海中预埋式钢结构塔吊基础设计与施工

林舒祥

（中交四航局第五工程有限公司，福建福州 350000）

1 工程简介

莲阳河特大桥全长1.35 km，标准断面宽40 m，为高架连续梁式结构。基础采用“钻孔灌注桩+承台基础”综合型方案，桥台为U台；上部结构组成中，引桥为预制T梁，跨堤桥为钢混组合梁，主桥为变截面预应力混凝土连续箱梁；下部结构为独柱花瓶墩、盖梁；桥面结构为现浇层（8 cm）和沥青混凝土（10 cm）。

2 塔吊选型及性能参数

塔吊采用中联重科W6513-8B塔式起重机，共2台，分别在第11、12号墩处施工（编号为1#塔机、2#塔机）。

塔吊型号及主要技术性能参数如表1所示。

表1 塔吊型号及主要技术性能参数

塔吊焊接在钢管桩基础上，左、右幅承台处分别预埋2根630钢管。根据施工要求，将塔身穿过主桥主梁翼板；主梁梁板施工时，于该处开设尺寸为3.5 m×3.5 m的缺口，随着施工进程的推进，拆除塔吊，修补缺口。

塔吊基础结构立面如图1所示。

图1 塔吊基础结构立面（单位：mm）

3 塔吊基础施工方案

3.1 关键部位的安装

（1）钢管桩的安装。塔吊配套8根φ630 mm×10 mm钢管；预埋件为16根φ25 mm带肋螺纹锚筋，在承台施工前将其预埋到位；取8块加劲板，设置在立柱与预埋钢板间。

（2）桩基钢管的连接。平联施工材料为双拼20a槽钢，配套φ300 mm×10 mm钢管。槽钢与钢管间满焊，全面保证焊接质量。焊前清理附着在钢管桩表面的杂物，包含油污、锈迹等，直至其恢复洁净、干燥的状态。

（3）梁体材料包含横梁3I63a分配梁和纵梁2HW400×400，根据设计要求，将各梁体安装至指定位置，进行焊接处理。分配梁之间及其与桩头间的焊缝等级均为二级。

（4）防腐处理。部分铁件及钢管桩外露，与潮湿空气等环境因子接触后易锈蚀，不利于构件的正常使用。将外露部分清理干净，采用涂层保护。

（5）各项基础工作落实到位后，安排验收。需要考虑钢管桩的型号、入土深度、型钢性质、桩底高程等参数，根据实际情况采取处理措施，直至完全通过验收。

3.2 钢结构塔吊基础的受力计算与分析

（1）钢平台整体结构。

①荷载加载。采用MIDASCivil软件，根据TC6013A型塔吊的相关数据展开计算。建模时，将承台中心视为坐标系原点，沿主梁方向为x轴，沿次梁方向为y轴，沿竖直方向为z轴。

②模型设置。横系梁、斜系梁材料均为Q235，主、次梁材料为Q245。主梁与格构柱连接部位采用“一般支承”，约束x、y、z方向的位移。

（2）计算结果。

①格构柱对主梁最大作用力Fx=97.4 kN、Fy=-59.4 kN、Fz=1 104.9 kN、Fz=638.5 kN。

②主梁对次梁的作用力Fx=89.3 kN，Fy=-101.8 kN，Fy=101.8 kN，Fz=1 067 kN。

③承台梁应力云图如图2～图4所示。

图2 承台梁y向弯曲应力最大包络值（单位：MPa）

图3 承台梁y向弯曲应力最小包络值（单位：MPa）

图4 承台梁坐标系组合应力（单位：MPa）

最大应力小于材料允许应力，达到要求。

3.3 塔吊基础节点计算与分析

（1）主次梁及主梁螺栓连接。

节点处螺栓受力条件：承受拉力最大1 067 kN；承受剪力为Fx=89.3 kN；Fy=101.8 kN。螺栓选用8.8级B级普通螺栓6φ30 mm，根据规定，单个螺栓抗剪承载力Nvb=226.2 kN。

（2）钢格构柱顶盖板、加劲板。

立柱顶盖板受力条件：承受拉力638.5 kN；承受剪力114.08 kN。从结构连接角度分析，加劲肋与盖板、立柱间均为角焊缝满焊方式，构成厚度为8 mm的焊缝结构。从受力的角度分析，假设加劲板水平焊缝完全承受水平力。与GB 50017—2017《钢结构设计规范》的相关要求对比分析可知，焊缝的承载力可满足要求，维持稳定。

（3）桩基与钢格构柱。

桩基是基础结构，采用长度45 m的φ850 mm钻孔灌注桩。根据建模分析结果，确定立柱桩顶的最大作用力，水平剪力Fx=97.4 kN，Fy=-59.4 kN，垂直力Fz=1 104.9 kN，Fz=638.5 kN。根据桩基竖向承载力、抗拔力验算结果得知，两方面力学性能表现均可满足要求。钢格构柱的承载力和稳定性也能够完全满足要求。桩基、钢格构柱受力条件较良好。

3.4 钢结构塔吊基础施工要点

（1）正式施工前，根据现有信息分析建筑承受能力，对承受力不足的部位采取加固措施，直至满足塔吊支承要求。

（2）悬挑梁预埋工作落实到位后，要求悬挑梁以上混凝土厚度至少达到1.5 m。

（3）为保证结构完整性，塔吊预埋件、预留件处的混凝土施工需具有连续性，避免形成施工缝。提前做规划，施工中加强协调，力争全面消除施工过程中的阻碍因素。

（4）预埋件、预留件所处位置应具有准确性，控制悬挑平台承载变形量。悬挑主梁水平坡度应为0.4%，外高内低。

（5）焊接是重要的连接手段，在焊接前确定具体的作业流程以及方法。准备质量可靠的焊条以及性能稳定的焊机，为焊接施工提供物资支持。采用先点焊、后逐步焊接的方法，尽可能减少连续焊接。焊接后，收集使用后剩余的焊材以及机具，妥善保管，以便后续使用。

（6）严格控制塔吊地脚螺栓孔的位置；塔身朝向建筑物一侧形成0.4%垂直度，难以满足要求时，垫入合适厚度的铁垫板，进行有效调整。

（7）底座及地脚螺栓连接应具有足够的稳定性，上下连接时各处螺母数量至少达到2个，设置合适厚度的弹簧垫片，有效垫紧，确保其在受力后仍能够维持稳定。

（8）塔吊安装前，由专员编制专项安装技术方案，通过验证后投入使用。塔吊安装人员严格依据既定的方案施工，未经许可不得随意更改作业工序、方法以及参数。为增强塔吊的稳定性，可在塔吊基础上增设塔吊附墙点，配套具有加固作用的附墙装置，构筑完整的塔吊基础结构体系。

4 钢结构塔吊基础的施工与使用维护

4.1 施工要求

塔吊基础施工中，着重考虑桩基础和钢格构柱两部分，其垂直度、水平平整度均应满足要求，加强焊缝质量控制以及日常维护，全面保证钢结构塔吊基础的施工质量。

4.2 垂直度

桩基、钢格构柱的垂直度要求分别为1/300、1/500，中心偏差不超过10 mm，尽可能减小偏差。

4.3 水平平整度

钢平台应具有足够的平整度，钢格构柱顶面水平度误差不超过0.5%。安装钢平台和塔吊前，安排专员测定钢平台和格构柱顶面的平整度。按规范安装钢格构柱，无误则安放柱头盖板和加劲板。桩基或钢格构柱的垂直度不达标时能够根据具体情况调整柱头盖板，完成钢平台的安装作业。

4.4 焊接质量检验

焊接是钢结构塔吊基础施工中的重要工序，焊接质量将直接影响塔吊基础的稳定性，需根据规范以及工程要求准确判断焊缝的质量，对焊缝做全面的检测。敲掉质量检验不达标的焊缝，以科学的方法焊接，再组织质量检测，直至焊缝实测结果满足要求。

4.5 使用阶段的维护要点

使用过程中的质量检验也较为关键，应安排专员巡检，如巡检螺栓及型钢梁的位置以及稳定状态。螺栓有松动则拧紧，型钢的位置存在偏差应进行适当调整或在失稳时采取紧固措施；焊缝存在质量问题时，暂停施工，安排无损检测，采取针对性的补救措施，通过质量检验后投入使用；型钢存在超限值的变形现象时，暂停施工，安排检测、调整、加固，再按照规范检验，满足要求后投入使用。钢结构塔吊基础的维护应具有全面性与连续性，以便给塔吊吊装工作的开展创设坚实的基础。

5 结语

钢结构塔吊基础是吊装施工全流程中的基础内容，保证基础施工质量对推动后续工作的开展具有重要作用。本文用建模的方法计算验证钢结构塔吊基础，提出其施工要点以及使用过程中的维护要点，以期为类似工程提供参考。