工程塔吊選型、基礎設計及群塔作業技術

　　摘要：該工程結構施工期間共計使用5 臺80t·m 的塔吊，大多數塔臂相互交叉。塔吊基礎采用PHC 預應力管樁，通過對預應力管樁上施工的塔吊基座的選型、設計等嚴格控制，使塔吊基礎達到安全、適用、經濟的效果。為確保塔吊運行安全，施工中通過對群塔進行嚴格的高差控制，合理安排塔位頂升順序，合理設計塔間距離，加強運行安全管理措施，確保整個工程的順利施工。

關鍵詞：塔吊、塔吊基礎設計、群塔作業技術

1 工程概況

　　本工程結構類型為框架結構，工程采用泵送混凝土澆搗，基礎采用靜壓預應力管樁。 為了加快施工進度，保證工程如期竣工，經過項目部研究決定，對工程使用塔吊。

2 塔吊選型及塔吊參數

2.1 塔吊選型

　　根據該工程的建筑面積、結構形式、工期要求等特點，以及建筑物外圍可用場地較窄的具體情況，對塔吊選型及設計進行方案優化。塔吊布置時首先保證滿足覆蓋面的要求，然后根據材料及構件重量和塔吊的起重量確定塔吊型號。鑒于該工程的土方、鋼筋、混凝土、模板及各種構件的垂直運輸量大，作業半徑大，并考慮到施工總進度要求及結構對機械布置的適宜性，要求塔式起重機的起重量大，提升速度快，提高功效，滿足工期要求。經過對幾個方案的慎重考慮和仔細研究并結合施工現場的具體情況，決定采用5 臺80t·m（臂長為55 m）的塔吊。

2.2 塔吊參數

　　該工程施工中，選擇塔吊時主要考慮以下兩個方面。

　　2.2.1 塔吊的主要參數應滿足施工要求

　　主要參數包括工作幅度、起升高度、起重量和起重力矩。塔吊的起升高度應不小于建筑物總高度加上構件（或吊斗、料籠）、 吊索（吊物頂面及吊鉤）和安全操作高度。當塔吊需要超過建筑物頂面的腳手架、施工電梯或其他障礙物時（其超越高度一般應不小于 1m），尚應滿足此最大超越高度的需要。 起重量包括吊物、吊具和索具等作用于塔吊起重吊鉤上的全部重量。塔吊工作時，以不超過其額定起重力矩為限。應當注意的是，大多數塔吊都不宜長時間地處于其額定起重力矩的工作狀態之下，一般宜控制在其額定起重力矩的75％之下。這不僅對于確保塔吊的垂直運輸作業的安全很重要，而且對于確保塔吊本身的安全和延長其使用壽命也很重要。

　　2.2.2 選用的塔吊使用費用應經濟合理，有利于降低工程成本。

　　根據工程具體情況及考慮各方面的因素，本工程2 臺塔吊全部采用章起QTZ80 型，臂長為55m，其機械參數如下表： 吊鉤下 工作狀態 非工作狀態 2 支座反力 支座反力 高 度 重 量 最大 力矩 剪 切力 拉力 壓力 重量 最大力矩 剪 切力 拉力 壓力 m kN kN·m kN kN kN kN kN·m kN kN kN 34.45 388 910.7 20.0 480.6 674.6 339 976.7 67.7 534.6 713.9 注：以上機械參數用于計算塔吊基礎；吊鉤下高度34.45m 系指塔吊未附著前吊鉤所能達到的最大高度。

3 塔吊定位與基礎設計方案

3.1 塔吊定位的選擇 塔吊定位時，要考慮以下要求：

　　（1）服范圍要廣，要盡量滿足工作面的需要，減少服務死角。
　　（2）要盡量避開建筑物的突起部位，減少對施工的影響。
　　（3）塔身附著要安全、簡單、方便。
　　（4）要保證塔式起重機在拆除時的場地條件。

3.2 塔吊基礎設計方案

　　本工程施工場地緊湊且施工作業面大，為確保塔吊能最大限度地發揮作用，結合考慮結構安全及各種因素后，決定該塔吊基礎設計方案如下：塔吊基礎位置具體詳見附圖，基礎形式采用四根靜壓預應力管樁支撐系統，預應力管樁規格為PHC500-100A 型，管樁間距為3350mm，管樁頂設鋼筋混凝土配重有梁板式承臺基座。基座外圍尺寸為4850mm×4850mm，厚為1150mm。基座內設置十字交叉的承重主梁，主梁斷面尺寸b×h=800mm×1150mm，基座四周設拉梁，拉梁斷面尺寸b× h=350mm×600mm，基座底板厚200mm，以上構件砼強度等級為C35，其余用C20 素砼填實。固定塔吊用的地腳螺栓預埋在承重主梁內。主梁頂面標高（承臺面標高）比現有場地地面標高下降1m。考慮到打樁過程可能對塔吊樁的影響，在樁頂承臺施工前，必須對所有塔吊樁進行動測，以確保樁身的完整性。

4 塔吊基礎計算

4.1 塔吊樁單樁承載力計算

　　4.1.1 土層狀況分析

　　ZK63 如下表： 預制樁 地層編號 地層名稱 厚度 （m） 極限樁側摩阻力標準值 qsik(kPa) 極限樁端阻力標準值 qpk(kPa) 1 雜填土 3.9 25 3 2 淤泥 9.7 12 3 粉質粘土 6.5 55 4 粗砂 5.3 75 5500 5 粉質粘土 2.9 55 2500 6 殘積礫質粘土 4.6 60 5000 7 全風化花崗巖 1.3 70 6000 注：該表中第7 層厚度為塔吊樁尖所進入的長度。

　　4.1.2 塔吊基礎單樁承載力計算

　　根據地質狀況及現場情況，塔吊樁采用直徑500mm 壁厚100mm 的PHC 預制管樁，樁身砼強度等級C80，采用第7 層土（全風化花崗石）做為塔吊樁的持力層，樁尖進入該土層大于1.0m，塔吊樁按端承摩擦樁進行計算單樁承載力。塔吊樁在施工過程中，壓樁力控制在4000kN，以壓樁力控制為主，以樁長控制為輔。

　　<1、 單樁豎向極限承載力標準值計算： qsik—樁周極限側阻力標準值 （kPa） qpk—樁端極限阻力標準值（kPa） u—樁身周長 (m) AP—樁端面積 （㎡） li—樁穿越第i 層土的厚度(m) Quk —單樁豎向極限承載力標準值(kN) QSK—單樁總極限側阻力標準值(kN) QPK —單樁極限端阻力標準值(kN) γ—單樁容許承載力安全系數，取1.6 �� �� kN Q kN 　 　 A q l q u Q Q Q Q UK a p pk i sik pk sk uk 3 . 2331 60 . 1 3370 3730 1176 2554 4 5 . 0 5 . 0 6000 0 . 1 70 9 . 4 60 3 . 3 55 1 . 6 75 5 . 6 55 2 . 14 12 8 . 3 25 5 . 0 �� �� �お� �� �お� �� �� �� �＊� �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� �お� �� �� �おИ—ⅹ�單樁容許承載力為：

　　<2、 塔吊樁數驗算： 根據支撐系統穩定性要求,暫取樁數n=4，樁心距3.350m。 由塔吊工作狀態（不利狀態）下基礎所受荷載P=388kN 和承臺自重G 驗算樁數： 承臺自重G＝4.85×4.85×1.15×25=676.3kN 1.2×（388+676.3） 4 n=——————-——— =0.55＜4,取樁數n=4 滿足要求。 2331.3

　　4.1.3 塔吊樁豎向承載力及抗傾覆驗算：

　　1.塔吊樁豎向承載力驗算： 取Ｘ軸與Ｘ１軸進行驗算，取兩者大值：

　　①對Ｘ軸 工作狀態： MX=910.7+20×1.15=933.7 kN·m ＰX=(P+G)/n±Mx·Xi/∑Xi 2 =(388+676.3)/4±933.7×1.675/(2×1.675 2 ) =266±1564/5.6 =266±278 =544kN(↓) =-12kN(↑) 非工作狀態： MX=976.7+67.7×1.15=1054.6 kN·m Px=(P+G)/n±Mx·Xi/∑Xi 2 =(339+676.3)/4±1054.6×1.675/(2×1.675 2 ) =568.6kN(↓) =-60.98kN(↑)

　　②對X1 軸 工作狀態： Px=(P+G)/n±Mx·Xi/∑Xi 2 =(388+676.3)/4±933.7×1.675×2 ?? /(1.675×2 ?? ) 2 =660.2kN(↓) =-128.2kN(↑) 非工作狀態： Px=(P+G)/n±Mx·Xi/∑Xi 2 =(339+676.3)/4±1054.6×1.675×2 ?? /(1.675×2 ?? ) 2 =699.0kN(↓) =-191.4kN(↑) 故單樁所受最大壓力Pmax（壓）=699kN1054.6kN·m 對X1 軸抗傾覆力矩 3 3 5 0 3350 x x 5 M=(339+676.3)/4×(3.35×2 ?? +2×??×3.35×2 ?? ) =2405.1kN·m>1054.6kN·m 滿足要求。

4.2 承臺配筋計算

　　按有梁板式承臺計算，塔吊基座計算平面示意圖如下。 主梁 1 塔吊支點 C A D B Ф500樁位拉梁

　　（1）主梁L1

　　配筋計算（計算簡圖如下） 砼強度等級為C35,fc=16.7N/mm 2 ,fy=300N/mm 2 主梁L1 斷面b×h=800 ㎜×1150 ㎜，h0=1150-70=1080mm （按不利狀態下X′-X′平面內） 其中：q=1.2×25×0.8×1.15=27.6kN/m F=1.2×339/4=101.7kN M=1.4×976.7+1.4×67.7×1.15=1476.4kN·m 彎矩M1=ql 2 /8+F·a±0.5×M =27.6×4.737 2 /8+101.7×1.167±0.5×1476.4 =196.1±738.2 = 934.3 kN·m -542.1 kN·m 彎矩M2=M3=0.5×q·l·a·(1-a/l)+F·a±(1-a/l)·M =0.5×27.6×4.737×1.167×(1-1.167/4.737)+101.7×1.167±（1-1.167/4.737） ×1476.4 =57.5+118.7±1112.7 = 1288.9 kN·m 2 3 1 1061 1061 1167 1167 1202 1202 q M F F 6 -936.5 kN·m 故最大正彎矩M=1288.9 kN·m 最大負彎矩M=-936.5 kN·m 梁底配筋計算: αs=M/(fc·b·h0 2 )=1288.9×10 6 /(16.7×800×1080 2 )=0.0827 γs=[1+(1-2αs) 0.5 ]/2=0.957 AS=M/(γs·fy·h0)=1288.9×10 6 /(0.957×300×1080)=4156.8mm 2 梁底配9Ф25，AS=4418mm 2 梁面配筋計算： αs=M/(fc·b·h0 2 ) =936.5×10 6 /(16.7×800×1080 2 )=0.060 γs=[1+(1-2αs) 0.5 ]/2=0.969 AS=M/(γs·fy·h0) =936.5×10 6 /(0.969×300×1080)=2982.9mm 2 梁面配6Φ25，AS=2945mm 2

　　(2)主梁L1

　　剪切計算 最大剪力:Qmax=F+0.5·q·l+M/l =101.7+0.5×27.6×4.737+1476.4/4.737=478.7kN 梁箍筋配（四肢箍）,fyv=210N/mm 2 , Asv=4×50.3=201.2mm 2 Vcs=0.7·ft·b·ho+1.25· fyv·Asv/s·ho =0.7×1.57×800×1080+1.25×210×201.2/200×1080 =1234.7kN＞478.7kN 滿足要求

　　（3）不利狀態下四周拉梁L2 及基座板配筋：

　　拉梁L2 斷面尺寸b×h=350 ㎜×600 ㎜,上下各配4Φ20，梁箍筋配（四肢箍）。基座板厚200 ㎜，配雙層雙向鋼網筋。 具體配筋詳見下頁塔吊基座配筋圖 4Ф20 4Ф20 9Ф25 4Ф20 4Ф20板筋雙層雙向素砼填實6Ф25 4Ф14 拉鉤塔吊基座配筋圖

5 塔吊頂升及高度控制

5.1 群塔頂升的注意事項

　　隨著主體結構的不斷升高，要求塔吊不斷頂升。在群塔施工現場，塔吊頂升不是某一塔吊的孤立行動，必須考慮群體的協調。頂升的要求首先來自于低塔位工作區，但由于塔吊高差的限制，頂升應先從高塔位開始。 為便于各塔吊順利附著，要提前做好附著點設計及附著桿連接件的加工，在結構有剪力墻的部位應預先做好留孔處理。為避免高位塔因附著點強度不夠而影響附著，應預先對附著區采取特殊措施（必要時在剪力墻上加鋼夾板以擴大受力面），確保按期附著，保證各相關塔吊的相繼頂升。

5.2 群塔的安裝高度控制

　　高差的控制在于保證群塔的安全運行。高差太小，有可能造成高位塔吊鉤與低位塔吊臂碰撞，高差過大，由于群塔高差的連續排序，有可能過早地要求最高塔位附著于未建建筑物而無法實施。結合現場實際情況，綜合分析后將兩相鄰塔的高差控制在6m.

6 群塔運行原則

　　群塔運行原則包括：低塔讓高塔,低塔在轉臂前應觀察高塔的運行情況后再運行；后塔讓先塔，在各塔吊塔臂交叉區域運行時，后進入該區域的塔吊要避讓先進入該區域的塔吊；動塔讓靜塔，在各塔吊塔臂交叉區域作業時，在一塔吊塔臂無回轉、小車無行走、吊鉤無運動，而另一塔吊塔臂有回轉或小車行走時,動塔吊應避讓靜塔吊;輕車讓重車，在各塔吊同時運行時，無荷載塔吊應避讓有荷載塔吊；客塔讓主塔，以各棟號實際工作區域劃分塔吊工作區域，若塔吊塔臂進入非本棟號工作區域時，客區域的塔吊要讓主區域的塔吊。各塔吊在運行中，各條件同時存在時，必須按以上排序原則執行。當塔吊長時間暫停工作時，吊鉤應起到最高處，小車拉到最近點，大臂按順風方向停置。

7 群塔作業管理

　　由于本工程采用群塔作業，受場地及施工特點限制，安裝位置相對較為集中，多數塔臂均有交叉，還有可能臂架相碰撞而發生事故。如何在大臂交叉的情況下，確保塔吊安全運行，成為本工程需要解決的技術課題之一，經過研究與工程現場實踐，群塔作業管理是關鍵的保障措施。 成立由項目經理部塔吊管理負責人為首和各塔吊管理負責人參加的塔吊作業指揮中心，負責對施工現場各塔吊之間關系的指揮與協調工作。塔吊指揮中心負責指揮、協調施工現場各塔吊使用、維修、頂升和運行工作。各塔吊管理負責人負責本塔吊的日常管理、故障排除、緊急搶修、日常維護、檢查評比等項工作，負責向塔吊指揮中心匯報情況，服從塔吊指揮中心的整體部署、統一指揮和統一協調。塔吊升降根據施工情況協商確定，意見一致后方可進行，且要求各塔的高度要相互錯開。為防止臂架相碰撞而發生事故，特制定如下措施：

①在各塔吊起重臂末端安裝紅色障礙燈；
②在各臺塔吊的起重吊鉤側板涂刷反光油漆；
③各塔吊的回轉安裝限位裝置，即起重臂僅限東、北、西區域作業，可防止因塔吊司機誤操作后回轉到南向，與鄰區塔吊發生碰撞；
④ 項目經理部應根據當天作業內容，合理安排各塔吊的吊運內容，盡量避免相鄰兩臺塔吊的同一時間、同一區域同時作業；
⑤嚴格按照合同規定，確保所有指揮工到位，并加強指揮工的管理，尤其在指揮工的工作責任心、防碰撞意識等方面的管理和教育。

8 塔吊的拆除

　　拆卸單位必須是有資質的專業拆卸塔吊的單位或企業，并設專人進行拆除，協調拆塔作業，拆卸人員必須持證上崗，有不宜此項作業的疾病的人員禁止拆塔作業，作業前必須進行書面安全技術交底，并保證聯絡暢通。拆除作業前拆除空間、地面的障礙，確定拆裝塔吊的位置與作業地點及塔吊構部件被拆后的堆放位置，督促拆裝人員做好工具、索具、塔吊限位、保險、電器電纜、液壓頂升系統及勞動防護用品的檢查工作，確認正常，辦好拆塔前交接手續和對拆除方案進行交底后方能進行拆卸作業。拆除塔吊時，塔吊起重臂、平衡臂與建筑物縱向保持平行。塔吊附著裝置應在結構架拆除至少兩節后方能拆除。

8 參考文獻：

　　[1]GB50010—2002 混凝土結構設計規范
　　[2]混凝土結構（第二版）.北京:中國建筑工業出版社,2002
　　[3]建筑施工手冊(第四版).北京:中國建筑工業出版社,2003