mm 

　　l_d ≥ 0.2ψ_Nψ_∂e l_s

　　其中加大錨固深度系數

　　ψ_N=ψ_btψ_wψ_T = 1.15×1.1×1.0 =1.265

　　基礎混凝土強度高于C30，植筋修正系數ψ_∂e 取1.0。

　　l_d ≥ ψ_Nψ_∂el_s = 1.265×1.0×287=1.265，取值300mm。上式中：

　　N_t^b — 植筋鋼材抗拉強度設計值;

　　f_y  — 植筋用鋼筋的抗拉強度設計值;

　　A_s — 植筋用鋼筋的截面面積;

　　l_s — 植筋的基本錨固深度;

　　α_spt — 混凝土劈裂影響的計算系數;

　　d — 植筋用鋼筋的公稱直徑;

　　f_bd — 植筋膠粘劑的粘結強度設計值;

　　l_d — 植筋深度。

　　（2）植筋技術

　　筋采用強力型植筋膠（B型建筑結構膠），植筋深度為300mm，待植筋膠硬化且強度穩定(72小時)后，采用拉拔試驗確定植筋強度，其拉拔力需達到鋼筋的屈服強度且滿足達到鋼筋屈服強度時鋼筋位移不超過0.3mm。

　　①鉆孔：采用電錘在“凹”型鋼筋混凝土基礎，凹槽內壁按設計點位鉆直徑18mm的孔（孔徑比鋼筋直徑大3～5mm），孔深350mm；

　　②清孔：用空壓吸塵機將孔內灰塵清除干凈，并用面紗棒蘸取少量丙酮擦拭孔壁；

　　③鋼筋除銹：用除銹機對鋼筋植筋端頭區域進行打磨除銹；

　　④植筋膠配制：將植筋膠A、B組分按比例（根據產品說明書要求）混合并調合均勻，并在15min內使用完畢；

　　⑤植筋：采用膠槍將植筋膠填滿植筋孔，先用細鋼筋搗實，然后插入植筋用的鋼筋，過程中溢出少量膠體可用面紗塞緊封口同時保證植筋孔內干燥。

圖5 塔吊預埋節初調后植筋

　　（3）拉拔試驗

　　植筋72小時后，采用拉力計(千斤頂)對所植鋼筋進行非破壞性檢驗，采用連續加壓的方式，以勻速連續加載至設定荷載45kN，并持載1min。拉拔試驗加載方式見圖10，本次拉拔試驗對凹槽每內邊隨機抽取3根（規范要求抽檢數量按每種鋼筋的植筋數量的0.1%，且不應少于3根），共12根。拉拔試驗最大加載值 。

　　T= 0.95f_ykA_s = 0.95×300N/mm²×153.86mm²= 43.85kN 

　　本次取45kN。經檢測植筋強度滿足要求。

圖6 現場植筋拉拔試驗

圖7 基礎改造的鋼筋構造

4.2.4 新澆基礎鋼筋構造要求

　　為確保承臺新舊混凝土的整體性，需對原5m×5m（長×寬）承臺面層進行充分鑿毛，在原混凝土基礎承臺頂面四周用磚砌100mm高的磚胎膜，并雙向布置Ф22@170的鋼筋網片，凹槽內豎向拉結筋錨入承臺100mm加高區內，并與鋼筋網片連接。凹槽內豎向拉筋采用與原基礎同型號φ14鋼筋錯位搭（焊）接，且搭（焊）接長度不小于10d。承臺抬高100mm部分后續將與地下室地面找平、保護層持平。

4.2.5 基礎混凝土澆筑與養護

　　（1）基礎改造新舊混凝土結合面處理

　　為保證既有基礎改造新舊混凝土有效結合，提高混凝土的工作性和耐久性，在新舊混凝土結合面處進行處理：對基礎凹槽新舊混凝土結合處面層進行鑿毛，清除凹槽結合面松動的部分，對裸露的鋼筋進行除銹；清理混凝土表面碎屑、粉末；在新舊混凝土結合面涂一層界面劑，澆筑混凝土（摻微膨脹劑）且混凝土強度提高一個等級。

　　（2）混凝土澆筑與養護

　　基礎隱蔽驗收合格后，采用強度等級為C40微膨脹混凝土進行二次澆筑，期間采用接地扁鐵做好防雷接地預埋（接地電阻＜4歐姆），澆筑砼的過程中不得使塔吊支腳移位，用經緯儀動態控制固定支腿的偏差，允許偏差±2mm，基礎平整度誤差不超過1/1000。2小時內覆蓋兩層毛布，灑水養護。承臺二次澆筑混凝土養護15天或砼強度達到85%后才能進行塔吊基礎節以上部分的安裝。

圖8 新澆基礎混凝土養護

5 結 語

　　通過對某高層建筑的塔吊基礎方案進行類比分析，采用開槽換芯、植筋加固、支腿型塔吊整體預埋等技術對原有塔吊基礎進行改造與加固，可以節省工期，減少基礎拆除與重新制作的工程量，降低塔吊基礎改造過程中安全風險和對環境的影響，符合經濟節約，安全環保的要求，值得在類似工程設備基礎的改造與加固工程中推廣使用。

 

參考文獻

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[2] JGJ145—2013，混凝土結構后錨固技術規程［S].

[3] GB50010—2015，混凝土結構設計規范［S]．

[4] 田永,德孟曉宏.既有設備基礎改造方法及應用[J].建設科技,2016,37(7)：174-176.

 

作者簡介：劉祥，男，本科，工程師，從事土木與建筑工程施工技術研究。

（責任編輯：休魚）