逆作钢格构柱钢梁基础在塔机基础中的应用

目前建筑施工工期短，一般都需在基坑开挖前安装塔机，以解决大量垂直运输问题。但在高层建筑施工中，由于一般设有多层地下室，且基坑工程具有平面尺寸大、开挖深度深、垂直运输矛盾突出、施工场地狭小等特点，塔机可能被定位在深基坑中，而此时基坑尚未开挖，塔机基础承台无法直接利用主楼结构底板下的工作桩。如果采用主楼间的沉降缝或后浇带，在地基施工时将混凝土工程桩加长至地机，塔机可以实现在基坑开挖前安装。但在塔机安装后，随着基坑的开挖，塔机基础承台下的土将被逐步挖去，这时加长的混凝土桩将会暴露在外，原先的低承台桩基变成高承台桩基。随着开挖深度的增加，桩的自由长度加大，易造成长细比过大而引发失稳，而混凝土桩由于自身材料和结构等方面的原因，进行加固难度极大。为了使塔机既能在基坑开挖前安装，又能保证其在整个施工中的安全，本文提出逆作钢格构柱钢梁的方法解决施工中遇到的这一难题。
　　1、逆作钢格构柱钢梁基础及其制作
　　逆作钢格构柱钢梁方法是在基坑开挖前利用钢梁将塔机的各种载荷传递到基坑桩基础，在开挖后则通过逆作钢格构柱将钢梁传递的各种载荷传递到基坑桩基础（见图1）。其中钢梁下与其连接的逆作钢格构单肢可以是基坑未开挖前的实腹式钢桩或钢格构龙骨灌注桩破桩后而得。

图1 逆作钢格构柱钢梁基础示意图

　　逆作钢格构柱钢梁基础在制作前必须制定详细的桩基及逆作钢格构单肢的设计方案，根据设计方案按图2所示流程进行制作。

图2 逆作钢格构柱基础制作流程图

　　2、逆作和使用中的注意事项
　　（1）只要工作面许可，钢格柱的逆作不要等开挖到允许开挖的最大深度时进行，有条件就按钢结构的制作工艺要求进行逆和。
　　（2）在逆和焊接时，塔机上部结构应调平衡，尽量使弯矩减小。
　　（3）根据逆作钢格构柱的稳定性要求，及时按设计方案进行附着锚固。
　　（4）每次逆作结束均需对焊缝进行验收。
　　（5）采用灌注桩时需注意：上部钢格构龙骨与下部工程桩的插入深度应满足冲切和抗拔要求，同时应满足逆作钢格构单肢的承载要求；由人工或风镐、电镐进行破桩时，不能对4个桩同时进行，并要保证逆作钢格构单肢的完整、干净，台有破坏应及时局部加固。
　　（6）塔机的使用高度应低于允许的独立高度，有条件时就应对塔机进行附着锚固，以减小弯矩、水平力和扭矩对基础的影响。
　　（7）经常观察塔身垂直度，发现超差及时纠正。
　　3、工程实例
　　3.1工程概况
　　南京中商场四期工程建筑面积10700平方米，总高度46m。基坑深且地处新街口商业区，施工场地狭小，基坑底标高-9m，深度7m。工程采用φ800的混凝土灌注桩，桩身混凝土采用C30，桩长30m。为保证工程各个施工阶段的顺利施工，选用ZJ5311塔式起重机，基础定位在基坑范围内。
　　3.2基础设计
　　（1）根据施工现场情况，确定图3所示的塔机逆作钢格构钢基础。工程围护支撑体系的竖向支撑采用由4根160×160×12角钢组成的截面550×550mm的钢格构，故优先考虑该钢格构作为逆作钢格构柱钢梁基础中逆作钢格构柱的单肢，经验算符合要求，这样既节约又方便和简化施工。

图3 逆作钢格构柱钢梁基础图

　　（2）设计步骤
　　①确定基础设计载荷。一般采用塔机生产厂家提供的独立高度时基础载荷数据作为设计计算的依据，但在设计计算时应考虑载荷系数。
　　②钢梁设计。通过对工作和非工作状态的载荷分析确定最不利载荷值，作为梁的结构、长度和高度以及腹板和翼缘板的设计依据。
　　③钢梁的校核验算。对设计的钢梁进行强度、整体稳定性、局部稳定性校核，同时对梁进行焊缝有梁与塔机和逆作格构柱单肢连接的设计验算。
　　④桩基设计计算。包括桩抗压、抗拔、软弱下卧层及桩身强度验算。
　　⑤逆作钢格构柱的设计验算。包括逆作钢格构单肢尺寸（应小于灌注桩桩径的0.7倍），确定逆作位置的最大不失稳长度，逆作钢格构柱单肢插入基桩深度设计，逆作钢格构柱的尺寸设计（见图4）。对逆作钢格构柱及单肢进行强度、整体稳定性、局部稳定性校核。

图4 南京中央商场工程所用逆作钢格构柱示意图

　　3.3基础制作
　　（1）按图3所示位置打4根φ800混凝土灌注桩，其中标高-12m以上至地面部分桩的龙骨为4根160×160×12角钢组成截面550×550mm钢格构。
　　（2）破灌注桩桩头至塔机安装标高，并进行逆作钢格构柱横缀条的首次焊接。
　　（3）在桩头上焊按与钢梁的连接钢板，各钢板的水平度误差不超过1‰，安装钢梁并控制水平度。
　　（4）各焊接部分质量验收合格后安装塔机。
　　（5）基坑土方开挖，在不超过逆作钢格构柱单肢最大失稳长度前进行破桩，并进行钢格构柱的逆作。
　　逆作钢格构柱钢梁基础作为高层基坑施工中塔机安装基础制作的一种新工艺，通过南京中央商场四期工程中的应用，说明该方法能安全有效地解决高层深基坑建筑施工中垂直运输问题。