單樁承臺(tái)式塔機(jī)深基礎(chǔ)施工工法

1、.單樁承臺(tái)式塔機(jī)深基礎(chǔ)施工工法 江蘇中興建設(shè)有限公司 趙濟(jì)生、黃林、生智勇、徐華榮、王曉松 1.前言 在較深回填土區(qū)，或軟土地區(qū)土質(zhì)等條件差的狀態(tài)下，施工塔吊基礎(chǔ)是較為麻煩的事，比較合理的塔基設(shè)計(jì)方案宜用樁基礎(chǔ)。塔基采用樁基多用四根樁來承載，施工既復(fù)雜，又增加材料用量。本工法采用一根大直徑的樁基礎(chǔ)，即單樁承臺(tái)式基礎(chǔ)，來抵抗塔機(jī)的傾覆保持整體穩(wěn)定性和滿足地基承載力的要求，是在深回填土區(qū)和深基坑邊施工塔機(jī)基礎(chǔ)最經(jīng)濟(jì)合理的施工方法。單樁承臺(tái)式塔機(jī)深基礎(chǔ)，適用于不同土質(zhì)類別的地基，不論是巖石或非巖石的土類，特別在西南部地區(qū)，采用人工挖孔灌注樁，風(fēng)化泥巖為持力層，最為方便。該施工方法在重慶市區(qū)已實(shí)施八個(gè)

2、塔機(jī)基礎(chǔ)，回填土深度1020m，取得良好的效果。本工法是塔機(jī)深基礎(chǔ)新型的施工方法，技術(shù)先進(jìn)，工藝簡(jiǎn)單，施工方便，具有創(chuàng)新性。 2工法特點(diǎn) 2.1塔機(jī)采用樁基礎(chǔ)時(shí)，一般設(shè)計(jì)為四根樁，本工法采用一根大直徑樁基，是塔機(jī)深基礎(chǔ)新型的施工技術(shù)。 2.2 單樁承臺(tái)式塔機(jī)深基礎(chǔ)的地基，適用于巖石和非巖石的土類，具有它的普遍實(shí)用性。 2.3施工方便，采用人工挖孔灌注樁施工時(shí)，不用鉆孔機(jī)械，減少環(huán)境污染。 2.4減少施工程序，工藝簡(jiǎn)單，節(jié)省施工費(fèi)用，具有良好成效。 2.5施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，在深基坑邊立塔時(shí)，采用單樁承臺(tái)式塔機(jī)深基礎(chǔ)最為合適。 1 本工法是深回填土區(qū)和在深基坑邊緣處安裝塔機(jī)時(shí)，最經(jīng)濟(jì)合理的塔機(jī)基礎(chǔ)

3、施工方法。 3適用范圍 本工法用于回填土石方較深的場(chǎng)地和軟土地區(qū)，也適用于直壁開挖的深基坑地下室基礎(chǔ)、在靠近坑外側(cè)立塔，并采用人工挖孔灌注樁施工的樁基礎(chǔ)。 4工藝原理 單樁承臺(tái)式基礎(chǔ)，是承臺(tái)基礎(chǔ)和樁基的聯(lián)合體，承臺(tái)支撐塔機(jī)，樁基傳遞荷載，它們共同起到抵抗塔機(jī)的傾覆，保持整體穩(wěn)定性，和滿足地基承載力的要求。隨著不同地區(qū)的不同風(fēng)荷載，塔吊基礎(chǔ)的受力最大值也不一樣，還有在不同的地基土質(zhì)狀態(tài)的影響下，塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和施工是因地而異的。所以說，不論什么型式的塔機(jī)基礎(chǔ)，它只是提供一種設(shè)計(jì)方案，還需因地制宜地重新進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 5施工工藝流程及操作要點(diǎn) 5.1施工工藝流程 5.1.1塔機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算塔機(jī)基

4、礎(chǔ)施工。 5.1.2塔機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)流程 塔機(jī)基礎(chǔ)抗傾覆的計(jì)算模式確定承臺(tái)和樁基的設(shè)計(jì)尺寸塔機(jī)單樁基礎(chǔ)樁頂水平位移計(jì)算樁底地基承載力計(jì)算承臺(tái)配筋計(jì)算。 5.1.3塔機(jī)基礎(chǔ)施工工藝 放線定位承臺(tái)基礎(chǔ)開挖人工挖孔樁施工樁基和承臺(tái)基礎(chǔ)鋼筋綁扎預(yù)埋塔機(jī)地腳螺栓澆筑基礎(chǔ)砼砼養(yǎng)護(hù)。 5.2操作要點(diǎn) 5.2.1 單樁承臺(tái)式塔機(jī)深基礎(chǔ)受力計(jì)算模式 固定式塔機(jī)基礎(chǔ)的計(jì)算必須滿足兩項(xiàng)要求：一是能保證塔機(jī)在各 2 種不利工況下，其產(chǎn)生的荷載均能由基礎(chǔ)來平衡而保持整體的穩(wěn)定性；二是在承受塔機(jī)的上部傳送的荷載到基礎(chǔ)后，加上基礎(chǔ)自重再傳給地基時(shí)不會(huì)超過地耐力。 采用有樁基礎(chǔ)的承臺(tái)，特別是單樁承臺(tái)基礎(chǔ)，與筏板式承臺(tái)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)

5、型式不同，它的受力計(jì)算模式不適宜采用塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T13752-1992）中塔基抗傾覆穩(wěn)定性及地基承載力計(jì)算方式，需尋求新的計(jì)算模式。 塔機(jī)單樁基礎(chǔ)考慮土的作用，在深回填土區(qū)或軟弱土質(zhì)中埋置一定的深度，在塔機(jī)非工作工況時(shí)的傾覆力矩和水平推力的作用下，計(jì)算樁基礎(chǔ)的樁頂水平位移，當(dāng)樁頂位移在允許位移值范圍之內(nèi)，則樁基礎(chǔ)是安全的，它能滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。 塔機(jī)單樁基礎(chǔ)還需滿足地基承載力的要求，所以要求塔機(jī)單樁基礎(chǔ)地基的持力層，必須座落在老土層上，滿足偏心受壓作用下的地基承載力要求。 5.2.2 塔機(jī)基礎(chǔ)的抗傾覆設(shè)計(jì)計(jì)算 1、確定承臺(tái)和樁基的設(shè)計(jì)尺寸。 1）承臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸：平面尺寸b

6、為4m×4m，高度為1.3m。 2）樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)尺寸：直徑d=1.5m，樁深h=10m。 3）當(dāng)樁基較深、直徑較大時(shí)，則承臺(tái)基礎(chǔ)的平面尺寸b可縮小成 3.5m，高度變成1.2m。 2、塔機(jī)單樁基礎(chǔ)樁頂水平位移計(jì)算（m法，h2.5） 1）基本資料 以QTZ-63型塔吊為例，打一根圓形截面樁，直徑d1500mm；樁入土深度h 3 10.00m。 樁類型：樁身配筋率?g0.65%的灌注樁； 樁頂約束情況：樁與承臺(tái)為固接； 混凝土強(qiáng)度等級(jí) C30，f t1.43N/mm2，Ec30000N/mm2， 樁身縱筋（豎向鋼筋）16250，共18根，As3617.28m，螺旋箍筋8200，加強(qiáng)筋14

7、2000；鋼筋彈性模量 Es200000N/mm2； A?g?0.002048=0.20%2樁身配筋率：； 土質(zhì)狀況：軟弱土、回填土，地基土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)取m=4MN/m4，基本為最小值。 2）樁的水平位移計(jì)算 在塔機(jī)傾覆力矩和水平推力的作用下，通過計(jì)算樁的水平位移x0=7.746mmxO=10mm；樁是安全的，塔機(jī)單樁基礎(chǔ)樁頂水平位移在規(guī)范的允許值內(nèi)，所以單樁承臺(tái)式塔機(jī)深基礎(chǔ)的抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。 詳細(xì)計(jì)算方法見附錄。 5.2.3 樁底地基承載力計(jì)算及應(yīng)用 單樁基礎(chǔ)不能利用塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范導(dǎo)出的地基承載力計(jì)算公式，按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB500072002中的地基承載力有關(guān)公

8、式進(jìn)行計(jì)算。 基礎(chǔ)底面邊緣最大壓力值PKmax=QKMK+1.2fa。 AW 樁基礎(chǔ)承受的垂直力QK=N+GC=464+（42×1.3+3.14×0.752×10）×25=1426KN； 4 樁基礎(chǔ)承受的力矩MK=M傾+1.3H=1347+1.3×67=1434KN·m。 按偏心受壓公式計(jì)算，則 PKmax=QK+?R2MK1?R3 4=14261434+ 3.14?.07521?3.14?0.753 4 =807.4+4330=5137.4KN/m2=5.14N/mm2。 1、當(dāng)為巖石地基 1）中風(fēng)化巖石，巖石地基承載力特征值fa=

9、?·f?k，式中折減系數(shù) ?=0.5，泥巖天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取f?k=9N/mm2，則 fa=0.5×9×1.2=5.4N/mm2PKmax=5.14N/mm2，滿足地基承載力的要求。 2）強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化的巖石，可參照所風(fēng)化成的相應(yīng)土類，取相應(yīng)的承載力修正系數(shù)，進(jìn)行承載力的修正。 巖石的單軸抗壓標(biāo)準(zhǔn)值，需對(duì)基巖取樣做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，如滿足不了要求，則采取擴(kuò)大底部樁頭直徑的技術(shù)措施。 2、對(duì)非巖石的土類地基，樁基礎(chǔ)必須座落在老土層上，也必須采取樁底擴(kuò)孔的技術(shù)措施；并根據(jù)埋置深度和樁底直徑對(duì)地基承載力特征值進(jìn)行修正，來滿足地基承載力的要求。 5.2.4 塔機(jī)基礎(chǔ)

10、施工 1、放線定位：根據(jù)建筑物的平面圖，確定塔吊位置，放出塔機(jī)的 5 基礎(chǔ)位置。 2、承臺(tái)基礎(chǔ)開挖。 3、人工挖孔樁：挖孔護(hù)壁直到老土層或巖石層驗(yàn)收、檢底。 4、基礎(chǔ)鋼筋綁扎：澆墊層砼樁基鋼筋安裝就位綁扎承臺(tái)鋼筋。 5、預(yù)埋塔機(jī)地腳螺栓：根據(jù)塔機(jī)基礎(chǔ)圖，放線預(yù)埋地腳螺栓，用模具或機(jī)座固定位置。 6、澆筑基礎(chǔ)砼，先澆樁基砼，后澆承臺(tái)砼，并制作砼試壓塊。 7、砼養(yǎng)護(hù)，覆蓋麻袋澆水養(yǎng)護(hù)。 6. 材料與設(shè)備 6.1 主要材料 6.1.1 鋼筋，HPB235，810圓鋼 HRB335，1420螺紋鋼 6.1.2 塔機(jī)基礎(chǔ)地腳螺栓 6.1.3 砼，C30 6.2 主要設(shè)備 6.2.1 鐵銑、鎬頭。 6.2

11、.2 運(yùn)土器具。 6.2.3 砼泵車，振搗器，澆筑砼。 7質(zhì)量控制 7.1 樁基開挖必須到達(dá)老土層，而且持力層承載力符合設(shè)計(jì)要求。 7.2 鋼筋綁扎按圖紙要求實(shí)施。 6 7.3 地腳螺栓位置準(zhǔn)確，用模具固定。 7.4 基礎(chǔ)砼表面必須平整，達(dá)到塔機(jī)安裝要求。 7.5 本工法參照的規(guī)范：塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T13752-1992。 7.6 本工法遵照的規(guī)范：建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB500072002； 建筑樁基技術(shù)規(guī)范JGJ9494；寧波市建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工細(xì)則（2001甬DBJ02-12）。 8安全措施 8.1 施工人員戴好安全帽。 8.2 挖孔樁較深時(shí)，上面由專人照管孔內(nèi)施工人員，并設(shè)置

12、36V低壓照明，采用防水罩安全燈具。為防止地毒，必要時(shí)進(jìn)行送風(fēng)。 8.3 對(duì)土質(zhì)較差的孔壁，需做鋼筋砼護(hù)壁，防止塌孔。 8.4 如有地下水，需及時(shí)抽排水，防止塌孔。 8.5 電器設(shè)備由專人管理維護(hù)，并安裝漏電保護(hù)器。 8.6 樁口四周設(shè)置護(hù)欄。 9.環(huán)保措施 9.1 用風(fēng)鎬打巖石時(shí)，減少施工噪音。 9.2 夜間不施工。 9.3 運(yùn)輸出土渣的車輛，必須覆蓋封閉，防止土塵飛揚(yáng)。 10效益分析 一根大直徑比四根小直徑的挖孔樁，節(jié)省護(hù)壁材料，少挖土，節(jié)省砼和鋼筋，而且施工方便，減少污染。四根800的挖孔樁，每米長(zhǎng) 7 的砼用量為2m3，而一根1500的挖孔樁，每米長(zhǎng)的砼用量為1.76 m3,而且節(jié)省承

13、臺(tái)中的暗梁鋼筋,其它用量相應(yīng)的也減少。如采用600的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)4根，樁基砼量雖小，但需增加鉆孔機(jī)械費(fèi)用，現(xiàn)場(chǎng)污染也大。通過計(jì)算每個(gè)基礎(chǔ)節(jié)約施工費(fèi)用約3500元，經(jīng)濟(jì)數(shù)值雖不大，但比值較大，占塔機(jī)基礎(chǔ)費(fèi)用約1/6的節(jié)約率。它的施工工藝簡(jiǎn)便，節(jié)省施工材料，減少環(huán)境污染，具有較好的社會(huì)效益。 11應(yīng)用實(shí)例 11.1 本工法在重慶地區(qū)應(yīng)用，2006年5月份施工的重慶電子科技職業(yè)學(xué)院新校區(qū)，9棟67層樓的教學(xué)樓工程，共安裝塔吊12臺(tái)。其中A3、A5和A7教學(xué)樓，場(chǎng)地回填為土夾石，深1012m，這三臺(tái)塔吊基礎(chǔ)，都采用本工法施工的單樁承臺(tái)式基礎(chǔ)，樁基為人工挖孔灌柱樁，取得較好的效果。 11.2 2007

14、年11月施工的重慶恒大城首期工程，12棟32層的高層建筑，建筑面積21.5萬m2。該場(chǎng)地為深回填土區(qū)，回填土深度為1320m，現(xiàn)場(chǎng)布置六臺(tái)塔吊，其中五臺(tái)都采用本工法施工的塔機(jī)基礎(chǔ)，確保了塔吊的安裝和工程施工，取得良好的效果。 8 附錄： 塔機(jī)單樁基礎(chǔ)樁頂水平位移計(jì)算（m法，h2.5） 1）基本資料 以QTZ-63型塔吊為例，打一根圓形截面樁，直徑d1500mm；樁入土深度h10.00m。 樁類型：樁身配筋率?g0.65%的灌注樁； 樁頂約束情況：樁與承臺(tái)為固接； 混凝土強(qiáng)度等級(jí) C30，f t1.43N/mm2，Ec30000N/mm2， 樁身縱筋（豎向鋼筋）16250，共18根，As3617

15、.28m，螺旋箍筋8200，加強(qiáng)筋142000；鋼筋彈性模量 Es200000N/mm2； 凈保護(hù)層厚度C50mm； 鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值?E=6.667； 樁身配筋率：?g?A?0.002048=0.20%； 2樁身換算截面受拉邊緣的表面模量w0： w0?d2(6.667-1)×0.20d2?2(?E?1)?gd02?×1.500/32×1.500+2× %×1.40020.3377m3； 樁身換算截面慣性距：I0WO×d/20.3377×1.500/20.253m4； 樁身抗彎剛度EI：對(duì)于鋼筋混凝土樁，E

16、I0.85×Ec×Io 9 EI0.85×30000×106×0.2536458.51MN·m2 2）樁的水平變形系數(shù) 樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù) 查表2-1，取m=4MN/m4； 注：寧波市建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工細(xì)則（2001甬DBJ02-12） 根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 9494），求樁的水平變形系數(shù)，當(dāng)直徑大于1米時(shí)，b0=0.9（d+1）= 2.25米： ?0.268() 3）樁的水平位移計(jì)算 按塔吊獨(dú)立高度基礎(chǔ)最大荷載計(jì)算，見表3-1。 計(jì)算單位力作用于樁頂時(shí)，樁頂?shù)乃轿灰坪娃D(zhuǎn)角，根據(jù)寧波市建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工細(xì)則（2

17、001甬DBJ02-12）和建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 9494）計(jì)算。荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3-1，塔機(jī)基礎(chǔ)受力簡(jiǎn)圖如圖3-2。 10 N M ?0 h 圖3-1 荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖 （1）單位水平力（H=1）作用于樁頂時(shí)，樁頂?shù)乃轿灰?HH與轉(zhuǎn)角?MH按下式計(jì)算： ?HH? Af?3EI Bf?MH?2EI Bf=1.9724當(dāng)樁的換算深度?h=0.268×10=2.68時(shí)，式中Af=3.0586， 11 （插入法），見表3-2。 ?HH? 3.0586 ?2.4603?10-5（m）30.268?6458512.5 1.9724-6?4.252?10（）20.268?6458512.5 ?

18、MH? （2）單位彎矩（M=1）作用于樁頂時(shí)，樁頂?shù)乃轿灰?HM與轉(zhuǎn)角?MM按下式計(jì)算： ?HM?MH（位移互等定理） ?MM? Cf ?EI 當(dāng)?h=2.68時(shí)，式中Cf=1.9634（插入法），見表3-2。 ?MM? 1.9634 ?1.134?10-6（） ?kN0.268?6458512.5 A fBfCf注：表中為樁的水平變形系數(shù)，h為樁的入土深度，當(dāng)h4.0時(shí)，取h=4.0。 寧波市建筑樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工細(xì)則（2001甬DBJ02-12） （3）計(jì)算在水平力與彎矩M作用下樁頂?shù)乃轿灰苮0和轉(zhuǎn)角?0。 x0?H?HH?M?HM ?0?(H?MH?M?MM) 其中：M=1347+H×1.3=1434.1kN·m x0?(67?2.4603+1434.1?0.4252)?10-5=774.6?10-5(m) 12 -6 ?0?(67?4.252+1434.1?1.134)?10-6=?1911.2?10（rad） x0=7.746mmx0a=10mm，樁是安全的。 x0a樁頂?shù)乃轿灰迫菰S值，當(dāng)以位移控制時(shí)取10mm。 ?0=1.911×10-3（rad）