談深厚軟土地基條件下塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計和施工

鄭 剛

0 引言

近年來塔吊事故頻發(fā),究其原因,主要為塔吊基礎(chǔ)設(shè)計不合理和施工存在問題。塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計和施工必須從實際出發(fā),充分考慮工程特點及所在區(qū)域特征。該文結(jié)合工程實例,介紹本人在該工程深厚軟土地基條件下進行塔吊基礎(chǔ)設(shè)計和施工的方法。

1 工程概況

該工程位于上海外高橋保稅物流園區(qū),由兩層丙類倉庫(現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、輕鋼屋面)、單層戊類倉庫(輕鋼結(jié)構(gòu))組成,總建筑面積 29 400m2,考慮到丙類倉庫占地面積大(長×寬= 100m×96m),上部結(jié)構(gòu)特點及該塔吊主要為吊運材料(其中單件鋼構(gòu)件重小于 2 t)等,選兩臺JT5613型自升塔式起重機可滿足施工需要。

2 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計

2.1 設(shè)計方案的確定

塔吊基礎(chǔ)設(shè)計前,應(yīng)研究建筑、結(jié)構(gòu)圖紙,綜合考慮工程實際,按施工組織設(shè)計進行選型、優(yōu)化布置,既能滿足施工要求,又要經(jīng)濟。塔吊基礎(chǔ)可分為天然地基上的擴展基礎(chǔ)、軟土換填后的擴展基礎(chǔ)及樁承臺基礎(chǔ)。據(jù)本工程地質(zhì)報告知屬深厚軟土地基(見表 1):選天然地基上的擴展基礎(chǔ),承載力不滿足;選軟土換填后的擴展基礎(chǔ),換填深度達 15.9m,造價高;而選樁承臺基礎(chǔ),可解決上述問題。地表下土層為粘性土、粉土、淤泥層等,淤泥層較厚,而第⑥層為粉土或砂土,土質(zhì)較好,土層較厚(7.7m),端阻力、側(cè)阻力較大,結(jié)合本工程基礎(chǔ)的持力層承載力、標高等,選該土層為持力層,基礎(chǔ)樁擬采用PHC-400-85型管樁,樁長28 m,樁端置于第⑥層土上。

表1 各土層厚度及阻力標準值

2.2 塔吊資料

塔吊JL5613最大幅度56m,最小幅度2m,最大起重量6 t,本工程起重高度28m,工作起升速度80m/m in,全起自重53.97 t,額定起重力矩950 kN?m,截面尺寸1.51m×1.51m,所處城市:上海,基本風壓Wo=0.55 kN/m2,風荷載高度變化系數(shù)μz=1.226?；A(chǔ)荷載:垂直壓力P1:工作狀況540 kN,非工作狀況480 kN;水平壓力P2:工作狀況50 kN,非工作狀況80 kN;彎矩M:工作狀況1 720 kN?m,非工作狀況 1 930 kN?m;扭矩Mk:工作狀況260 kN?m,非工作狀況0 kN?m。

2.3 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計計算

塔吊基礎(chǔ)設(shè)計是一項專業(yè)工作,其設(shè)計荷載取值應(yīng)考慮塔吊自重、吊重、風荷載等因素,且與其型號、構(gòu)造有關(guān),取不同工況下的最不利組合作為設(shè)計荷載。

認真研究塔吊使用說明書,基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)滿足塔吊工況下的抗傾覆、豎向荷載、水平力、扭矩的要求。如果說明書中僅有重力式塔吊基礎(chǔ)圖紙時,應(yīng)據(jù)該圖紙及地基承載力要求,按同類工況塔吊的技術(shù)參數(shù)作相應(yīng)換算,然后進行設(shè)計。

據(jù)塔吊 JL5613使用說明書及現(xiàn)場實際,確定混凝土承臺平面尺寸:5.5m×5.5m,承臺高1.4m,承臺混凝土采用C30,鋼筋采用HRB335,保護層:底層為70mm,其余均為40mm(見圖1)。

2.3.1 單樁樁頂豎向力設(shè)計值計算

對單樁受力而言,一般塔吊在非工作狀態(tài)下最大自由高度時,作用在承臺頂面的彎矩最大(為受力最不利狀態(tài)),注意對同一型號的塔吊,若生產(chǎn)廠家不同,其荷載參數(shù)也可能不同,所以塔吊荷載應(yīng)以生產(chǎn)廠家提供的為準。

單樁樁頂豎向力按塔臂與承臺邊成 45°夾角時,傾覆力矩 M產(chǎn)生的壓力或拔力由一樁承擔計算:

最大壓力:Ni=(480+1 059)/4+(1 930+80×1.4)×2.55/ (2.552+1.272×2)=919.9 kN。

最大拔力:Ni=(480+1 059)/4-(1 930+80×1.4)×2.55/ (2.552+1.272×2)=-150.41 kN。

2.3.2 樁長驗算

設(shè)樁長28m,據(jù)JGJ 94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范第5.3.5條及地質(zhì)報告(見表2),取qpk=3 000 kPa,qs1k=15 kPa,qs2k=15 kPa, 6m以下qs3k=15 kPa或6m以上qs3k=50 kPa,qs4k=30 kPa,qs5k= 25 kPa,qs6k=35 kPa。

由QUK=QSK+QPK=U∑qsikli+qpkAp得單樁豎向極限承載力標準值N=1 722 kN＞919.9 kN(滿足)。

表2 樁基承載力設(shè)計參數(shù)表

2.3.3 塔機抗傾覆驗算

(1 930+0.55×1.51×28×15.4×0.8+80×1.4)/(480+ 1 059)=1.51≤5.5/3=1.83(滿足)。

注:上海50m以下風荷載平均值為0.55 kN/m2;塔吊迎風面面積(1.51×28)m2,其有效面積系數(shù)取 0.8;重心到基礎(chǔ)地面有效距離取15.4m。

2.3.4 樁抗拔驗算

150.41 kN(滿足)。

2.3.5 矩形承臺彎矩及截面主筋計算

按塔臂與承臺邊平行時,傾覆力矩M產(chǎn)生的壓力或拔力由兩根樁承擔計算:

據(jù)KM=0.9h0fyAs,得As=KM/(0.9h0fy)(fy=300 N/mm2,K取1.4)。

2.3.6 承臺受沖切承載力驗算

承臺邊沖切,roF1≤[βox(bc+aoy)+βoy(hc+aox)]ftho。

ft=1.5N/mm2,aoy=aox=0.805mm,λ=aox/ho=0.805/1.3= 0.619,βox=0.72/(λ+0.2)=0.879,即2×2×0.879×(1.51+ 0.805)×1 500×1.3=15 872 kN＞F=4×[480/4+(1 930+80× 1.4)/(2×1.8)]×1.4=3 849 kN(滿足)。

角樁向上沖切,roN1≤2[β1x(C2+a1y/2)+β1y(C1+a1x/2)]ftho。

β1x=β1y=0.805,βox=0.48/(λ+0.2)=0.586,C1=C2= 0.95+0.24=1.19,即2×2×0.586×(1.19+0.805/2)×1 500× 1.3=7 279 kN＞Nmax=919.9 kN(滿足)。

2.4 矩形承臺截面抗剪切計算

斜截面受剪承載力滿足:Y0V≤βfcb0h0+1.25fyAsvh0/s。

其中,Y0=1.0;β=0.05;fc=15 N/mm2;fy=300 N/mm2;箍筋間距 s取400mm,梅花放置;經(jīng)計算,承臺滿足抗剪要求,只需配箍筋 φ12@400,內(nèi)部抗裂構(gòu)造筋φ8@300(水平)。

3 塔吊基礎(chǔ)施工

3.1 樁基施工應(yīng)注意的問題

1)依據(jù)施工方案、施工圖紙,先對塔吊基礎(chǔ)樁準確定位,沉樁時應(yīng)注意樁帽、樁身和送樁中心應(yīng)重合,插入樁身的垂直度偏差不超過0.5%,沉樁時速度一般不宜超過2m/m in。

2)電焊接樁:當下節(jié)樁離地面0.8m～1.5m時吊上節(jié)樁,上下節(jié)樁須校正樁身垂直度,中心對準后方可焊接。焊接前,法蘭盤表面清除干凈,焊接時兩人對角同時對稱焊接(減小變形和殘余應(yīng)力)。采用CO2保護焊,焊縫要連續(xù)飽滿。

3.2 基礎(chǔ)預(yù)埋螺栓安裝應(yīng)注意的問題

1)塔吊基礎(chǔ)見圖 2,由 16個 φ48的螺栓組成,預(yù)埋螺栓定位須準確,螺栓中心位置偏差應(yīng)控制在 5 mm以內(nèi),定位后 4個角、上部須固定牢固,底部須穿兩根鋼筋連接成整體。

2)因塔吊屬較高設(shè)備,必須防雷接地,要求從樁帽上預(yù)留兩根-40mm×4mm扁鋼成對角布置(保證螺栓與樁帽連接),待塔吊安裝后再與塔身連接。

3.3 鋼筋安裝

嚴格按設(shè)計、規(guī)范要求施工,尤其內(nèi)部防裂鋼筋安裝要到位(拉鉤、對拉桿等均能防止混凝土內(nèi)部受力破壞);樁上部鋼筋用于抗拔的錨固,必須焊接牢固;樁芯內(nèi)鋼筋籠按圖集施工。

3.4 混凝土澆筑及養(yǎng)護

基礎(chǔ)隱蔽工程經(jīng)驗收合格后澆混凝土,在澆筑過程中必須采取措施避免預(yù)埋螺栓移動,澆筑混凝土必須振搗密實,嚴格按塔吊使用說明書控制基礎(chǔ)表面的平整度(其直接影響塔吊垂直度),為保證中間不積水,中間向周圍設(shè) 1.5/1 000的坡度,混凝土澆筑完畢后須加強養(yǎng)護。

本塔吊基礎(chǔ)設(shè)計和施工為工程實例,整個施工工期運行良好。

4 結(jié)語

1)在進行塔吊基礎(chǔ)設(shè)計時,應(yīng)結(jié)合工程實際及土層地質(zhì)特點、當?shù)貧夂蛱卣鞯冗x擇設(shè)計方案,應(yīng)以正規(guī)塔吊廠家提供的塔吊資料為依據(jù),認真研究使用說明書,基礎(chǔ)設(shè)計須滿足塔吊工況下的抗傾覆、豎向荷載、水平力、扭矩等要求;2)一般而言,在土層地質(zhì)條件較差,特別是深厚軟土地基中的塔吊基礎(chǔ)設(shè)計,宜優(yōu)先采用樁承臺基礎(chǔ);3)嚴格按施工方案、塔吊廠家及現(xiàn)行規(guī)范要求進行施工,確保工程安全。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50202-2002,地基與基礎(chǔ)工程施工驗收規(guī)范[S].

[3] GB 50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[4] GB 50204-2002,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范[S].

[5] JGJ 94-2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[6] GB/T 13752-92,塔式起重機設(shè)計規(guī)范[S].

[7] JGJ 33-2001,建筑機械使用安全技術(shù)規(guī)程[S].

[8] JG/T 100-1999,塔式起重機操作使用規(guī)程[S].