鋼格構柱式塔吊基礎在基坑中的應用

摘要：本文結合蘇州新區港龍城市商業廣場項目實例，采用將鉆孔灌注樁插入鋼格構柱，焊接鋼平臺作為塔式起重機的基礎與塔吊廠家標準件焊接的設計，在施工中可降低施工成本，加快施工進度，從而確保施工工期。

關鍵詞：鉆孔灌注樁；鋼格構柱；焊接鋼平臺；塔吊廠家標準件；止水片

1工程概況

蘇州新區港龍城市商業廣場工程總建筑面積150748m2，地下二層，建筑面積51957m2（地下），A、C樓地上18層，層高4.48m，檐高95m，建筑面積57763m2，其余為四層裙房，共使用塔式起重機7臺，有6臺使用鉆孔灌注樁插入鋼格構柱、焊接鋼平臺作為塔吊的基礎與塔吊廠家標準件焊接的設計。由于地下室面積較大，基坑較深，需要在基坑土方大面積開挖前將塔吊安裝就位，提高塔吊利用率，加快施工進度，從而確保施工工期。

2塔吊基礎的選型

塔吊基礎采用組合式基礎（四樁-鋼格構柱鋼平臺形式），鉆孔灌注樁插入鋼格構柱、焊接鋼平臺的基礎。樁型為?800mm鉆孔灌注樁，樁中心距1600*1600，共4根；樁基鋼筋籠12?22，箍筋?8@200，加密區?8@100（樁與格構柱搭接范圍內），樁身砼等級為C30，有效樁長為28.00m；每臺塔吊基礎為4根樁，每根樁插入一個450×450格構式鋼立柱，總長12.5m，鋼立柱插入鉆孔灌注樁長度為3.50m；格構柱主肢采用4L160×16×16，綴條采用間距600mm、12mm厚鋼板430×300×12（見圖1）。

格構柱上端設置60mm厚的鋼板平臺（見圖2）。塔吊基礎腳（塔吊廠家標準件）與鋼板平臺由廠家焊接。

3塔吊樁基及鋼格構柱的計算

塔吊的樁基礎，必須首先驗算出樁豎向承載力的設計值，再驗算塔式起重機在各種狀態下對樁基輸出的荷載是否滿足承載能力設計值要求。由于采用了鋼立柱，另外還要對鋼柱進行驗算。

在對塔式起重機樁基的過程中，必須嚴格根據巖土工程勘察報告所測定的相關內容，在進行 鉆孔灌注樁進行驗算的過程中，抗傾覆計算以及樁承載能力的計算，都必須與設計要求相符合，這里就不再對具體的計算過程進行贅述。

3.1格構柱截面的力學特性

主肢主要采用14號角鋼 ；格構柱的橫截面，其尺寸主要為 ；另所采用的綴板為 。通過分析，可以得出主肢的橫截面，其力學參數主要為 。

格構柱的x-x軸截面總慣性矩：

格構柱的y-y軸截面總慣性矩：

結合上述公式，我們可以得出如下計算結果：

3.2矩形承臺彎矩的計算

根據圖2來看，在x軸的方向，其呈現為隨機變化的特征，為此在對其進行設計的過程中，應當根據傾覆力矩M最不理想的方向來對其進行驗算。

3.3塔吊基礎承臺頂面的豎向力與彎矩計算

①塔吊自重（包括壓重） ；②塔吊最大起重荷載 。塔吊的傾覆力矩 ；樁基承臺頂面的豎向力則為 。

3.4矩形承臺截面抗剪切計算[1]

根據上述計算方案，我們即可獲得X方向與Y方向的矩形承臺最大剪切力，并對其對稱性進行全面考慮，同時將其記為 ，此時，我們就需要對承臺所配置的箍筋情況進行考慮，并根據下列公式對斜截面受剪承載力進行計算：

上述公式中， 主要用于對截面剪跨比的計算，結果為 ；b則主要用于對承臺橫截面的寬度進行計算，結果為 ； 主要用于表示混凝土軸心抗拉強度的設計值，結果顯示為 ； 主要表示鋼筋受拉強度，結果為 ； 則用于表示承臺截面高度，結果為 ； 則主要表示箍筋的間隔距離，結果顯示為 。

根據上述結果來看，在選擇鋼板時，其厚度達到60mm后即可達到較大的強度，并可經由樁承臺對其抗剪要求進行計算，最后完成配箍筋的構造。

3.5 樁身承載力驗算

按照JGJ94-2008《建筑樁基礎技術規范》[1]中相關要求，對樁身承載力進行計算，通過該結果的計算，能夠獲得樁的軸向壓力設計值，確定最大值為 ，具體的決定樁頂軸壓設計值計算公式如下：

上述公式中， 主要用于對基樁成樁工藝系數的表示，取值為 ； 主要用于對混凝土軸心抗壓強度設計值進行標示，結果顯示為 ； 主要標識樁身截面面積，結果顯示為 。

在經過上述公式計算后，即可獲得一個較為滿意的樁頂軸壓力設計值，受壓鋼筋只需要對配筋進行構造，并完成對樁身受拉的計算。通過計算受拉承載力結果顯示，最大拉力為 ；經由計算結果顯示，最終可獲得受拉鋼筋的截面面積為 。

所有的鋼筋均采取構造配筋，根據配筋的面積必須控制在 以上；而鉆孔灌注樁的主筋則必須運用 ，且應當用到6-12根，配筋率則必須保持在0.2%以上。

3.6樁豎向承載力驗算及樁長計算

3.6.1格構柱的長細比計算

根據下列公式對格構柱主肢長細進行計算：

根據上述公式來看，H主要用于表示對格構柱的總高度，其結果為 ； 則用于對主肢的截面面積進行表示，取值結果為 ；I則主要用于對格構柱截面慣性矩的表示，結果顯示為 ， 。

根據上述公式計算結果得出： 。

另對最小剛度軸1-1的長細比進行計算：

根據上述公式結果顯示，h主要用于對綴板長度進行表示，結果顯示 ；b則主要用于綴板厚度的表示，結果為 ；a1則主要用于對格構架截面長度的表示，結果為 。

在通過上述公式計算，結果顯示為：

換算長細比的計算公式如下：

根據計算結果顯示，

3.6.2樁頂豎向力

式中：n為單樁個數，n=4；F為作用于樁基承臺頂面的豎向力設計值；G為樁基承臺自重， ； 主要用于對承臺底面的彎矩設計值進行表示，其中 ； 則主要用于對單樁樁頂豎向力設計值進行表示； 則主要用于表示X與Y方向在單樁相對承臺中心軸中的距離（m）。通過公式計算結果顯示，單樁樁頂豎向力設計值結果顯示為 ，并未出現上拔力。

3.7格構柱的整體穩定性計算

格構柱在彎矩作用平面內的整體穩定性計算公式：

其中A主要用于對格構柱橫截面的毛截面面積的表示，取值為 ；N則主要表示軸心壓力，取值為 ； 則主要用于對軸心受壓構件彎矩作用平面內的穩定系數的表示。

按照換算長細比 ， ，通過《鋼結構設計規范》中相關規定可以了解到， ， 。通過對X、Y方向進行計算，其強度值結果顯示為 ，該結果與設計強度結果 明顯更大，故與相關要求相符合。

4塔吊基礎的施工

4.1施工準備

在進行施工之前，首先需要對鋼格構柱進行準備，并且保證其穩定性以及強度均能夠腳趾塔身標準節更大。同時應當對灌注樁的鋼筋籠制作等準備工作。鋼筋以及鋼格構柱在進場的過程中，首先需要對焊接以及原材料等進行驗收，并完成相關資料的制作。

4.2樁基施工

按照施工組織在設計的過程中，所選定的塔吊的平面位置來完成測量放線，對4根鉆孔灌注樁的中心位置進行明確，在完成定位、測量、成孔等工作后，將制作好的鋼格構柱同鋼筋籠焊接進行固定，并將其放置于孔內，同時再次對鋼格構柱的標高和位置進行復核，并對鋼格構柱的方向、位置、標高進行固定，同時根據相關規定再次進行清孔，同時完成混凝土澆筑。

4.3鋼格構柱之間的桿件連接

在對鉆孔灌注樁澆筑之后，并在滿足相關設計要求之后，應當在塔吊基礎周圍的土方對其進行分層開挖，在開挖時一定要確保其達到相應的深度，隨即鑿除對鋼格構柱內外的混凝土，同時對斜撐桿件與焊接水平。

5止水板的施工

由于鋼格構柱需要直接穿通地下室底板，并且非常容易造成鋼格構柱角鋼與地下室底板之間的交接發生滲水情況，這使得滲漏現象很難得到有效改善；為此，本工程需要運用6mm厚的鋼格構柱止水片，這就能夠較好的實現對滲漏的預防。在進行施工的過程中，主要注意以下幾點：

（1）為了提高焊接的質量和水平，焊接操作人員在對斜撐桿件、水平桿件、加勁板以及承壓板的焊接時，必須尤其重視，同時這些操作人員必須保證持證上崗。

（2）在樁孔的過程中，鋼格構柱的位置必須放置非常準確，并嚴格控制垂直偏差和水平，嚴禁出現鋼格構柱偏位過大的情況，以免出現塔吊標準節無法安裝的情況。

（3）塔機在使用過程中應經常觀察連接螺栓情況、塔吊垂直度，附墻與結構的連接是否有松動。

（4）需考慮獨立高度的安全系數，對使用說明書規定的獨立高度H，再乘以0.8的安全系數。

（5）在塔吊基礎和鋼格構柱的施工過程中，塔機生產廠家應對塔吊基礎進行技術指導并參與驗收，塔機安裝好后需對塔吊基礎進行技術指導并參與驗收，塔機安裝好后需對塔吊的整體情況進行測試并試運轉。

6結語

該項目塔式起重機安全有序運行，提高了工作效率。鋼格構塔吊基礎與其它形式的結構形式相比，具有以下的優勢：首先，基礎連接結構沒有大的過渡結構，結構簡單，受力明確，方便連接操作。其次，該基礎形式克服諸多不利的環境因素，在基坑開挖及安裝使用時，方便施工，安全實用，加快施工進度，確保工程安全有序進行。

參考文獻

[1]JGJ94-2008《建筑樁基礎技術規范》[S]

[2]GB50010-2002《混凝土結構設計規范》[S]

[3]GB50017-2003《鋼結構設計規范》[S]