标准工法文本.doc

高桩塔吊基础施工工法
完成单位：天津市建工工程总承包　天津富凯建设集团
关键完成人： 郝宝林 曹爽秋 陈森 崔萌 杨新强

1．前 言
在软土地域，建筑施工使用塔式起重机基础不能直接坐落在天然地基上，一般做法是采取桩基础，在混凝土灌注桩上做一定尺寸混凝土承台，然后将塔式起重机地脚埋置在混凝土承台内。因为混凝土承台体积较大，当施工现场狭小，周围地下管线复杂时，会混凝土承台施工带来很多困难。而且工程完工后，必需将其拆除，不然将会影响后续室外工程施工。伴随城市建设地快速发展，地下室面积越来越大。考虑起重机工作幅度和塔身附着，不得不将塔式起重机设置在基坑中间部位。此时，不管是在基坑开挖前立塔，还是在基坑开挖后立塔，塔机混凝土承台施工全部存在很多困难。天津市建工工程总承包为处理上述施工难题，研发了直埋式塔吊基础装置，并形成了直埋式塔吊基础施工工法。该装置取消一般做法中混凝土承台，直接将塔吊底脚预埋在钢管混凝土顶部，降低施工工序，节省了混凝土承台投入和拆除费用，从而降低了施工成本，经济效益和社会效益著。
本工法中关键技术取得2项国家专利，“一个直埋在钢管混凝土柱内塔吊地脚”取得国家实用新型专利。专利证号：ZL8175.4 “一个塔机基础”取得国家发明专利，专利证号：ZL10099724.2 。
2．工法特点
2.1 将塔机地脚直接埋在钢管混凝土桩内，节省了混凝土承台，施工成本低。
2.2 塔机荷载传输路线明确，塔机使用安全、可靠。
2.3 施工工艺简单、塔机安装方便、快捷。
2.4钢管桩之间水平支撑采取螺栓连接，形成工具式，可反复使用，节省了资源投入。
3．适用范围
3.1适适用于软土地域、采取钢筋混凝土钻孔桩、四桩塔吊基础。
3.2塔机在基坑中间部位时，市区适适用于深度18m以内基坑，滨海新区适适用于深度16m以内基坑。
3.3塔吊起重力矩100 t·m ～420t·m（含420t·m）。
4．工艺原理
在塔基桩顶部插入钢管，钢管内浇灌混凝土，将塔机地脚直接插入钢管混凝土桩内。在钢管、塔机地脚上设置型钢和栓钉，增加钢管和混凝土灌注桩、塔机地脚和钢管混凝土握裹力，满足抵御塔机最大起重荷载和最大起重力矩产生竖向力和抗拔力。当塔机设置在基坑中部时，插入桩基中钢管可作为塔机机身一部分，根据一定间距设置水平支撑，确保钢管稳定性。
5．工艺步骤和操作关键点
5．1工艺步骤
钻孔灌注桩施工 钢管混凝土桩施工 塔机地脚安装 二次浇灌混凝土 钢管顶部联络梁安装 塔机安装 伴随挖土安装水平支撑 钢管混凝土桩根部之间联络梁施工
5．2 操作关键点
5.2.1钻孔灌注桩施工
1.塔机桩设计：
1）应按工程地质勘察汇报、选择塔机使用参数、《 塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ187-）进行设计。
2）桩基直径应大于钢管外径300㎜。
3）桩长设计应满足《 塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ187-）6.1.3条款要求。
4）桩基混凝土强度等级不应小于C30。
2．塔机桩施工
塔机桩宜采取泥浆护壁、反循环工艺成孔，二次清孔。孔底沉渣厚底不应大于5㎝。桩位偏差不应大于5㎝。
5.2.2钢管混凝土桩施工
1．钢管选型和结构设计
1）当选择起重量300t·m～420t·m塔机时，钢管选择：610㎜×12㎜；当选择起重量300t·m以下塔机时，钢管选择：592㎜×10㎜。
钢管桩相对位置图5.2.2-1

图5.2.2-1钢管桩结构平面部署图

图5.2.2-2 钢管桩上开孔部署图

2）钢管插入混凝土桩深度不应小于3.7m。插入混凝土桩内部分在管侧壁均匀开直径为100㎜孔（图5.2.2-2）。钢管底部设计要求范围内，在外侧均匀设置栓钉（图5.2.2-3）。钢管顶部设计要求范围内，在钢管内侧均匀设置栓钉，栓钉长度和直径同底部（图5.2.2-4）。

图5.2.2-3钢管桩底部结构图
栓钉
钢管柱
钢筋笼

图5.2.2-4 钢管桩上部栓钉部署图

3） 钢管和下部桩基钢筋笼采取焊接连接。钢管侧壁和钢筋笼搭接长度不应小于580㎜。（图5.2.2-3）
4）在距钢管顶部2m处，开设尺寸为：150×200㎜混凝土溢流口。(图5.2.2-4)

图5.2.2-5 混凝土溢流口示意图

2．钢管插入
当灌注桩钢筋笼下至露出地表4m位置时，用吊车吊起钢管，对准钢筋笼中心，插入钢筋笼中，将端部12Φ25和钢筋笼主筋相连焊接牢靠,连成整体。
焊接完成后，钢筋笼和钢管同时下放至设计要求标高，钢筋笼安放位置要正确，标高控制偏差：±1cm。
钢管管插入完成后，在溢流口一侧，挖深度2m坑，用于搜集钢管桩内混凝土超灌部分。
3．混凝土浇筑
钢管内混凝土分二次浇筑。第一次浇筑同桩基一起施工，浇筑高度至钢管顶部2m处，钢管内混凝土强度等级和桩基相同。安装完成塔机地脚后，进行第二次混凝土浇筑。钢管内采取微膨胀混凝土，以确保混凝土和钢管紧密结合。
当第一次混凝土浇筑完成至预定标高后，在混凝土终凝前，立即清除钢管内混凝土超灌部分后，确保钢管桩内混凝土强度满足设计要求。同时采取碎石屑，将钢管外侧和孔壁之间间隙回填密实，确保钢管位置稳定。
5.2.4 塔机地脚安装
1．塔机地脚结构
型钢水平撑
1）塔机地脚插入钢管内长度不应小于1800㎜。具体结构图5.2.4-1。
塔机地脚

钢管柱

图5.2.4-1塔机地脚结构图

2）钢管顶部内配置2m长钢筋笼。
3）在地脚底部焊接4根钢筋，用于调整地脚和第一次浇筑混凝土界面标高。
2．塔机地脚定位
首先，将四个塔机地脚，使用塔机供给商提供连接杆件，经过销钉固定连接成一个整体。然后在钢管桩周围设置控制点，采取水平仪和经纬仪测定地脚位置和水平标高，安放地脚。最终，使用型钢将地脚和钢管焊接固定。图5.2.4-2

图5.2.4-2塔机地脚定位示意图

5.2.5 钢管顶部联络梁安装
在四根钢管桩之间安装型钢联梁形成整体（图5.2.5）。在钢管顶部焊接柱箍，钢梁和柱箍采取高强螺栓连接。
上加强环
图5.2.5钢管柱之间联梁示意图
下加强环
高强螺栓
型钢联梁

5

5.2.6 塔机安装
塔机安装必需在四根钢管桩连接成整体，二次浇筑部位（0～2m处）混凝土达成强度85%后进行。当塔机工作自由高度60m时，塔机安装自由高度由钢管桩顶部算起不应大于40m。当塔机工作自由高度小于60m时，塔机安装自由高度由钢管桩顶部算起不应大于30m。塔身安装重直度偏差不得大于L×4‰。（L=钢管桩高度+塔机首次安装高度）。地下室结构施工完成，钢管桩和±0.00结构连接固定后，塔机自由工作高度可恢复到塔机本身许可高度。
5.2.7 水平支撑安装
伴随基坑开挖加深，每2m安装一道水平支撑。水平支撑做法图5.2.7。

图5.2.7水平支撑部署图

5.2.8 钢管混凝土桩根部之间联络梁施工
1．当基坑开挖至设计基底标高后，进行钢管混凝土桩根部之间联络梁施工。此联络梁上皮标高为基底垫层下皮标高。联络梁混凝土强度等级C30，垫层为C15，钢筋：ФHPB235、HRB335。具体尺寸和做法图5.2.8—1
图5.2.8 -1钢管桩根部之间联络梁

2．钢管桩穿过工程基础结构时，在钢管桩上焊止水钢板环。图5.2.8-2

图5.2.8-2钢止水环图

6. 材料和设备
6．1材料
塔基桩、混凝土联络梁施工材料无需特殊要求。
钢管、水平支撑、锚栓材质型号均为Q235。高强螺栓选择10.9级摩擦型，配一个10H螺母及二个HRC35～45硬度垫片。
焊接材料：自动或半自动焊接时，采取H08MnA（Q345B），H08A（Q235）焊丝和对应焊剂，焊丝应符合GB1300-77要求；手工焊接时，采取E50XX（Q345B），E43XX（Q235）型焊条，焊须符合GB5117-85要求。
6.2机具设备
6．2 机具设备表
序号
设备名称
设备型号
单位
数量
用途
1
工程钻机
GPS-15
台
1
灌注桩施工
2
汽车吊
25t
台
1
钢管、钢筋笼吊装
3
汽车吊

台
2
塔机安装
4
反铲挖掘机
1m3
台
1
土方开挖
5
钢筋弯曲机
GW40
台
1
钢筋加工
6
钢筋切割机
GJ40
台
1
钢筋加工
7
电焊机
BX-300
台
2
钢筋加工
8
经纬仪
J2-2
台
1
测量
9
水平仪
S3

1
测量

7.质量控制
7.1质量控制标准
7.1.1塔基桩控制标准
实施行业规范《建筑桩基技术规范》JGJ94-标准
7．1．1塔基桩施工许可偏差表
桩径偏差（mm）
垂直度许可偏差（%）
桩位许可偏差（mm）
≤-50
1
50

7.1.2钢管桩和水平支撑钢构件制作控制标准
实施国家规范《钢结构工程施工及验收标准》GB50205-标准
7.1.2 钢管构件外形尺寸许可偏差表（㎜）
1．钢构件焊缝均采取角焊缝，满焊，电小焊角尺寸和两焊件中较薄焊件厚度相同。
2．焊接质量验收等级：钢管桩、水平支撑均按三级检验。
7.2质量确保方法
7.2.1桩孔位置、垂直度及成孔质量控制
1.桩孔定位后，使用全站仪进行复测。
2.下钻时，应先将钻头垂直吊稳后，再导入孔内。进入孔内后，不得松刹车，高速下放。如发觉有阻力，应将钻具下放，使钻头反向转动后再提，不得强行提拉。
3．钻进中，当发觉塌孔、偏孔、斜孔时，应立即处理。发觉缩颈时，应常常提动钻具，修护孔壁，每次冲击时间不宜过长，以防卡钻。
4．整个成孔过程中，应注意一直保持孔内液面比地下水位高1.5～2.0m，以液柱静压和渗压保持孔壁稳定。
7.2.2钢筋笼及钢管吊放
1.钢筋笼、钢管运输和安装过程中，避免碰撞，预防变形。
2.钢筋笼、钢管吊入桩孔时，预防碰撞孔壁造成变形。
3.在吊筋上作可测设标识，吊放过程中控制钢管及钢筋笼标高。并在混凝土灌筑前及灌筑完成后进行检测，如有偏差使用千斤顶进行调整。
4.构件在运输过程中，应采取预防构件变形和损伤方法，安装前应严格检验。
5.钢桩、水平支撑受力后，不得随意在其上焊接连接件，焊接连接件必需在构件受力之前完成。
6.钢结构在制作前，钢材表面应进行认真除锈处理；在制作后钢材表面应刷两遍防锈漆。
7.开挖过程中，钢管立柱周围1m由人工清理，预防机械磕碰立柱。
7.2.3 标高控制
1.钢管桩：在钢管上端做可测设标识，在钢管吊装完成，混凝土浇筑前进行复测，偏差控制在1cm以内，如偏差过大，使用千斤顶调整。标高调整合格后，进行混凝土浇筑。
2.塔机地脚：在钢管桩顶端四个塔机地脚安装过程中分别测设标高，控制其外露高度一致，方可浇筑混凝土。
7.2.4地脚埋置前，必需将钢管桩内混凝土松动部分清理洁净。
8.安全方法
8.1成孔机械操作时应安放平稳，预防钻孔时忽然倾倒，造成人员伤亡和设备损坏。
8.2采取泥浆护壁成孔，应依据设备情况、地质条件和孔内情况改变，认真控制泥浆密度、孔内水头高度、护筒埋设深度、钻机垂直度、钻进和提钻速度等，以防塌孔，造成机具塌陷。
8.3灌注桩在已成孔还未灌注混凝土前，应用盖板封严，以免掉土或发生人身安全事故。
8.4全部设备，电路要架空设置，不得使用不防水电线或绝缘层有损伤电线。电闸箱和电动机要有接地装置，加盖防雨罩；电路接头要安全可靠，开关要有保险装置。
8.5恶劣气候应停止作业，休息或作业结束时，应切断操作箱上总开关，并将离电源最近配电盘上开关切断。
8.6在吊装过程中，吊机施工范围内闲人不得停留，同时设专员维持现场秩序，并由经验丰富起重工专门指挥，做到有组织、有秩序，合理进行施工。
8.7 混凝土灌注时，装、拆导管人员必需正确佩戴安全帽，并注意预防扳手、螺丝等掉入桩孔内；拆卸导管时，其上空不得进行其它作业，导管提升后继续浇注混凝土前，必需检验其是否垫稳或挂牢。
8.8 基坑开挖过程中应对塔机变形和位置随时进行跟踪监测，当塔身倾斜达成3‰L时应进行报警，当倾斜大于4‰L时，基坑应立即停止开挖。查找、分析原因进行加固处理后，再进行开挖施工。
9.环境保护方法
9.1现场设置专用排浆沟、集浆坑，对废浆、污水进行集中，认真做好无害化处理，从根本上预防施工废浆乱流。
9.2定时清运沉淀泥浆。做好泥浆、弃渣及其它工程材料运输过程中防散落和沿途污染方法。废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按环境保护要求指定地点排放。弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定地点和方案进行合理堆放和处治。
9.3优先选择优异环境保护机械。采取设置隔音墙、隔音罩等消音方法降低施工噪音到许可值以下，同时尽可能避免夜间施工。
10.效益分析
10.1本工法和常规桩基承台做法相比，取消了混凝土承台，节省了施工场地，可节省直接费用：4元
10.2采取本工法，可在基坑开挖前立塔，而且使塔吊覆盖面积达成最大，提升施工效率，缩短施工工期。
10.3工程施工后期，不需要进行混凝土承台处理，降低了环境污染。
11．应用实例
11．1汇融大厦工程
11.1.1工程概况
工程在和平区建设路和保定道交口，建筑面积138603.16㎡，地上28层，整体高度93.6m，局部119.85m，地下4层，基坑底标高为-17.9m。基坑面积约10000㎡，施工场地十分狭小，建筑物外侧没有安装塔机条件。
工程应用本工法，土方开挖前，采取了高桩塔基基出，在基坑内安立了2台塔机，其型号分别为：MC320、STT253，工作半径分别为：70m、64m。塔机首次安立最大高度（由基坑底算起）达60m，其中钢管桩高度：17m。在工程地下室施工过程中，塔机完成了6000吨钢筋、 70000 吨模板、大型工具吊运工作，使用安全、可靠。因为塔机在基坑开挖前安装，提升了地下室施工材料运输效率，3个月完成了地下室4层混凝土结构施工。节省塔基混凝土承台费用：10万元。

图11.1.1施工现场平面图

11.2天津市滨海文化商务中心主楼工程
11.2.1工程概况
该工程在天津滨海新区关键中心商务区内。建筑物地下一层，地上九层（局部十层）。建筑面积为119628㎡，地下建筑面积为46557㎡。基坑开挖深度：6m。
因为基坑面积较大，考虑塔机覆盖面积，4台塔吊安装在基坑中间。型号分别为6017C、STT293。基坑开挖前采取了高桩塔基安装了塔机，负责地下室和主体施工材料运输。首次安立塔机自由高度：40m,钢管柱高度：7m。塔机使用安全，可靠，节省混凝土塔基费和拆除费用30万元，节省工期：20天。

图11.2现场塔机部署图
11.3. 天津文化中心图书馆
11.3.1工程概况
天津市文化中心图书馆在天津市河西区越秀路以东、乐园道以南、隆昌路以西、平江道以北天津市文化中心场地内。建筑物总建筑面积为60152m2。地下一层为型钢混凝土框架-剪力墙结构；地上五层（中间设局部夹层），采取钢框架-支撑结构，建筑物中心部分为悬挑吊挂式钢结构框架，总高度28.60m 。
11.3.2应用情况

考虑施工现场实际情况，4台7032型塔吊全部设置基坑内。为了加紧施工速度，在基坑开挖前4台塔吊全部安立完成，用于配合基坑土方开挖和地下室施工材料垂直和水平运输。塔机基础全部采取了高桩塔吊基础，使用效果良好，节省混凝土塔基混凝土承台费用和拆除费用30万元，缩短工期15天。