高維權(quán)

(中國(guó)鐵建股份有限公司 北京 100855)

1 引言

塔吊基礎(chǔ)目前常用的有板式、樁式基礎(chǔ)、組合式基礎(chǔ)，傳統(tǒng)塔吊施工周期長(zhǎng)，無(wú)法周轉(zhuǎn)使用。黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項(xiàng)目，占地面積606.75畝，共建設(shè)多層住宅樓房101棟，磚混結(jié)構(gòu)，其中4層復(fù)式38棟，4＋1多層34棟，5＋1多層電梯房37棟，共2 258戶，約306 000 m2。

黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項(xiàng)目特點(diǎn)是單體樓棟多，塔吊需求量大。本工程針對(duì)預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)立項(xiàng)研究，從實(shí)地考察、設(shè)計(jì)計(jì)算和理論分析方面出發(fā)，制定切實(shí)可行的裝配式塔吊基礎(chǔ)方案。黃河灘區(qū)居民遷建住宅樓項(xiàng)目規(guī)劃每?jī)蓷潣且慌_(tái)塔吊，考慮塔吊在3個(gè)地塊之間周轉(zhuǎn)，計(jì)劃共投入塔吊33臺(tái)，租賃裝配式塔吊基礎(chǔ)33組，每組裝配式塔吊基礎(chǔ)考慮2～3次周轉(zhuǎn)。裝配式塔吊基礎(chǔ)具有安拆方便，施工工期短，周轉(zhuǎn)使用，均攤費(fèi)用低，有利于環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，具有很好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

2 裝配式塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案

2.1 塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及型號(hào)選用

項(xiàng)目開(kāi)工時(shí)，通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)QTZ50塔吊，能滿足工程實(shí)際施工需要，但是采用哪種預(yù)制混凝土構(gòu)件能夠滿足塔機(jī)基礎(chǔ)的抗傾覆力[1]要求是考慮的重點(diǎn)。為此在確定塔機(jī)型號(hào)后，對(duì)預(yù)制裝配式塔吊基礎(chǔ)進(jìn)行了抗傾覆驗(yàn)算[2]。主要通過(guò)下列公式計(jì)算:

式中，Mstb為預(yù)制塔機(jī)基礎(chǔ)抵抗傾覆的力矩值(kN·m)；Mdst為塔式起重機(jī)作用在基礎(chǔ)上的傾覆力矩值(kN·m)；l0為預(yù)制塔機(jī)基礎(chǔ)最小的抗傾覆力臂(mm)；b0為基礎(chǔ)端件的寬度(mm)；l為預(yù)制塔機(jī)基礎(chǔ)底面的長(zhǎng)度(mm)。

經(jīng)過(guò)上式計(jì)算后，采用QTZ50塔吊在吊起10 kN的重物時(shí)的抗傾覆力矩值為1 026.9 kN·m；非工作狀態(tài)下傾覆力矩值為1 193.9 kN·m，滿足本工程的使用，為此我們選擇了由13件預(yù)制混凝土構(gòu)件組成的塔吊基礎(chǔ)?；A(chǔ)放線如圖1所示，塔吊基礎(chǔ)構(gòu)件吊裝如圖2所示。

圖1 基礎(chǔ)墊層放線圖

圖2 砼構(gòu)件吊裝示意圖

2.2 鋼絞線選用

預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)由多個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件組成，通過(guò)鋼絞線張拉而形成一個(gè)整體。鋼絞線張拉時(shí)需要采用多大的張拉力，選用何種規(guī)格的鋼絞線以及鋼絞線的根數(shù)等需要通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算來(lái)確定。

2.2.1 鋼絞線預(yù)應(yīng)力值計(jì)算

根據(jù)《混凝土預(yù)制拼裝塔機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(JGJT 197-2010)第4.2.8條設(shè)計(jì)要求，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)拼裝連接索[3]施加的有效預(yù)應(yīng)力，依據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算:

式中，σpe為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力(N/mm2)；σcon為預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉控制應(yīng)力(N/mm2)，可取σcon＝0.55fptk，fptk為預(yù)應(yīng)力鋼絞線強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(N/mm2)；σl為預(yù)應(yīng)力鋼絞線的預(yù)應(yīng)力損失值，σl取200 N/mm2。

通過(guò)運(yùn)用上式，計(jì)算出在施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，鋼絞線的張拉力為100～120 kN，相當(dāng)于0.45～0.55fptk，僅為屈服強(qiáng)度的一半，完全處于彈性工作狀態(tài)，在錨固兩端間不會(huì)產(chǎn)生塑性變形。

2.2.2 鋼絞線截面尺寸及數(shù)量的計(jì)算

根據(jù)《混凝土預(yù)制拼裝塔機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(JGJT 197-2010)第4.2.8條設(shè)計(jì)要求，預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積和根數(shù)可按照下列公式計(jì)算:

式中，Ap為預(yù)應(yīng)力鋼絞線截面面積(mm2)；Mmax為預(yù)制塔機(jī)基礎(chǔ)梁截面內(nèi)的最大彎矩設(shè)計(jì)值(kN·m)；σ′pe為考慮拼接縫影響，經(jīng)折減后的有效預(yù)應(yīng)力(N/mm2)，σ′pe＝0.85σpe；h0為預(yù)制塔機(jī)基礎(chǔ)梁的有效高度，取基礎(chǔ)截面頂部到下部鋼絞線合力點(diǎn)的距離(mm)；n為基礎(chǔ)底部預(yù)應(yīng)力鋼絞線數(shù)量(根)，取整數(shù)；Apl為單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線的截面面積(mm2)。

經(jīng)過(guò)上式計(jì)算，本工程采用1860級(jí)鋼絞線[4]，鋼絞線為直徑15.2 mm，面積為107.7 mm2；用預(yù)應(yīng)力鋼絞線將中心件、過(guò)渡件、端件串聯(lián)相扣在一起，構(gòu)件上部預(yù)應(yīng)力鋼絞線雙向4根，下部雙向10根。

2.3 預(yù)制混凝土構(gòu)件張拉技術(shù)

為了提高預(yù)制混凝土構(gòu)件鋼絞線的張拉質(zhì)量，項(xiàng)目部經(jīng)過(guò)調(diào)查、討論，決定采用的張拉設(shè)備由前卡式千斤頂和電動(dòng)油泵配合使用，通過(guò)工作把錨固件中的鋼絞線力量增加來(lái)賦予預(yù)應(yīng)力數(shù)值。在張拉過(guò)程中，首先是把千斤頂和壓力表進(jìn)行配對(duì)，因?yàn)椴煌膲毫Ρ硭w現(xiàn)的壓力值是不同的，張拉時(shí)按標(biāo)定的千斤頂和壓力表配套使用；其次是校正的作用，因?yàn)橛绊戇@兩個(gè)運(yùn)作的因素很多，特別是千斤頂和油泵。本工程預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)采用了無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力工藝[5]，將塊狀的混凝土構(gòu)件連接組合成受力整體，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋[6]采用高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線，強(qiáng)度可達(dá)到1 860 MPa，但每束直徑15.2 mm，其固定端和張拉端采用OVM系列夾片錨[7]。鋼束張拉時(shí)，必須對(duì)稱進(jìn)行，以構(gòu)件中線對(duì)稱左、右鋼束之差不得超過(guò)一束，并按先中間后兩邊的順序進(jìn)行。

2.4 預(yù)制混凝土構(gòu)件合龍拼裝技術(shù)

2.4.1 混凝土構(gòu)件編號(hào)

本工程采用的預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)是由13件預(yù)制混凝土構(gòu)件組成，分別是由1件十字型中心件(置于預(yù)制塔機(jī)基礎(chǔ)中心部位十字型混凝土預(yù)制件[8])，4件過(guò)渡件(擴(kuò)展預(yù)制塔吊基礎(chǔ)長(zhǎng)度的混凝土預(yù)制件)，4件端件(預(yù)制塔機(jī)基礎(chǔ)端部的混凝土預(yù)制件)，4件配重件(擱置于過(guò)渡件、端件之間的用于抗傾覆的混凝土預(yù)制件)。十字型中心件編號(hào)為1號(hào)構(gòu)件，過(guò)渡件編號(hào)分別為2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)構(gòu)件，端件編號(hào)分別為6號(hào)、7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)構(gòu)件，配重件標(biāo)號(hào)分別為10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)構(gòu)件。如圖3所示。

圖3 混凝土構(gòu)件編號(hào)示意圖

2.4.2 提高混凝土構(gòu)件的安裝定位精準(zhǔn)度

塔吊基礎(chǔ)對(duì)于地基承載力的要求極高，所以對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的安裝精度必須嚴(yán)格控制。針對(duì)這一問(wèn)題，利用BIM技術(shù)對(duì)塔吊安裝定位全過(guò)程進(jìn)行模擬[9]，同時(shí)配備多名專職測(cè)量人員，應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行快速定位，用全站儀將各個(gè)混凝土構(gòu)件的位置進(jìn)行多次復(fù)核[10]，保證混凝土構(gòu)件[11]的位置準(zhǔn)確無(wú)誤。

2.4.3 合龍拼裝

采用25 t汽車吊吊裝1號(hào)構(gòu)件，將其安裝在事先測(cè)放好的放樣點(diǎn)上，對(duì)準(zhǔn)墊層中心線十字線；然后依次吊裝2號(hào)構(gòu)件、3號(hào)構(gòu)件、4號(hào)構(gòu)件、5號(hào)構(gòu)件，將其與1號(hào)構(gòu)件對(duì)準(zhǔn)拼裝；其次吊裝6號(hào)構(gòu)件、7號(hào)構(gòu)件、8號(hào)構(gòu)件、9號(hào)構(gòu)件，將其與對(duì)應(yīng)的過(guò)渡件對(duì)準(zhǔn)拼裝；最后吊裝10號(hào)構(gòu)件、11號(hào)構(gòu)件、12號(hào)構(gòu)件、13號(hào)構(gòu)件，將其安裝在對(duì)應(yīng)的過(guò)渡件和端件上。在吊裝過(guò)應(yīng)注意起吊時(shí)的繩索與構(gòu)件水平夾角不宜小于45°，并利用砂滑動(dòng)層，定位預(yù)制構(gòu)件的凹件和凸件緊密吻合，保證預(yù)制件的中心件的中心位置與軸線重合，拼裝連接索張拉首先應(yīng)進(jìn)行合龍張拉，待拼裝構(gòu)件完全合龍后再正式進(jìn)行逐根對(duì)稱張拉，在張拉過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制油泵壓力值，讀數(shù)偏差不得大于0.5 MPa，張拉后，各預(yù)制件的拼裝應(yīng)嚴(yán)密。在拼裝連接索的錨具及保留的鋼絞線外漏部分涂覆油脂和其他可清洗的防腐材料，并設(shè)置全密封保護(hù)套。

3 裝配式塔吊基礎(chǔ)安裝施工技術(shù)

3.1 工藝流程(見(jiàn)圖4)

圖4 施工工藝流程

(1)確定地基承載力:地基承載力要求應(yīng)不小于80 kN/m2，滿足塔機(jī)基礎(chǔ)承載力要求。

(2)確定塔機(jī)位置:根據(jù)施工平面布置圖采用GPS確定塔機(jī)安裝位置。

(3)測(cè)量、放線:開(kāi)挖前用全站儀放出基坑周圍四點(diǎn)，用石灰撒出開(kāi)挖線，開(kāi)挖深度20 cm，基坑平面尺寸8.6 m×8.6 m，每邊工作面30 cm。

(4)澆筑混凝土墊層:夯實(shí)基坑后，裝配式塔吊基礎(chǔ)墊層平面尺寸為8 m×8 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C15，厚200 mm。

3.2 裝配式塔吊基礎(chǔ)安裝

(1)吊裝各預(yù)制件及合龍:先用汽車吊吊裝十字形中心件，使十字形中心件中心對(duì)準(zhǔn)墊層中心線，再按照裝配式塔吊基礎(chǔ)安裝說(shuō)明依次吊裝過(guò)渡件、端件，吊裝過(guò)程中起吊時(shí)的繩索與構(gòu)件水平面夾角不宜小于45°，并利用砂滑動(dòng)層，定位預(yù)制構(gòu)件的凹件和凸件緊密吻合，保證預(yù)制件的中心位置與軸線重合。

(2)穿鋼絞線及張拉:拼裝連接索張拉首先應(yīng)進(jìn)行合龍張拉，待拼裝構(gòu)件完全合龍后再正式進(jìn)行逐根對(duì)稱張拉，在張拉過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制油泵壓力值，讀數(shù)偏差不得大于0.5 MPa，張拉后，各預(yù)制件的拼裝應(yīng)嚴(yán)密。在拼裝連接索的錨具及保留的鋼絞線外漏部分涂覆油脂和其他可清洗的防腐材料，并設(shè)置全密封保護(hù)套[12]。

(3)吊裝配重件:用汽車吊吊裝配重件，配重件擱置在基礎(chǔ)邊緣，配重件中部應(yīng)懸空，并與基礎(chǔ)可靠連接，配重件必須到達(dá)設(shè)計(jì)要求的總重量。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力裝配式塔吊基礎(chǔ)施工技術(shù)研究，針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行分析計(jì)算，選擇合理的塔吊型號(hào)和鋼絞線規(guī)格，通過(guò)BIM技術(shù)建立預(yù)制混凝土構(gòu)件模型和模擬合龍安裝施工技術(shù)，保證了現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制構(gòu)件安裝的精準(zhǔn)度，有效減少安裝偏差，縮短了施工時(shí)間，且預(yù)制構(gòu)件可以反復(fù)多次使用，大大降低了成本，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。