塔吊基础方案.docx
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塔吊基础方案
河源市商业中心二期住宅工程
塔
吊
基
础
专
项
施
工
方
案
广东强雄建设集团有限公司
一、编制依据
1、本工程桩基础施工设计图纸、勘察报告
2、中联QTZ80（TC6012、6013、6510）塔吊使用说明书
3、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
4、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）
5、《地基基础设计规范》（GB50007-2011）
6、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
7、《建筑安全检查标准》（JGJ59-2011）
8、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
9、《塔式起重机》GB/T5031-2008
二、工程概况
本工程位于河源市文祥路东、永康大道以南，总用地面积58594.2㎡，总建筑面积约21万㎡，地下二层，上部主体建筑由10栋高层住宅楼组成，其中1栋、2栋、3栋，9栋、10栋总层数为31层，一、二层为商业，定性为商住楼；7栋、8栋总层数为31层，一层为商业服务网点，定性为住宅楼；4栋、5栋、6栋总层数为31层，为底层架空住宅楼；建筑防火分类为一类高层建筑，耐火等级为一级，屋面防水等级为2级。
地下室为停车库，另有高低压配电室、发电机房、弱电机房、通风机房等，地下二层局部设二等人员隐蔽部及人防电站。
本工程采用的高程体系为1985国家高程，设计标高±0.000等于绝对标高值60.300m。
三、塔吊选型及位置确定
塔吊定位首先要考虑将塔楼范围覆盖，地下车库部分尽量覆盖；其次，为保证塔吊安全，塔吊宜尽量缩短附墙长度，附墙宜附着于剪力墙上，若附墙安装与梁或者楼板处必须对结构进行加固，附墙安装位置要求既利于附墙安装及拆卸，又要对后续工序造成影响最小；再次，要利于塔吊安装及拆除。
按照上述原则，计划安装5台塔吊如下：
表1塔吊位置及安装选型
序号
编号
塔吊位置
选型
塔吊臂长
立塔高度
1
1#塔吊
9栋9-11~9-15轴X=30253.681/Y=51765.609
TC6012-6
60m
122m
2
2#塔吊
1栋1-11~1-13轴X=30166.347/Y=51831.279
TC6013A-6
60m
125m
3
3#塔吊
3栋3-8~3-11轴X=30057.883/Y=51840.088
TC6012-6
60m
122m
4
4#塔吊
7栋7-8~7-11轴X=30208.060/Y=51898.686
TC6510-6
65m
125m
5
5#塔吊
6栋6-F~6-L轴X=30296.492/Y=51842.418
TC6510-6
65m
122m
塔吊定位与附图所示位置，塔吊承台与主楼承台关系见附图。
四、基础设计
承台按说明书制作要求施工，由于塔吊承台定位于地下室内，考虑到附近有主楼结构承台，为保证不互相影响，承台顶面标高与基础底板垫层底标高保持一致，塔机基础面标高统一为-9.5m（绝对标高50.6m）。
4.1、1#塔机基础设计深度1.4m，经现场实际开挖，结合地勘报告ZK4确定，塔机基础底下（绝对标高49.2）土质自上而下为：
1、含砾粉质粘土，土层厚度0.8米；
2、全风化沙砾岩，土层厚度4.8米；
3、强风化沙砾岩，土层厚度8.2米。
4、中风化沙砾岩，土层厚度6.9米。
根据结构桩基设计图纸，直径1400mm的旋挖桩，强度等级C30，入中风化岩层6m，单桩竖向承载力特征值为9060KN，经查TC6012-6说明书，塔机安装高度122m，塔机自重F1=7125KN，因此选用直径1400mm的旋挖桩作为1#塔机的单桩基础，要求入中风化岩层≥6m，施工工艺按照设计图纸及桩基方案要求施工。
4.2、2#塔机基础深度1.4m，经现场实际开挖，结合地勘报告ZK2确定，塔机基础底下（绝对标高49.2）土质自上而下为：
1、素填土，土层厚度0.7米。
2、含砾粉质粘土，土层厚度2.8米；
3、全风化沙砾岩，土层厚度2.3米；
4、强风化沙砾岩，土层厚度9.2米。
5、中风化沙砾岩，土层厚度6.3米。
根据结构桩基设计图纸，直径1600mm的旋挖桩，强度等级C30，入中风化岩层6m，单桩竖向承载力特征值10857KN，经查TC6013A-6说明书，塔机安装高度125m，塔机自重F1=9790KN，因此选用直径1600mm的旋挖桩作为2#塔机的单桩基础，中风化岩层≥6m，施工工艺按照设计图纸及桩基方案要求施工。
4.3、3#塔机基础设计深度1.4m，经现场实际开挖，结合地勘报告ZK6确定，塔机基础底下（绝对标高49.2）土质自上而下为：
1、素填土，土层厚度0.3米。
2、全风化沙砾岩，土层厚度1米；
3、强风化沙砾岩，土层厚度14米。
4、中风化沙砾岩，土层厚度6.6米。
根据结构桩基设计图纸，直径1400mm的旋挖桩，强度等级C30，入中风化岩层6m，单桩竖向承载力特征值为9060KN，经查TC6012-6说明书，塔机安装高度122m，塔机自重F1=7125KN，因此选用直径1400mm的旋挖桩作为3#塔机的单桩基础，要求入中风化岩层≥6m，施工工艺按照设计图纸及桩基方案要求施工。
4.4、4#塔机基础设计深度1.4m，经现场实际开挖，结合地勘报告ZK9确定，塔机基础底下（绝对标高49.2）土质自上而下为：
1、素填土，土层厚度0.1米。
2、全风化沙砾岩，土层厚度4.4米；
3、强风化沙砾岩，土层厚度0.7米。
4、中风化沙砾岩，土层厚度0.8米。
5、强风化沙砾岩，土层厚度3米。
6、中风化沙砾岩，土层厚度12.1米。
根据结构桩基设计图纸，直径1600mm的旋挖桩，强度等级C30，入中风化岩层6m，单桩竖向承载力特征值为10857KN，经查TC6510说明书，塔机安装高度125m，塔机自重F1=9910KN，因此选用直径1600mm的旋挖桩作为4#塔机的单桩基础，要求入中风化岩层≥6m，施工工艺按照设计图纸及桩基方案要求施工。
4.5、5#塔机基础深度1.4m，经现场实际开挖，结合地勘报告ZK11确定，塔机基础底下（绝对标高49.2）土质自上而下为：
1、素填土，土层厚度1.8米。
2、含砾粉质粘土，土层厚度1.7米；
3、强风化沙砾岩，土层厚度3.5米。
4、中风化沙砾岩，土层厚度15.5米。
根据结构桩基设计图纸，直径1600mm的旋挖桩，强度等级C30，入中风化岩层6m，单桩竖向承载力特征值10857KN。
经查TC6510说明书，塔机安装高度122m，塔机自重F1=9787KN，因此选用直径1600mm的旋挖桩作为5#塔机的单桩基础，中风化岩层≥6m，施工工艺按照设计图纸及桩基方案要求施工。
五、塔吊基础施工
由于塔吊安装时基础砼必须达到设计强度75%以上，同时安装完毕检测需要一定时间，为确保塔吊能及时有效提供服务，决定塔吊基础尽早施工。
用一台PC120挖土机开挖土方，按1：
1放坡，承台厚1.4m，承台尺寸为：
1~3#塔吊基础5m×5m，4~5#塔吊基础5.5m*5.5m，混凝土强度等级标号C35。
承台垫层采用100厚C15素砼，模板采用18厚夹板及5*10木方。
1、基础浇筑前预埋塔机螺栓，其标高相对误差控制在2mm之内。
2、主脚钢底板与马凳，马凳腿与底层钢筋之间焊接牢固。
3、做两组防雷接地，接地电阻值不大于4Ω，防雷接地做法：
用25mm圆钢插入土内1.5m深，用镀锌扁铁与塔基基础节连接。
4、塔机钢筋工程进行隐蔽验收，确认合格后进行下道工序。
六、塔吊桩基础计算
6.1、1#塔吊（6012）基础设计（单桩）计算书
1.计算参数
（1）基本参数
采用1台6012-6塔式起重机，塔身尺寸1.70m,基坑开挖深度-10.90m；现场地面标高-8.50m,承台面标高-9.50m；采用旋挖灌注基础，地下水位-10.50m。
（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
593.90
19.70
1539.50
301.10
非工作状态
483.50
80.40
1670.80
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=483.50kN，Fh=80.40kN，M=1670.80+80.4×1.30=1775.32kN.m
Fk‘=483.50×1.35=652.73kN，Fh，=80.40×1.35=108.54kN
Mk=（1670.80+80.4×1.30）×1.35=2396.68kN.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
粉质粘土
0.80
53.00
42.40
0.40
16.96
2
全风化砾岩
3.60
120.00
432.00
0.70
302.40
3
强风化砾岩
6.70
160.00
1072.00
0.70
750.40
4
中风化砾岩
6.00
160.00
6.00
960.00
0.70
672.00
桩长
17.10
∑qsik*ιi
2506.40
∑λiqsik*ιi
1741.76
3）基础设计主要参数
基础桩采用1根φ1400钻（冲）孔灌注桩，桩顶标高-10.80m，桩端不设扩大头，桩端入中风化砾岩6.00m；桩混凝土等级C30，fC=14.30N/mm2,EC=3.00×104N/mm2；ft=1.43N/mm2，桩长17.10m；钢筋HRB400,fy=360.00N/mm2,Es=2.00×105N/mm2
承台尺寸长（a）=5.00m、宽（b）=5.00m、高（h）=1.40m；桩中心与承台中心重合,承台面标高-9.50m；承台混凝土等级C35,ft=1.57N/mm2,fC=16.70N/mm2,γ砼=25kN/m3。
Gk=abhγ砼=5.00×5.00×1.40×25=875.00kN
2.桩顶作用效应计算
（1）轴心竖向力作用下：
Nk=（Fk＋Gk）/n=（483.50+875.00）/1=1358.50kN
（2）水平力作用下：
Hik=Fh/n=80.40/1=80.40kN
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=6.00m,d=1.40m=1400mm,hr/d=6.00/1.40=4.29,查表得，ζr=1.04
Ap=πd2/4=3.14×1.96/4=1.54m2
Qsk=u∑qsik
i=πd∑qsia
i=3.14×1.40×2506.40=11018.13kN
Qrk=ζrfrkAp=1.04×6×1.54=9.61kN，Quk=Qsk+Qsk=11018.13+9.61=11027.74kN
Ra=1/KQuk=1/2×11027.74=5513.87kN
4.桩基竖向承载力计算
轴心竖向力作用下
Nk=1358.50kN＜Ra=5513.87kN,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+（2000-1400）/（2000-300）×（0.65-0.2）=0.36%
Wo=πd/32[d2＋2（ES/EC－1）ρgd02]
=3.14×1.40/32×（1.402+2×（6.67-1）×0.36%×（1.40-2×0.10）2）=0.28m3
Io=Wod/2=0.28×1.40/2=0.19m4
EI=0.85ECIo=0.85×3.00×107×0.19=4845000kN.m2
查表得:
m=35.00×103kN/m4，bo=0.9（d+1）=2.16m
α=（mbo/ECI）0.2=（35.00×1000×2.16/4845000）0.2=0.44
αL=0.44×17.10=7.44＞4，按αL=4查表得:
Vm=0.768
Nk=（Fk’＋1.2Gk）/n=（652.73+1.2×875.00）/1=1702.73kN
An=πd2/4[1＋（Es/Ec-1）Pg]=1.54×（1+5.67×0.36%）=1.57m2
RHa=（0.75×αγmftW0/Vm）（1.25+22ρg）（1+ζNN1k/γmftAn）
=（0.75×0.44×2×1.43×1000×0.28／0.7680）
×（1.25+22×0.36/100）×[1+0.50×1702.73/（2×1.43×1000×1.57）]=544.09kN
（2）桩基水平承载力
Hik=80.40kN＜Rha=544.09kN,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=1.40×4×1741.76=9753.86kN
Tuk=ΣλiqsikuiLi=1741.76×3.14×1.40=7656.78kN
（2）抗拔承载力计算
Ggp=5.00×5.00×17.00×（18.80-10）/1=4016.00kN
Gp=3.14×0.7×0.7×17.10×（25-10）=413.11kN
Tgk/2+Ggp=9753.86/2+4016.00=8892.93kN，Tuk/2+Gp=7656.78/2+413.11=4241.50kN
7.抗倾覆验算
bi=5.00/2=2.50m
倾覆力矩M倾=M＋Fhh=1670.80+80.40×（10.90-9.50）=1783.56kN.m
抗倾覆力矩M抗=（Fk＋Gk）bi＋（Tuk/2+Gp）bi
=（483.50+875.00）×2.50+（7656.78/2+413.11）×2.50=14000.00kN.m
M抗/M倾=14000.00/1783.56=7.85
抗倾覆验算7.85＞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=（652.73+1.2×875.00）/1=1702.73kN
Ψc=0.70,ΨcfcAp=0.70×14.30×1000×1.54=15415.40kN
正截面受压承载力=15415.40kN＞NK=1702.73kN,满足要求。
（2）配筋计算
采用HRB400钢筋,fy=360.00N/mm2,按照配筋率ρ=ρg=0.36%计算：
As1=ρAP=0.36%×1.54×106=5544mm2
桩身钢筋抗拔计算
As2=2M倾/dfy=2×1783.56×106/（1400×360）=7078mm2
比较As1和As2,按As2配筋，取2320，As=23×314=7222mm2>AS2=7078mm2（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’=652.73kN，ho=1.40-0.10=1.30m=1300mm
βhp=1.0+（2000-1400/（2000-800）×（0.9-1.0）=0.95
а0=（5.00-1.70）/2=1.65m,λ=а0/ho=1.65/1.30=1.27
β0=0.84/（1.27+0.2）=0.57
um=4×（1.70+1.65）=13.40m
βhpβ0umftho=0.95×0.57×13.40×1.57×1000×1.30=14809.70kN
承台受冲切承载力=14809.70kN＞Fk=652.73kN,满足要求。
10.承台受剪切承载力计算
V=Nk’=Fk’/n=652.73/1=652.73kN
βhs=（800/ho）1/4=（800/1300）0.25=0.89,λ=а0/ho=1.65/1.30=1.27
α=1.75/（λ+1）=1.75/（1.27+1）=0.77,b0=5.00m=5000mm
βhsαftb0ho=0.89×0.77×1.57×1000×5.00×1.30=6993.49kN
承台受剪切承载力=6993.49kN＞V=652.73kN,满足要求。
11.承台配筋计算
（1）承台弯矩计算
Ni=Fk=652.73kN，xi=0.70m
M=Nixi=652.73×0.70=456.91kN.m
（2）承台配筋计算
基础采用HRB400钢筋，fy=360N/mm2,最小配筋率ρ=0.15%计算配筋
As1=M/0.9fyho=456.91×106/（0.9×360×1300）=1085mm2
As2=ρbho=0.0015×5000×1300=9750mm2
比较As1和As2，按As2配筋,取3220@159mm（钢筋间距满足要求）
As=32×314=10048mm2
承台配筋面积=10048mm2＞9750mm2,满足要求。
12.计算结果
（1）基础桩
1根φ1400钻（冲）孔灌注桩，桩端不设扩大头,桩顶标高-10.80m，桩长17.10m，桩端入中风化砾岩6.00m；桩混凝土等级C30,桩身钢筋采用2320,箍筋采用φ10mm@250mm。
（2）承台
长（a）=5.00m、宽（b）=5.00m、高（h）=1.40m；桩中心与承台中心重合，承台面标高-9.50m；混凝土等级C35,承台底钢筋采用双向3220@159mm。
6.2、2#塔吊（6013）基础设计（单桩）计算书
1.计算参数
（1）基本参数
采用1台6013-6塔式起重机，塔身尺寸1.80m,基坑开挖深度-10.90m；现场地面标高-8.50m,承台面标高-9.50m；采用旋挖灌注基础，地下水位-10.10m。
（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
684.50
22.80
2152.00
402.00
非工作状态
624.50
97.00
2695.10
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=624.50kN，Fh=97.00kN，M=2695.10+97.0×1.30=2821.20kN.m
Fk‘=624.50×1.35=843.08kN，Fh，=97.00×1.35=130.95kN
Mk=（2695.10+97.0×1.30）×1.35=3808.62kN.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
0.70
20.00
14.00
0.40
5.60
2
粉质粘土
2.00
53.00
106.00
0.70
74.20
3
全风化砾岩
1.80
120.00
216.00
0.70
151.20
4
强风化砾岩
5.80
160.00
928.00
0.70
649.60
5
中风化砾岩
6.00
160.00
6.00
960.00
0.70
672.00
桩长
16.30
∑qsik*ιi
2224.00
∑λiqsik*ιi
1552.60
3）基础设计主要参数
基础桩采用1根φ1400钻（冲）孔灌注桩，桩顶标高-10.80m，桩端不设扩大头，桩端入中风化砾岩6.00m；桩混凝土等级C30，fC=14.30N/mm2,EC=3.00×104N/mm2；ft=1.43N/mm2，桩长16.30m；钢筋HRB400,fy=360.00N/mm2,Es=2.00×105N/mm2
承台尺寸长（a）=5.00m、宽（b）=5.00m、高（h）=1.40m；桩中心与承台中心重合,承台面标高-9.50m；承台混凝土等级C35,ft=1.57N/mm2,fC=16.70N/mm2,γ砼=25kN/m3。
Gk=abhγ砼=5.00×5.00×1.40×25=875.00kN
2.桩顶作用效应计算
（1）轴心竖向力作用下：
Nk=（Fk＋Gk）/n=（624.50+875.00）/1=1499.50kN
（2）水平力作用下：
Hik=Fh/n=97.00/1=97.00kN
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=6.00m,d=1.40m=1400mm,hr/d=6.00/1.40=4.29,查表得，ζr=1.04
Ap=πd2/4=3.14×1.96/4=1.54m2
Qsk=u∑qsik
i=πd∑qsia
i=3.14×1.40×2224.00=9776.70kN
Qrk=ζrfrkAp=1.04×6×1.54=9.61kN，Quk=Qsk+Qsk=9776.70+9.61=9786.31kN
Ra=1/KQuk=1/2×9786.31=4893.16kN
4.桩基竖向承载力计算
轴心竖向力作用下
Nk=1499.50kN＜Ra=4893.16kN,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+（2000-1400）/（2000-300）×（0.65-0.2）=0.36%
Wo=πd/32[d2＋2（ES/EC－1）ρgd02]
=3.14×1.40/32×（1.402+2×（6.67-1）×0.36%×（1.40-2×0.10）2）=0.28m3
Io=Wod/2=0.28×1.40/2=0.19m4
EI=0.85ECIo=0.85×3.00×107×0.19=4845000kN.m2
查表得:
m=35.00×103kN/m4，bo=0.9（d+1）=2.16m
α=（mbo/ECI）0.2=（35.00×1000×2.16/4845000）0.2=0.44
αL=0.44×16.30=7.09＞4，按αL=4查表得:
Vm=0.768
Nk=（Fk’＋1.2Gk）/n=（843.08+1.2×875.00）/1=1893.08kN
An=πd2/4[1＋（Es/Ec-1）Pg]=1.54×（1+5.67×0.36%）=1.57m2
RHa=（0.75×αγmftW0/Vm）（1.25+22ρg）（1+ζNN1k/γmftAn）
=（0.75×0.44×2×1.43×1000×0.28／0.7680）
×（1.25+22×0.36/100）×[1+0.50×1893.08/（2×1.43×1000×1.57）]=553.78kN
（2）桩基水平承载力
Hik=97.00kN＜Rha=553.78kN,水平承载力满
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