单桩塔吊基础方案.docx

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单桩塔吊基础方案

1、工程概况

1.1、本工程为“东安花园二期保障性住房工程”，采用BT形式兴建。

本工程由九栋塔楼（五个单体）和一个幼儿园组成。

具体情况如下：

1＃、2＃楼（两栋）为一单体，17层（无地下室），塔楼最高点＋58.4m，±0.000标高相当于绝对标高15.1m（塔吊基础处排污管道底标高12.84m）；

14＃、15＃楼（两栋）为一单体，17＃楼为一单体，12＃、13＃楼（两栋）为一单体，均为18层和一层地下室，塔楼最高点均为＋60m，±0.000标高相当于绝对标高分别为15.1m、15.3m、15.5m；

10＃、11＃楼（两栋）为一单体，28层（无地下室），塔楼最高点＋93.9m，±0.000标高相当于绝对标高15.7m。

1.2、塔吊的现场布置原则：

综合考虑现场平面覆盖、材料的垂直运输需求及安装、附墙、运转、拆除的方便，满足施工工艺的要求；基础避让承台、地梁和管道。

1.3、根据上述布置原则，本工程设置4台塔吊，其中4#塔吊QTZ63（5013）附着在11#楼，覆盖10#、11#楼。

（详见附图2“塔吊平面布置图”）。

2、编制依据

2.1《塔式起重混凝土基础工程技术规程》（GB/T187-2009）；

《地基基础设计规》（GB50007-2002）；

《建筑结构荷载规》（GB50009-2001）；

《建筑安全检查标准》（JGJ59-2011）；

《混凝土结构设计规》（GB50010-2002）；

《建筑桩基技术规》（JGJ94-2008）

本工程《岩土工程勘查报告》；

本工程结构施工图纸。

2.2、市南海高达建筑机械提供的《QTZ63（5013|）塔式起重机使用说明书》；

2.3、工程施工现场实际情况。

3、塔吊基础形式选择

按照“分区布塔、全面覆盖、满足吊次、经济合理”的原则，合理布置塔吊位置，以保证施工工作面基本在塔吊的覆盖围之，且能满足钢筋、模板等现场材料的水平、垂直运输需求，同时应考虑安装、附臂、运转、拆除的方便和满足地基承载能力。

依据市南海高达建筑机械提供的塔吊资料：

4#塔吊QTZ63（5013）基础标准尺寸为：

长×宽×厚=4500×4500×1400mm，下设1根直径1400的钻孔灌注桩，有效桩长20m，基础顶面标高为14.80m（详见附图1-图三）。

考虑后期主体结构及塔吊最大自由高度的影响，基础混凝土浇筑完毕后待混凝土强度达到90%（以同条件混凝土试块抗压强度报告为准）方可进行塔吊安装。

施工期间要充分保证塔基混凝土养护工作，以尽快进入塔吊安装，保证基础胎模施工时塔吊投入使用。

4、塔吊基础受力验算

4.1、4#塔吊计算书如下：

1.计算参数

（1）基本参数

采用1台QZT63（5013）塔式起重机，塔身尺寸1.63m,基坑开挖深度-2.10m；现场地面标高0.00m,承台面标高-0.70m；采用钻（冲）孔基础，地下水位-6.00m。

（2）计算参数

1）塔机基础受力情况

荷载工况

基础荷载

P（kN）

M（kN.m）

Fk

Fh

M

MZ

工作状态

420.00

35.00

1450.00

200.00

非工作状态

240.00

35.00

1500.00

0

比较桩基础塔机的工作状态和非工作状态的受力情况，塔机基础按非工作状态计算如图

Fk=240.00kN，Fh=35.00kN，M=1500.00+35.0×1.30=1545.50kN.m

Fk‘=240.00×1.35=324.00kN，Fh，=35.00×1.35=47.25kN

Mk=（1500.00+35.0×1.30）×1.35=2086.43kN.m

2）桩顶以下岩土力学资料

序号

地层名称

厚度

极限侧阻力

岩石饱和单轴抗压强度

qsik*ιi

抗拔系数

λiqsik*ιi

L（m）

标准值qsik（kPa）

标准值frk（kPa）

（kN/m）

λi

（kN/m）

1

填土

4.80

8.00

38.40

0.40

15.36

2

粉质粘土

0.60

26.00

15.60

0.70

10.92

3

粘性土

6.00

35.00

210.00

0.70

147.00

4

粉土

5.90

20.00

118.00

0.70

82.60

5

中砂

2.30

25.00

57.50

0.50

28.75

6

强风化砾岩

0.40

80.00

3200.00

32.00

0.70

22.40

桩长

20.00

∑qsik*ιi

471.50

∑λiqsik*ιi

307.03

3）基础设计主要参数

基础桩采用1根φ1600钻（冲）孔灌注桩，桩顶标高-2.00m，桩端不设扩大头，桩端入强风化砾岩0.40m；桩混凝土等级C30，fC=14.30N/mm2,EC=3.00×104N/mm2；ft=1.43N/mm2，桩长20.00m；钢筋HRB335,fy=300.00N/mm2,Es=2.00×105N/mm2

承台尺寸长（a）=4.50m、宽（b）=4.50m、高（h）=1.40m；桩中心与承台中心重合,承台面标高-0.70m；承台混凝土等级C35,ft=1.57N/mm2,fC=16.70N/mm2,γ砼=25kN/m3。

Gk=abhγ砼=4.50×4.50×1.40×25=708.75kN

2.桩顶作用效应计算

（1）轴心竖向力作用下：

Nk=（Fk＋Gk）/n=（240.00+708.75）/1=948.75kN

（2）水平力作用下：

Hik=Fh/n=35.00/1=35.00kN

3.桩基竖向承载力验算

（1）单桩竖向极限承载力标准值计算

hr=0.40m,d=1.60m=1600mm,hr/d=0.40/1.60=0.25,查表得，ζr=0.55

Ap=πd2/4=3.14×2.56/4=2.01m2

Qsk=u∑qsiki=πd∑qsiai=3.14×1.60×471.50=2368.82kN

Qrk=ζrfrkAp=0.55×3200×2.01=3537.60kN，Quk=Qsk+Qsk=2368.82+3537.60=5906.42kN

Ra=1/KQuk=1/2×5906.42=2953.21kN

4.桩基竖向承载力计算

轴心竖向力作用下

Nk=948.75kN＜Ra=2953.21kN,竖向承载力满足要求。

5.桩基水平承载力验算

（1）单桩水平承载力特征值计算

αE=Es/Ec=2.00×105/3.00×104=6.67,γm=2,ζN=0.50

ρg=0.2+（2000-1600）/（2000-300）×（0.65-0.2）=0.31%

Wo=πd/32[d2＋2（ES/EC－1）ρgd02]

=3.14×1.60/32×（1.602+2×（6.67-1）×0.31%×（1.60-2×0.10）2）=0.41m3

Io=Wod/2=0.41×1.60/2=0.33m4

EI=0.85ECIo=0.85×3.00×107×0.33=8415000kN.m2

查表得:

m=35.00×103kN/m4，bo=0.9（d+1）=2.34m

α=（mbo/ECI）0.2=（35.00×1000×2.34/8415000）0.2=0.40

αL=0.40×20.00=7.92＞4，按αL=4查表得:

Vm=0.768

Nk=（Fk’＋1.2Gk）/n=（324.00+1.2×708.75）/1=1174.50kN

An=πd2/4[1＋（Es/Ec-1）Pg]=2.01×（1+5.67×0.31%）=2.05m2

RHa=（0.75×αγmftW0/Vm）（1.25+22ρg）（1+ζNN1k/γmftAn）

=（0.75×0.40×2×1.43×1000×0.41／0.768）

×（1.25+22×0.31/100）×[1+0.50×1174.50/（2×1.43×1000×2.05）]=60.58kN

（2）桩基水平承载力

Hik=35.00kN＜Rha=60.58kN,水平承载力满足要求。

6.抗拔桩基承载力验算

（1）抗拔极限承载力标准值计算

Tgk=1/nu1ΣλiqsikLi=1.60×4×307.03=1964.99kN

Tuk=ΣλiqsikuiLi=307.03×3.14×1.60=1542.52kN

（2）抗拔承载力计算

Ggp=Ggp1＋Ggp2=4.50×4.50×3.90×18.80/1＋4.50×4.50×16.00×（18.80-10）/1

=4335.93kN

Gp=Gp1＋Gp2=3.14×0.8×0.8×4.00×25＋3.14×0.8×0.8×16.00×（25-10）=683.26kN

Tgk/2+Ggp=1964.99/2+4335.93=5318.43kN，Tuk/2+Gp=1542.52/2+683.26=1454.52kN

7.抗倾覆验算

单桩承台塔吊基础在组合承台后，类似于悬臂桩

故采用静力平衡法确定单桩倾覆转点，即桩身最大弯矩处：

依据《建筑桩基础技术规》（JGJ94-2008）的第5.4.5条，

（1）计算桩的水平变形系数（1/m）:

其中m──地基土水平抗力系数；

b0──桩的计算宽度，b0=2.16m。

E──抗弯弹性模量，E=0.67Ec=18760.00N/mm2；

I──截面惯性矩，I=0.19m4；

经计算得到桩的水平变形系数:

=0.341/m

（2）计算Dv:

Dv=119.98/（0.34×5042.40）=0.07

（3）由Dv查表得：

Km=1.01

（4）计算Mmax:

经计算得到桩的最大弯矩值:

Mmax=2086.43×1.01=2107kN.m。

由Dv查表得：

最大弯矩深度z=0.32/0.34=0.91m。

bi=4.50/2=2.25m

倾覆力矩M倾=M＋Fhh=1500.00+35.00×（1.3+0.91）=1549.00kN.m

抗倾覆力矩M抗=（Fk＋Gk）bi＋（Tuk/2+Gp）bi

=（240.00+708.75）×2.25+（1542.52/2+683.26）×2.25=5407.36kN.m

M抗/M倾=5407.36/1549.00=3.49

抗倾覆验算3.49＞1.6,满足要求。

8.桩身承载力验算

（1）正截面受压承载力计算

Nk=（Fk’＋1.2Gk）/n=（324.00+1.2×708.75）/1=1174.50kN

Ψc=0.70,ΨcfcAp=0.70×14.30×1000×2.01=20120.10kN

正截面受压承载力=20120.10kN＞NK=1174.50kN,满足要求。

（2）配筋计算

采用HRB335钢筋,fy=300.00N/mm2,按照配筋率ρ=ρg=0.31%计算：

As1=ρAP=0.31%×2.01×106=6231mm2

桩身钢筋抗拔计算

As2=2M倾/dfy=2×1549.00×106/（1600×300）=6454mm2

比较As1和As2,按As2配筋，取2718，As=27×254=6858mm2>AS2=6454mm2（满足要求）

9.承台受冲切承载力验算

只考虑塔身边冲切承载力计算

Fι=F－1.2ΣQik=Fk’=324.00kN，ho=1.40-0.10=1.30m=1300mm

βhp=1.0+（2000-1400/（2000-800）×（0.9-1.0）=0.95

а0=（4.50-1.63）/2=1.44m,λ=а0/ho=1.44/1.30=1.11

β0=0.84/（1.11+0.2）=0.64

um=4×（1.63+1.44）=12.28m

βhpβ0umftho=0.95×0.64×12.28×1.57×1000×1.30=15238.60kN

承台受冲切承载力=15238.60kN＞Fk=324.00kN,满足要求。

10.承台受剪切承载力计算

V=Nk’=Fk’/n=324.00/1=324.00kN

βhs=（800/ho）1/4=（800/1300）0.25=0.89,λ=а0/ho=1.44/1.30=1.11

α=1.75/（λ+1）=1.75/（1.11+1）=0.83,b0=4.50m=4500mm

βhsαftb0ho=0.89×0.83×1.57×1000×4.50×1.30=6784.59kN

承台受剪切承载力=6784.59kN＞V=324.00kN,满足要求。

11.承台配筋计算

（1）承台弯矩计算

Ni=Fk=324.00kN，xi=0.80m

M=Nixi=324.00×0.80=259.20kN.m

（2）承台配筋计算

基础采用HRB335钢筋，fy=300N/mm2,最小配筋率ρ=0.15%计算配筋

As1=M/0.9fyho=259.20×106/（0.9×300×1300）=738mm2

As2=ρbho=0.0015×4500×1300=8775mm2

比较As1和As2，按As2配筋,取2325193mm（钢筋间距满足要求）

As=23×491=11293mm2

承台配筋面积=11293mm2＞8775mm2,满足要求。

12.计算结果

（1）基础桩

1根φ1600钻（冲）孔灌注桩，桩端不设扩大头,桩顶标高-2.00m，桩长20.00m，桩端入强风化砾岩0.40m；桩混凝土等级C30,桩身钢筋采用2718,箍筋采用φ10mm250mm。

（2）承台

长（a）=4.50m、宽（b）=4.50m、高（h）=1.40m；桩中心与承台中心重合，承台面标高-0.70m；混凝土等级C35,承台底钢筋采用双向2325193mm。

5、施工要求

5.1、混凝土浇筑

塔吊基础钢筋、防雷接地和固定支脚的位置、标高和垂直度经检查符合要求后，才能进行混凝土浇筑；（固定支脚由厂家派专业人员到场预埋，其预埋要求和防雷接地要求详见《使用说明书》）。

为保证尽早安装塔吊，塔吊基础采用C35强度等级的混凝土，达到设计要求的90%方能进行塔吊安装，必须以同条件试块试验结果为准。

砼浇筑前，对班组进行详细的施工技术交底，砼浇筑实行挂牌制，谁浇筑的部位就由谁负责砼的浇筑质量，确保砼质量达到实外光。

同时，专人负责做好砼表面层养护工作，避免出现干缩龟裂现象。

浇筑面应清理干净，踩蹋变形的钢筋应在砼浇筑前复位。

混凝土浇筑时，密切注意观察钢筋、支座有无移位的情况，当发现有位移时，必须立即停止浇筑并及时修整，处理满足允许偏差要求方可再继续浇筑。

混凝土浇筑时，塔吊基础上表面除塔身围平整度严格要求外，自塔身围向周边找坡，水流向四周排水沟，最终汇于集水坑，避免地脚螺栓泡水。

砼浇筑若遇雨天，应及时与预拌砼供应商联系，及时调整砼配合比。

同时，现场应备足防雨蓬布，做好雨天已浇砼保护工作。

混凝土浇筑时留设三组同条件试块，一组测7d强度、一组测10d强度、一组备用，如果试块抗压强度结果满足31.5MPa要求，即可进行塔吊安装。

5.2、混凝土的养护

混凝土浇筑后洒水养护，不少于7d，保证混凝土表面不干燥。

5.3、对基础的要求

1、当基础混凝土强度达到设计强度的95%以上时，方可进行塔吊的安装；

2、基础表面平整度允许偏差5mm；

3、埋设件的位置、标高和垂直度必须严格按照塔吊租赁单位的说明书要求进行施工，具体如下；

①四个支脚的同一高度尺寸的四个销孔中心线应在同一平面，允许偏差≤孔间距的1/6500，四个孔两两之间的绝对偏差值≤0.3mm。

②露出基础上皮尺寸150mm，允许偏差为±5mm。

③支脚主角钢垂直度允许偏差≤1/1000。

④基础表面平整度在支脚2000×2000mm围≤3mm。

⑤固定支脚附近钢筋不得减少和断开。

5.4、塔吊安装高度要求

塔吊首次安装高度应高过覆盖围建筑不小于15米、不大于说明书指定高度，再升高前，应提前根据说明书进行附墙，附墙后方可进行顶升。

6、沉降观测

塔吊基础施工后、塔吊安装前在基础外边四角偏200mm处用红色油漆标出四个红十字，为塔吊基础沉降观测点。

同时在塔吊使用期间，做好对1#、2#塔吊外基坑上口的沉降监测。

塔吊在安装前进行先进行第一次观测，并将观测结果做好记录；塔吊安装后进行第二次观测，以后每两周观测一次，附臂顶升后和大风、大雨后加测一次。

沉降观测注意事项：

为保证观测成果的正确性，如实反映出建筑物观测情况，确保工程施工、使用安全应做到五固定：

（1）固定人员观测和整理成果

（2）固定使用水准仪及水准塔尺

（3）使用固定的水准点

（4）观测路线固定

（5）固定的外界条件。

观测过程发现沉降不均匀或局部数据过大，立即上报技术部、安全部，经过核实处理、确保安全后塔吊方可继续作业。

附图：

1、塔吊基础定位图及剖面图

2、塔吊平面布置图

QTZ63塔吊基础配筋图