如何设计塔吊桩基础.docx

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如何设计塔吊桩基础

XXX塔吊桩基础设计

塔吊基础关系到塔吊的使用安全，在考虑塔吊基础时，应认真对待。

当遇到软弱地基时，仅仅考虑增大基础面积是很危险的，比如一块重物放在豆腐上，一旦倾斜特别是塔吊，后果将不堪设想。

本文仅将财税业务楼项目塔吊桩基础设计作一简要说明。

1．工程概况

XXX业务楼工程位于XXX县新区，南侧为黄海路，西侧为21世纪大道，道路通畅，便利。

地基承载力较差。

±0.00相当于黄海标高5.20m。

该建筑为办公楼，占地面积约为2500m2，总建筑面积近16000m2，高15层，西侧及东侧均有附房，主楼下设有一层地下室。

框剪结构，桩基础。

房屋建筑总高50.290m。

临近塔吊基础附近的工程桩型号为：

PHC-500（120）AB-C80-12,11,11,桩顶标高－5.70m。

【桩型，桩径，桩长度，桩分节长度】

地基物理力学性质指标：

①素填土；为人工新近填土，杂色，主要由山土组成，含少量碎石，及零星块石，土质不均，松散，表层为水泥地坪。

层厚0.10-0.15m。

②粘土：

为全新世海相沉积土层，承载力特征值建议值70kpa；灰黄色－浅灰色，可塑－软塑，切面光滑有光泽，干强度中，韧性中，无遥感反应。

层厚0.3-1.3m,平均层厚0.63米,层底平均黄海标高2.28m。

承载力特征值建议值70kpa;

③淤泥及细砂层：

为全新世海相沉积土层，按其沉积特点，将该层分为5个亚层：

③－1淤泥：

灰色，流塑，具层理，土质均匀细腻。

③－2粉砂：

灰色，饱和，松散，主要由石英、长石及云母颗粒组成，砂质不纯，夹大量薄层淤泥，夹层厚1－20cm，局部呈互层状，夹层淤泥局部占近50％，夹层淤泥呈流塑状。

③－3淤泥：

灰色，流塑，具层理，土质均匀细腻；

③－4细砂：

灰色－黄灰色，饱和，稍密，主要由石英、长石及云母颗粒组成，砂质较纯，见较多贝壳碎屑，夹少量薄层淤泥，夹层厚5－10cm；

③－5淤泥：

灰色，流塑，具层理，土质均匀细腻。

④粘土：

第四纪晚更新世海相沉积土层，黄褐色，可塑－硬塑，具层理，层理面多灰蓝色，局部夹薄层细砂，夹层厚1－5cm，见零星钙质小结核，土质不均，切面光滑有光泽干强度及韧性高，无遥感反应。

⑤粘土：

第四纪晚更新世海相沉积土层，褐黄色，灰绿色，可塑－硬塑，见少量钙质结核，土质较均匀，切面光滑有光泽干强度及韧性高，无遥感反应。

⑥中砂：

第四纪晚更新世海相沉积土层，灰黄色，饱和，中密－密实，砂质不纯，主要由长石石英组成，含少量云母。

⑦粘土：

第四纪晚更新世海相沉积土层，褐黄色，可塑－硬塑，土质均，见零星铁锰质氧化物，切面光滑有光泽，干强度及韧性高，无遥感反应。

⑧粉质粘土：

第四纪晚更新世海相沉积土层，黄褐色，灰黄色，可塑硬塑，含铁锰质氧化物，切面稍有光泽，干强度及韧性高，无遥感反应。

⑨中砂：

第四纪晚更新世海相沉积土层，褐黄色，浅黄色，饱和，中密－密实，主要由长石、石英组成，砂质较纯。

⑩粘土：

第四纪晚更新世海相沉积土层，褐黄色，灰绿色，可塑－硬塑，含少量钙质土质较均。

由于塔吊基础顶面埋深为-5.250m（黄海标高2.1m）,加上基础厚度，塔吊基础底标高－6.45m，桩顶标高－6.35m。

将坐落于⑨层土上，该层以上各层地基承载力差，因此需要重新考虑塔吊基础处理。

根据房屋体形，决定采用QTZ800（5513）型号塔吊。

基础位于勘探断面3-3’;钻孔号J9,J10。

房屋基础采用PHC400（90）－C80型号管桩，桩的极限承载力为210t。

有关地质勘测报告附后

地基土承载力特征值及桩基设计参数建议值

工程名称：

XXX业务楼工程

层次

土层名称

承载力特征值建议值fak（kpa）

桩的竖向极限承载力标准值（Kpa）

3－3’

J9-J10

桩的极限端阻力qpk

桩的极限侧阻力qsik

平均厚度（m）

混凝土预制桩

水下钻孔桩

干作业钻孔桩（长螺旋）

混凝土预制桩

水下钻孔桩

干作业钻孔桩（长螺旋）

J9

J10

平均厚度

①

表土

/

/

/

/

/

/

/

1.0

1.2

1.1

②

粘土

60

15

13

13

0.7

0.5

0.6

③-1

淤泥

40

10

8

8

1.7

1.8

1.75

③-2

细砂

50

15

12

12

1.3

1.4

1.35

③-3

淤泥

40

10

8

8

1.0

0.7

0.85

③-4

细砂

90

30

28

28

1.5

1.7

1.6

③-5

淤泥

50

12

10

10

1.3

1.2

1.25

④

粘土

140

70

65

63

2.5

3.0

2.75

⑤

粘土

160

2400

600

960

85

80

75

4.40

3.7

4.05

⑥

中砂

200

3500

875

1400

75

80

75

1.1

1.6

1.35

⑦

粘土

170

2500

625

1000

73

68

65

2.0

1.9

1.95

⑧

粉质粘土

190

3500

875

1400

88

83

78

1.6

1.8

1.7

⑨

中砂

250

4200

1050

1680

80

75

70

1.2

1.1

1.15

⑩

粘土

220

3200

800

1280

86

81

76

2.2

1.8

2.0

中砂

280

4000

1000

1600

82

77

72

2.3

2.6

2.45

粘土

260

3400

850

1360

88

83

78

1.4

1.0

1.2

2．塔吊选型

根据楼房大小及需用情况，现场塔吊选用QTZ60（5410）型号。

塔吊技术参数：

（附后）

地基承载力不小于100kpa。

3．荷载

以QTZ40为例：

Fv=280KN

Fg=350KN

M=611KN·M

Fh=60KN

QTZ40塔吊基础：

QTZ40A：

塔吊自重26t;最大起重量4t;

塔吊基础自重：

（5.7×1×1.2+6×1×1.2+0.5×0.88×0.44×4×1.2）×2.4＝14.9×2.4=35.8t=35.8×9.8=350KN

4．固定式基础验算

固定式塔式起重机使用的混凝土基础的设计应满足抗倾翻稳定性和强度条件。

4.1混凝土基础抗倾翻稳定性按下式验算：

e=

QTZ40塔：

e=

m

OK!

（基础边长系按照基础立方数折成方形面积计算的，实际情况比这有利）

4.2地面压应力按下面公式计算：

式中：

e---偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离m；

M---作用在基础上的弯矩，KN·M；

Fv—作用在基础上的垂直荷载，KN,

Fh—作用在基础上的水平荷载，KN,

Fg—混凝土基础的重力，KN,

PB----地面计算压应力，KPa；

【PB】----地面许用压应力，由实地勘探和基础处理情况确定，一般取【PB】＝200－300KPa；

验算：

QTZ40塔验算：

不满足要求!

由于不满足地基承载力的要求,需要重新设计：

假定1：

基础5000×5000×1200

则基础自重：

750KN

基础边长b=5m;

e=

不满足要求！

假定2：

基础6000×6000×1200

则基础自重：

1080KN

基础边长b=6m;

e=

OK!

（考虑垫层每侧大100mm,基本满足要求）

但是，虽然通过加大基础面积，使承载力基本满足要求了，但是，由于塔吊荷载属于动荷载，结合临近房屋塔吊基础情况（小区临近3层房屋打39m长桩5根），还是认为应该加强基础承载能力，采用工程桩类型一致的桩基础（主要是考虑桩制作方便）。

假定3：

打桩（采用PHC-500（120）AB－C80管桩）-12,8（本项目工程桩型号,桩长按计算）

测算桩的长度：

仅从进入持力层的角度考虑：

滨江花园四期塔吊基础打桩最小长度

塔吊位置号

剖面图号

自－1.5m进入④层1.5m长度

计划桩长

设计院意见

备注

101＃－102＃

2－2'

3－3'

10.80m

12m

103#－104#

6－6'

7－7'

11.00

12m

107#－108#

6－6'

7-7'

11.00

12m

105#－106#

10-10'

11-11'

12.00

12m

109#－111#

10-10'

11-11'

12.00

12m

201#－202#

14-14'

17-17'

41-41'

42-42'

12.00

12m

112#－113#

16-16'

17-17'

14.20

15m

208#－209#

43-43'

44－44'

12.00

12m

114＃－115＃

20－20'

21－21'

11.50

12m

116＃－117＃

24－24'

25－25'

13.30

15m

118＃－119＃

28－28'

29－29'

11.80

12m

120＃－121＃

32－32'

33－33'

14.20

15m

桩距：

3480（45°线方向）

则单桩最大竖向承载力为：

Pmax=

桩距2461mm（水平线方向）

则单桩最大竖向承载力为：

P=

根据现场工程桩打桩结果，12米管桩进入④层土1.5m以上,承载力大于460KN。

计算单桩极限承载力标准值计算公式：

QUK=U∑qsikLi+qpk×Ap=

桩基承载力按照地基向摩阻力和桩端阻力计算承载力：

每米桩长桩接触土壤面积：

U=π×0.5×1=1.57m2

桩端面积：

Ap=πr2=π×0.52=0.79m2

各层厚度见上表：

QUK=U∑qsikLi+qpk×Ap=1.57×（10×0.85+30×1.6+12×1.25+70×2.75+85×4.05+75×1.35+73×1.95+88×1.7+80×1.15+86×2+82×（2.45-1.16））+0.79×4000=4507KN。

单桩承载力Q=0.5QUK=2250KN

塔吊基础顶面设计在标高－6.45m处（考虑塔吊的独立高度和群塔作业），塔吊基础厚1.2m。

桩顶标高位于－6.35m（黄海高程2.1m）,桩长按照。

由于②层土底标高在2.28m,基本上可以不考虑，③层土厚9.5m，④层土厚4.60m,层底标高约－15.50m。

若打12米桩，则桩的承载力为：

P=22×1.26×9.5＋30×1.26×2.5=263+95=358KN>PMAX=354KN

OK！

但安全系数小些。

如果选用15米长的桩，则P=22×1.26×9.5+30×1.26×5.5=263+208=471KN>PMAX=354KN

OK！

安全系数k=471/354=1.33

由此认为，打15米桩，使桩进入持力层④层土1.5m以上，虽然靠桩自身的承载力安全系数不高，如再考虑地基本身的承载力，我们认为此方案可保证塔吊安全。

5．实践证明：

塔吊基础使用安全。

经过主体结构施工的检验，本工程塔吊使用，没出现其他异常情况。

和临近房屋塔吊基础相比，单塔基础节约桩长24×5＝120米，节约资金12000元；总计节约14.4万元。

2006-7-14设计

2006-12-15发稿