塔吊基础设计施工方案1.docx
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塔吊基础设计施工方案1
绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程
塔
吊
基
础
设
计
施
工
方
案
浙江中成建工集团有限公司
二○一一年三月
塔吊基础设计施工方案
一、工程概况
绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程位于镜湖新区解放北路以西,洋江西路以北绍兴体育公园北区基地东南角,建筑西接射击馆,东南两侧临水,东侧隔水有城市高架路,北侧为规划道路。
总建筑面积约72010平米,其中地上建筑面积54029平米,地下建筑面积17981平米。
体育馆部分为地上1层局部4层,最高点高度33.5米,檐口高度为30.0米,会展馆部分为地上2层地下1层,最高点高度30.0米,檐口高度为21.05米。
三、编制依据
1、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002);
2、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
3、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008);
4、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001);
5、《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
6、《塔式起重机安全规程》(GB5144-2006);
7、《工程测量规范》(GB50026-2007);
8、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009);
9、《固定式塔式起重机基础技术规程》(DB-T1053-2008);
10、中国航空规划建设发展有限公司提供的建筑、结构设计图纸;
11、浙江山川有色勘察设计有限公司提供的基坑支护图纸;
12、浙江山川有色勘察设计有限公司提供的岩土工程勘察报告;
13、七台塔式起重机使用说明书。
三、塔吊选择
在基础施工、主体钢结构吊装阶段,工程体量很大,需安装塔吊完成垂直和水平运输。
选择6台塔吊安装在基坑外、1台塔吊安装在基坑内(塔身尺寸中心均为1.50m×1.50m,塔吊臂长为55m),可以有效覆盖作业区和加工区,施工能力能满足工程需要。
坑内塔吊位置避开基础梁、承台、楼层框架梁;坑外塔吊位置避开主体外脚手架和建筑物檐口,能保证使用完毕后顺利拆除下来,不与外脚手架、建筑物发生冲突现象。
(详见塔吊平面布置图)
四、坑内1#塔吊基础设计
1#塔吊基础设计的思路是确定好塔吊的位置后,采用钻孔灌注桩(φ800,25m)+钢格构柱(11.4m)+封口板(-550×550×30mm钢板),基础顶标高为-1.600m。
1、1#塔吊位置岩土力学资料
1#塔吊桩基础土层分布情况(7C-7C’地质剖面图Z93孔)
层号
土层名称
土层厚度(m)
侧阻力
qsia(KPa)
端阻力
qpa(KPa)
抗拔系数
1-2
粉质粘土
2.2
12
/
/
2-1
(淤泥质)粉质粘土
0.8
8
/
0.75
3
淤泥质粘土
11.5
5
/
0.75
5
淤泥质粘土
2.7
8
/
0.75
6
粘土
10.8
28
/
0.75
8-1
粘土
6.0
30
500
0.75
备注:
考虑到塔吊桩基承受较大的荷载,我们选择8-1层粘土作为硬持力层。
1#塔吊桩顶标高取至塔吊承台底标高,从3层淤泥质粘土开始计算,进入8-1层粘土2.0m。
2、塔吊基础作用荷载工况
QTZ63C(5510)塔吊独立高度下基础作用荷载工况
荷载工况
基础荷载
P(kn)
M(kn.m)
竖向力
Fk
水平力
Fh
倾覆弯矩
M
扭矩
Mz
工作状态
513
24.5
1252
67.0
非工作状态
434
73.5
1796
-
3、塔吊基础设计
基础桩:
根据塔吊的现场使用及场地环境要求,塔吊基础下施工钻孔灌注桩4根,桩径800,有效桩长分别为L=25m,纵向钢筋10Φ18,通长设置,螺旋箍筋Φ8@150/250,加强箍筋Φ12@2000。
格构柱:
在每根钻孔灌注桩的上部插入450×450格构柱(钢构柱底部埋入塔吊桩顶以下长度2.0m),内部L140×10角钢@1500柱间支撑,外周L140×10角钢@1500柱间支撑(详见附图)。
材料:
钻孔桩混凝土为水下C30,钢筋为Ⅱ级,角钢为Q235。
塔吊基础位于基坑内,钢格构柱与底板交接位置设止水片并与底板整浇、与顶板交接位置留设施工缝(坑内塔吊施工缝设置在消防通道位置,12-13/J-K轴,采用桩+钢格构柱+转换平台的形式;)并设止水钢板(待塔吊拆除后浇砼)。
3.1、塔吊钻孔灌注桩承载力计算
塔吊基础的竖向力和弯矩计算,桩基础按非工作状态进行考虑:
Fk=434kn;Mk=1796kn·m
3.2、钻孔灌注桩单桩承受荷载
(注:
n为桩根数,a为塔身宽)
带入数据,得塔吊桩最大压力与拔力如下:
单桩最大压力标准值:
Qik压=955.3kN
单桩最大拔力标准值:
Qik拔=-738.3kN
3.3、钻孔灌注桩承载力计算
两台塔吊各4颗塔吊桩顶标高取至地下室底标高,从基础底板垫层底开始计算,进入8-1号土层1.0m,其塔吊桩单桩极限承载力特征值分别计算如下:
塔吊桩直径取Ф800,塔吊有效桩长均为L=25m;根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)8.5.5条:
1.单桩竖向承载力特征值计算公式:
式中:
Ra---单桩竖向承载力特征值;
qpa,qsia---桩端端阻力,桩侧阻力特征值;
Ap---桩底端横截面面积,Ap=0.5027㎡;
up---桩身周边长度,up=2.513m;
li---第i层岩土层的厚度。
经计算:
Ra=2.513×(10×5+2.7×8+10.8×28+2×30)+0.5027×500=1342KN
进行验算如下:
Q压max=955.3KN<Ra=1342KN,塔吊桩基抗压承载力满足要求。
2.单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式:
式中:
Ra,---单桩竖向承载力特征值;
λi---桩周i层土抗拔承载力系数;
Gpk---单桩自重标准值
经计算:
Ra'=2.513×(10×5+2.7×8+10.8×28+2×30)×0.75+(25-10)×0.5027×25=1006KN>Q拔max=738.3KN
满足要求。
3.4、桩身混凝土强度(即抗压验算)
本基础桩基砼选用混凝土水下C30。
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第8.5.9条公式:
式中:
fc--混凝土轴心抗压强度设计值;按现行《混凝土结构设计规范》取值,该工程选用水下C30砼,fc=14.3N/m2;
Q--相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;
Ap--桩身横截面积,该式Ap=0.5027m2;
ψc---工作条件系数,本工程为水下灌注桩,取0.6。
经计算:
ApfcΨc=0.5027×14.3×103×0.6
=4313.2KN>Qik压=1.2×955.3=1146.4KN
满足要求。
3.5、灌注桩桩身配筋与格构柱抗拔验算
(1)桩身受拉钢筋配置(即抗拔验算):
由N≤fyAs
As≥N/fy=(738.3×103)/300=2461mm2
选用10根Φ18钢筋,即AS=10×254.34=2543.4mm2>2461mm2
(2)格构柱抗拔验算:
4L140x10,A=4×2737=10948mm2,远大于受拉钢筋面积,满足要求。
3.6、单肢格构柱截面验算
已知:
N=955.3KN格构柱的计算长度lox=4.6m
角钢选用4L140×10,缀板为400×200×10,截面尺寸为450×450
按轴心受压构件进行验算
3.6.1、格构柱力学参数
L140x10
A=27.37cm2i=4.34cmI=514.7cm4z0=3.82cm
每个格构柱由4根角钢L140x10组成,格构柱力学参数如下:
Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[514.7+27.37×(45.0/2-3.82)2]×4=40261cm4;
An1=A×4=27.37×4=109.48cm2;
W1=Ix1/(b1/2-z0)=40261/(45.00/2-3.82)=2155.3cm3;
ix1=(Ix1/An1)0.5=(40261/109.48)0.5=19.18cm;
3.6.2、格构柱平面内整体强度
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第5.1.1条:
σ=Nmax/An1=1.2×955.3×103/(109.48×102)=104.7N/mm2单肢格构柱平面内整体强度满足要求。
3.6.3、格构柱整体稳定性验算
L0x1=lo=9.0m;
λx1=L0x1×102/ix1=9.0×102/19.35=46.5;
单肢缀板节间长度:
a1=500m;
λ1=L1/i=50/3.83=13.1,λ1≤40且λ1≤0.5λmax
λ0x1=(λx12+λ12)0.5=(46.52+13.12)0.5=48.32;
查表:
Φx=0.865;
Nmax/(ΦxA)=1.2×955.3×103/(0.865×109.48×102)=121.1N/mm2单肢格构柱整体稳定性满足要求。
3.6.4、格构柱缀板的验算
缀板柱可视为一多层框架(肢件视为框架立柱,缀板视为横梁),缀板尺寸为400×200×10mm,焊缝hf=10mm。
缀板内力计算如下:
剪力:
T=
其中V1=V/2,V=
=26.5KN
则T=
=14.7KN
弯矩(与肢件连接处):
M=T·
=3.31KN·m
T=14.7KNδ=
=3.31×106/W=49.65N/mm2满足要求。
3.7、整体格构柱基础验算
已知标准值:
Fk=434KN,Mk=1796KN·m
格构柱的计算长度lox=4.6m,截面尺寸为1500×1500
按压弯构件进行验算
3.7.1、格构柱基础力学参数
单肢格构柱力学参数:
Ix1=40261cm4An1=109.48cm2
W1=2155.3cm3ix1=19.18cm
格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的,整个基础的力学参数:
Ix2=[Ix1+An1×(b2×102/2-b1×102/2)2]×4=[40261+109.48×(1.5×102/2-0.45×102/2)2]×4=1368061cm4;
An2=An1×4=109.48×4=437.92cm2;
W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=1368061/(1.5×102/2-0.45×102/2)=26058.3cm3;
ix2=(Ix2/An2)0.5=(1368061/437.92)0.5=55.89cm;
3.7.2、格构柱基础平面内整体强度
σ=N/An+Mx/(γx×W)
=1.2×434×103/(437.92×102)+1.4×1796×106/(1.0×26058.3×103)
=135.2N/mm2格构式基础平面内稳定满足要求。
3.7.3、格构柱基础整体稳定性验算
计算长度:
L0x2=2lo=2×4.6=9.2m(当作悬臂构件进行计算);
λx2=L0x2/ix2=9.2×102/55.89=32.2;
An2=437.92cm2;
Ady2=2×27.37=54.74cm2;
λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(32.22+40×437.92/54.74)0.5=36.8;
查表:
φx=0.910;
NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22=3.142×206×103×437.92×102/1.1×32.22
=1.45×105KN
σ=N/(φxA)+βmxMx/[Wlx(1-φxN/NEX)]
=1.2×434×103/0.910×43792+1.4×1796×106/26058300
=128.8N/mm2≤f=215N/mm2;
格构式基础整体稳定性满足要求。
3.7.4、刚度验算
λmax=λ0x2=36.8<[λ]=150满足;
单肢计算长度:
l02=a2=150cm;
单肢回转半径:
ix1=19.18cm;
单肢长细比:
λ1=l02/ix1=150/19.18=7.82<0.7λmax=0.7×33.67=23.6;
刚度满足要求。
3.8、封口板及焊缝强度验算
(1)封口板厚度验算
q=908.1×103/420×420=5.15N/mm2
按两边支承进行计算:
M=βqa2=0.111×5.15×2252=28.94KN·mm
t=(6M/f)0.5=(6×28.94×103/215)0.5=28.4mm
按四边支承进行计算:
M=αqa2=0.048×5.15×2252=12.5KN·mm
t=(6M/f)0.5=18.9mm
所以,封口板厚度我们取30mm。
(2)焊缝强度验算
封口板采用-550×550×30,加劲肋-550×400×16与封口板双面焊,四周设置缀板-200×400×16与封口板单面焊接。
格构柱角钢型号为L140×10,焊缝高度最大为1.2t=12mm,本工程焊缝高度为10mm。
格构柱与封口板焊缝长为lw=200×8+267×2+550=2684mm
σf=N/helw=738.3×103/0.7×10×2684=39.3N/mm2
τf=F/helw=85×103/0.7×10×2684=4.5N/mm2
σ=
=
=32.5N/mm23.9、塔吊柱脚M32高强螺栓连接
每个塔吊柱脚与封口板均采用2颗M32高强螺栓连接,垫片均采用100×100×50mm钢板,能满足塔吊抗拔要求。
五、坑外2#~7#塔吊基础设计
1、塔吊基础设计思路
2#~7#塔吊设计的思路是确定好塔吊的位置后,采用钻孔灌注桩(φ600,25m)+承台的形式(4.5m×4.5m×1.35m),基础顶标高为-4.700m。
2、岩土力学资料
塔吊桩基础土层分布情况(选择15A-15A‘地质剖面图Z69孔统筹考虑)
层号
土层名称
土层厚度(m)
侧阻力
qsia(KPa)
端阻力
qpa(KPa)
抗拔系数
1-1
粉质粘土
0.4
/
/
/
1-2
粉质粘土
1.8
12
/
/
2-2
粉质粘土
2.0
12
/
0.75
3
淤泥质粘土
7.6
5
/
0.75
4-1
淤泥质粘土
4.5
24
/
0.75
6
粘土
12.0
28
/
0.75
8-1
粘土
6.2
30
500
0.75
备注:
考虑到塔吊桩基承受较大的荷载,我们选择8-1层粘土作为硬持力层。
塔吊桩顶标高取至塔吊承台底标高-6.200开始计算,进入8-1层粘土2m。
3、塔吊基础作用荷载工况
根据说明书,混凝土基础所受最大荷载如下:
Fk=710kn;Mk=1900kn·m;Fh=80kn
4、塔吊基础设计
基础桩:
根据塔吊的现场使用及场地环境要求,塔吊基础下施工钻孔灌注桩4根,桩径600,间距为3000mm,有效桩长分别为L=25m,纵向钢筋10Φ18,通长设置,螺旋箍筋Φ8@150/250(桩顶5D范围内加密为Φ8@150),加强箍筋Φ12@2000。
混凝土承台:
尺寸为4500×4500×1350mm。
材料:
钻孔桩混凝土为水下C30,砼强度等级为C35,钢筋为Ⅱ级,角钢为Q235。
塔吊基础位于基坑边,基础周边土体按原设计放坡并打设三道土钉。
4.1、塔吊钻孔灌注桩承载力计算
塔吊基础的竖向力和弯矩计算,桩基础按非工作状态进行考虑:
Fk=434kn;Mk=1796kn·m;G=4.5×4.5×1.35×25=683.4KN
4.2、钻孔灌注桩单桩承受荷载
(注:
n为桩根数,a为塔身宽)
带入数据,得塔吊桩最大压力与拔力如下:
单桩最大压力标准值:
Qik压=702.7kN
单桩最大拔力标准值:
Qik拔=-144kN
4.3、钻孔灌注桩承载力计算
塔吊各4颗塔吊桩顶标高取至地下室底标高,从塔吊承台垫层底开始计算,进入8-1土层2.0m,其塔吊桩单桩极限承载力特征值分别计算如下:
塔吊桩直径取Ф600,塔吊有效桩长均为L=25m;根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)8.5.5条:
(1).单桩竖向承载力特征值计算公式:
式中:
Ra---单桩竖向承载力特征值;
qpa,qsia---桩端端阻力,桩侧阻力特征值;
Ap---桩底端横截面面积,Ap=0.2826㎡;
up---桩身周边长度,up=1.884m;
li---第i层岩土层的厚度。
经计算:
Ra=1.884×(7×5+4.5×24+12×28+2×30)+0.2826×500=1156.8KN
进行验算如下:
Q压max=702.7KN<Ra=1156.8KN,塔吊桩基抗压承载力满足要求。
(2).单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式:
式中:
Ra,---单桩竖向承载力特征值;
λi---桩周i层土抗拔承载力系数;
Gpk---单桩自重标准值
经计算:
Ra'=1.884×(7×5+4.5×24+12×28+2×30)×0.75+(25-10)×0.2826×25=867.6KN>Q拔max=144KN
满足要求。
4.4、桩身混凝土强度(即抗压验算)
本基础桩基砼选用混凝土水下C30。
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第8.5.9条公式:
式中:
fc--混凝土轴心抗压强度设计值;按现行《混凝土结构设计规范》取值,该工程选用水下C30砼,fc=14.3N/m2;
Q--相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;
Ap--桩身横截面积,该式Ap=0.5027m2;
ψc---工作条件系数,本工程为水下灌注桩,取0.6。
经计算:
ApfcΨc=0.5027×14.3×103×0.6
=4313.2KN>Qik压=702.7KN
满足要求。
4.5、灌注桩桩身配筋抗拔验算
桩身受拉钢筋配置(即抗拔验算):
由N≤fyAs
As≥N/fy=(144×103)/300=480mm2
选用10根Φ18钢筋,即AS=10×254.34=2543.4mm2>480mm2
4.6、混凝土承台验算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。
ho──承台的计算高度Hc-50.00=1200mm;
fy──钢筋受拉强度设计值,fy=300N/mm2;
M=1900KN.m
经过近似计算得:
Asx=Asy=1900×106/(0.95×1300×300)=5128.2mm2。
实际配筋为双层双向
20@150(AS=8373.3mm2),满足要求。
六、塔吊基础施工要求及注意事项
6.1、1#塔吊基础施工
1、制作钢构柱所用型钢,应有产品合格证,不能变折、扭曲变形、有裂纹、油渍或严重锈蚀。
下料、焊接尺寸应准确。
应采取对称电焊,自然冷却。
2、钻孔桩桩主筋均与钢构柱焊接,焊接间距@200,单面焊长度L=100,hf≥8mm。
钢构柱放入桩孔时,应保持垂直,相邻的塔吊桩和钢构柱中心距应控制在1.5m,桩柱中心对角线控制在2.12m。
相邻柱的截面边线应保证在一条直线上,四根柱顶标高一致。
3、每台塔吊的4根桩的成孔开始时间应在相邻桩砼浇注完成的48小时后,每根塔吊钻孔桩超灌不少于1.0m。
4、基坑土方开挖过程中,自柱顶开始,塔吊周边土方每次开挖深度不得超过2m,并在开挖后立即焊上四面的水平连接杆和斜撑杆。
挖土时严禁挖机碰撞钢构柱及塔身。
5、地下室内的桩顶标高以上、柱身内外的砼须轻轻削除,防止钢构柱受力过大变形。
钢构柱型钢上不得擅自开孔、割,搭设支模架等。
6、塔吊在使用过程中应定时检查塔身垂直度,钢构柱各部位焊缝情况,发现异常应立即停止使用,采取措施校正、加固。
6.2、2#~7#塔吊基础施工
1、塔吊基础做在基坑支护放坡的底部,上部按支护图纸放坡+土钉处理,防止出现塌方;
2、按控制轴线引测塔吊基础桩位置线、控制线及地脚螺栓予埋件定位线,施工时按线进行施工;
3、钢筋按图进行下料,施工时及时做好隐蔽工程验收纪录和相关技术资料;
4、予埋地脚螺栓位置的基础钢筋不得切断或减少;
5、塔吊基础桩基施工质量控制要求同工程桩。