刘祥

（中国核工业第二二建设有限公司，湖北 武汉  430050）

 

摘要：塔吊是工程建设中一种常用的特种设备，高层建筑塔吊基础的安全是塔吊安全运行最重要的前提条件。在某高层建筑的实际施工中，因项目长时间停工和后期工程设计变更的影响，需要更换施工塔吊型号并对既有塔吊基础进行改造与加固，结合实际工程案例，对塔吊基础改造方案进行技术经济类比分析，研究并采用开槽换芯、植筋加固、整体预埋等施工技术对既有塔吊基础进行改造与加固。同类工程条件下，此改造与加固技术既符合安全环保、经济节约的目标,又满足降本增效的要求，对类似工程有一定的指导意义。

 

关键词：塔吊基础；技术经济类比分析；改造与加固；经济节约；降本增效 

中图分类号：U414      文献标识码：B

 

0 引 言

　　塔吊作为重要的起重吊装设备在我国建设工程领域得到广泛的应用，高层建筑施工时，塔吊基础的安全是保证塔吊运行安全的关键，在实际工程中，需要对原有塔吊基础进行更换重筑或改造加固。对基础整体拆除后重新浇筑，不仅费工费时，而且不符合经济节约、安全环保的要求；在原有基础上进行改造加固，能够节省工期、减少基础拆除与重新浇筑的工程量并能更好地保障施工过程的安全，符合绿色环保、经济节约的要求。

 

1 工程概况

　　某项目2栋超高层建筑（45F）因长时间的停工，且项目后续实施的不确定性，为节省项目塔吊租赁成本，期间现场塔吊已拆除。停工16月后，项目重启，项目由原设计的2栋45层超高层建筑变更为2栋32层高层建筑。项目部根据现场实际需求，综合经济节约、安全环保等综合考虑，需要在原2台QTZ80（TC6010）型塔吊基础上安装2台QTZP100（PT6013FZ-6）型塔吊（臂长60m的加大型）以满足工程施工中日常材料调运需要。检查发现，原塔吊基础的预埋螺栓因长期直接裸露在外并缺少有效的维护和保养，导致塔吊基础的预埋螺杆锈蚀严重，经专业机构鉴定，原有塔吊基础已不满足新装塔吊的安全运行，需要重新更换基础或对既有基础进行改造加固，以确保塔吊的安全运行。

 

2 塔式起重机基础方案类比分析

2.1 塔吊基础安全先决条件验证

　　对照原QTZ80（TC6010）型塔吊基础设计与新安装的QTZP100（PT6013FZ-6）型塔吊基础设计要求，两种基础的承台尺寸设计均为5m×5m×1.35m，按照原有塔吊基础设计，对新安装的QTZP100（PT6013FZ-6）型塔吊进行验算，原塔基设计仍能满足新装塔吊的安全要求。

2.2 塔吊基础施工方案比选

2.2.1 方案一：重新更换并浇筑新基础

　　13#A、B两栋楼及附属配套商业范围内地下室已施工完成，根据工程现状，项目现场不具备重新选位制作新塔吊基础的条件，只能在原位拆除既有塔吊基础（基础承台尺寸：5m×5m×1.35m）后，在原位重新浇筑新塔吊基础。

2.2.2 方案二：在既有基础上进行改造加固（预埋地脚螺栓型）

　　按照预埋螺栓式(PT6013F-6)塔吊基础的要求,在原塔吊桩基承台5m×5m×1.35m开凹槽，开凿的凹槽深度从基础顶面标高以下至少深1.2m，开凿范围2.2m×2.2m，取出原承台锈蚀的预埋螺栓，重新按照塔吊使用说明书进行配套地脚螺栓预埋。

图1 预埋螺栓型塔吊基础承台

2.2.3 方案三：在既有基础上进行改造加固（预埋支腿型）

　　按照预埋支腿式(PT6013FZ-6)塔吊基础的要求，在原塔吊桩基承台5m×5m×1.35m开凹槽，凹槽开挖范围2.2m×2.2m，按照塔吊使用说明书进行固定支腿预埋，为保证塔身标准节安装的精度要求，支腿与塔吊的塔身基础节连接后进行整体预埋，支腿预埋进基础的深度为0.9m，设计开槽深度1.0m（支腿底座预留0.1m），防止因塔吊支腿底座设置在凹槽新旧混凝土的分界层形成薄弱处，以确保塔吊支腿的安全。

图2 预埋支腿型塔吊基础承台

2.3 塔吊基础方案技术经济效益类比分析

　　方案一，不仅费工、费时，而且不满足经济、环保的要求，原基础整体拆除过程中还存在较大安全隐患；方案二，对地脚螺栓预埋的精度要求较高，在混凝土重新浇筑过程中，预埋地脚螺栓定位的精度偏差不易控制，且新螺栓预埋深度达到1.2m，开挖量相对较大；方案三，与前面方案一、方案二进行比较，开挖和浇筑混凝土的量最小，且塔吊的安装精度能够有效的控制，采用此方案既经济节约又安全环保。

　　综合考虑，项目最终决定采用方案三对既有塔吊基础进行改造与加固。

表1 塔吊基础方案经济效益类比分析表

3 塔吊基础改造与加固的技术

3.1 技术准备

　　（1）塔吊基础改造前，需对基础进行力学验算，且验算结果必须满足塔吊机安装及运行的安全要求。

　　（2）基础改造加固方案须征得设计单位的同意或由设计单位审查并提供指导意见。

　　（3）基础改造方案需认真执行审批制度，并组织专家论证，确保方案能够安全实施。

　　（4）方案实施前，必须对现场进行技术交底，确保作业人员理解方案实施要点。

图3 塔吊基础改造断面图

3.2 塔吊基础改造与加固技术要点

　　采用技术方案三在原基础预埋螺栓设置范围进行开槽，经本项目设计单位审查并指导实施。开槽尺寸为2.2m×2.2m×1.0m（长×宽×深），形成凹型截面。整体吊放新塔吊（预埋支腿型）的基础节和支腿至基础凹槽内，初步调整塔吊支腿位置后，现场对凹槽四周内槽面（新旧混凝土结合面处）采用植筋的方式增设抗剪钢筋，抗剪钢筋采用Ф14@500mm（水平方向）梅花形布置,竖向设置三排，间距300mm，竖向第一排抗剪钢筋按距承台顶面以下200mm处设置，（见图1：植筋锚固），植筋完成后对新旧混凝土结合面充分凿毛后，清理基础凹槽表面。对原5m×5m（长×宽）基础承台面层进行充分凿毛，在原混凝土基础承台顶面四周用砖砌100mm高的砖胎膜，并双向布置Ф22@170的钢筋网片，凹槽内竖向拉结筋锚入承台100mm加高区内，并与钢筋网片连接。

 

4 塔吊基础改造施工流程及技术措施

4.1 施工流程

　　原有塔吊基础上开凹型槽→新装塔吊的基础节与支腿拼接、固定→塔吊基础节与支腿整体吊放至基础凹槽内→塔吊基础节与支腿位置初调并进行临时固定→基础凹槽内壁四周植筋→基础承台顶面凿毛→沿基础承台四周砌筑高100mm的砖胎膜→既有基础承台加高区双向布置C22的钢筋网片→检查塔吊基础节与支腿，并最终固定→混凝土浇筑并养护。

4.2 具体施工措施

4.2.1 在原基础承台上确定开槽范围并放线定位，用混凝土切割机沿定位线进行切割，电锤进行开凿，开凿过程中用水准仪控制开凿深度和平整度，同时对基础开凿漏出的拉筋进行保留。

4.2.2 塔吊基础节与固定支腿连接成整体后进行整体吊装预埋安装，塔吊支腿通过手拉葫芦和支腿下方埋设槽钢或钢管的方式相互配合进行初步固定。

 

图4 基础开槽与塔吊支腿吊装就位

4.2.3 基础承台凹槽植筋技术

　　沿基础凹槽内壁（新旧混凝土结合面处）四周采用植筋的方式增设抗剪钢筋，抗剪钢筋采用Ф14@500mm（水平方向）梅花形布置，竖向设置三排，间距300mm，竖向第一排抗剪钢筋按距承台顶面以下200mm处设置。

　　（1）植筋锚固计算

　　本次改造基础新旧混凝土结合面，按照设计单位给出的建议，采取Ф14@500mm梅花形布置的抗剪钢筋，并按照构造要求确定最小植筋锚固长度。

　　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

　　其中加大锚固深度系数

　　ψ_N=ψ_btψ_wψ_T = 1.15×1.1×1.0 =1.265

　　基础混凝土强度高于C30，植筋修正系数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 — 植筋钢材抗拉强度设计值;

　　f_y  — 植筋用钢筋的抗拉强度设计值;

　　A_s — 植筋用钢筋的截面面积;

　　l_s — 植筋的基本锚固深度;

　　α_spt — 混凝土劈裂影响的计算系数;

　　d — 植筋用钢筋的公称直径;

　　f_bd — 植筋胶粘剂的粘结强度设计值;

　　l_d — 植筋深度。

　　（2）植筋技术

　　筋采用强力型植筋胶（B型建筑结构胶），植筋深度为300mm，待植筋胶硬化且强度稳定(72小时)后，采用拉拔试验确定植筋强度，其拉拔力需达到钢筋的屈服强度且满足达到钢筋屈服强度时钢筋位移不超过0.3mm。

　　①钻孔：采用电锤在“凹”型钢筋混凝土基础，凹槽内壁按设计点位钻直径18mm的孔（孔径比钢筋直径大3～5mm），孔深350mm；

　　②清孔：用空压吸尘机将孔内灰尘清除干净，并用面纱棒蘸取少量丙酮擦拭孔壁；

　　③钢筋除锈：用除锈机对钢筋植筋端头区域进行打磨除锈；

　　④植筋胶配制：将植筋胶A、B组分按比例（根据产品说明书要求）混合并调合均匀，并在15min内使用完毕；

　　⑤植筋：采用胶枪将植筋胶填满植筋孔，先用细钢筋捣实，然后插入植筋用的钢筋，过程中溢出少量胶体可用面纱塞紧封口同时保证植筋孔内干燥。

图5 塔吊预埋节初调后植筋

　　（3）拉拔试验

　　植筋72小时后，采用拉力计(千斤顶)对所植钢筋进行非破坏性检验，采用连续加压的方式，以匀速连续加载至设定荷载45kN，并持载1min。拉拔试验加载方式见图10，本次拉拔试验对凹槽每内边随机抽取3根（规范要求抽检数量按每种钢筋的植筋数量的0.1%，且不应少于3根），共12根。拉拔试验最大加载值 。

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

　　本次取45kN。经检测植筋强度满足要求。

图6 现场植筋拉拔试验

图7 基础改造的钢筋构造

4.2.4 新浇基础钢筋构造要求

　　为确保承台新旧混凝土的整体性，需对原5m×5m（长×宽）承台面层进行充分凿毛，在原混凝土基础承台顶面四周用砖砌100mm高的砖胎膜，并双向布置Ф22@170的钢筋网片，凹槽内竖向拉结筋锚入承台100mm加高区内，并与钢筋网片连接。凹槽内竖向拉筋采用与原基础同型号φ14钢筋错位搭（焊）接，且搭（焊）接长度不小于10d。承台抬高100mm部分后续将与地下室地面找平、保护层持平。

4.2.5 基础混凝土浇筑与养护

　　（1）基础改造新旧混凝土结合面处理

　　为保证既有基础改造新旧混凝土有效结合，提高混凝土的工作性和耐久性，在新旧混凝土结合面处进行处理：对基础凹槽新旧混凝土结合处面层进行凿毛，清除凹槽结合面松动的部分，对裸露的钢筋进行除锈；清理混凝土表面碎屑、粉末；在新旧混凝土结合面涂一层界面剂，浇筑混凝土（掺微膨胀剂）且混凝土强度提高一个等级。

　　（2）混凝土浇筑与养护

　　基础隐蔽验收合格后，采用强度等级为C40微膨胀混凝土进行二次浇筑，期间采用接地扁铁做好防雷接地预埋（接地电阻＜4欧姆），浇筑砼的过程中不得使塔吊支脚移位，用经纬仪动态控制固定支腿的偏差，允许偏差±2mm，基础平整度误差不超过1/1000。2小时内覆盖两层毛布，洒水养护。承台二次浇筑混凝土养护15天或砼强度达到85%后才能进行塔吊基础节以上部分的安装。

图8 新浇基础混凝土养护

5 结 语

　　通过对某高层建筑的塔吊基础方案进行类比分析，采用开槽换芯、植筋加固、支腿型塔吊整体预埋等技术对原有塔吊基础进行改造与加固，可以节省工期，减少基础拆除与重新制作的工程量，降低塔吊基础改造过程中安全风险和对环境的影响，符合经济节约，安全环保的要求，值得在类似工程设备基础的改造与加固工程中推广使用。

 

参考文献

[1] GB50367—2013，混凝土结构加固设计规范［S]．  

[2] JGJ145—2013，混凝土结构后锚固技术规程［S].

[3] GB50010—2015，混凝土结构设计规范［S]．

[4] 田永,德孟晓宏.既有设备基础改造方法及应用[J].建设科技,2016,37(7)：174-176.

 

作者简介：刘祥，男，本科，工程师，从事土木与建筑工程施工技术研究。

（责任编辑：休鱼）