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摘要:随着高层建筑的逐渐发展,建筑深基坑成为建筑发展的趋势。为了满足现场施工要求,深基坑施工往往需要把塔吊设在基坑内部,当开挖深度大,塔吊基础设在底板下时,遇到地下水位较高的情况,塔吊安装难度更大。这是采用组合式塔吊基础能较好的解决这种问题。本文介绍了组合式塔吊基础的桩、钢格构柱、承台的设计计算,从计算说明和设计要求,在其构造要求、施工方法和注意事项等方面的角度,充分结合现场实际施工情况,完善组合式塔吊基础设计的做法,可供类似工程参考。
关键词:组合式 塔吊基础 设计 施工
土地资源的缺少使得高层建筑如雨后春笋般冒出,空间利用率不断加大,地下空间越来越大,深基坑成为大型建筑“标配”,为保证施工建设要求,塔吊需设在基坑内部,并且在大面积挖土之前需要搭设完成。采用常规的塔吊安装时,如遇到边坡放坡过大,地下水位过高时,就会使得塔吊的安装搭设存在较大的困难,组合式塔吊就能较好的解决这样的问题。
1. 组合式塔吊的基本组成
组合式塔吊大多是由基桩、构造承台、钢格构柱、水平连杆及斜撑、钢结构平台或钢筋混凝土承台、塔身等,如下图。
图1 组合式塔吊基础组成示意图
2. 工程概况
2.1基本概况
该工程为6栋高层住宅楼,层数为33层,建筑高度约为98.85m。场地原为工业厂房,后为荒地、池塘和堆土,经调查原厂房采用浅基础,经勘察单位测量定点期间对池塘和堆土区域进行了测量。基坑规模,面积约为 26500㎡,周长约为 800m。基坑开挖深度为4.55-8.30m,局部坑中坑开挖深度为1.40-3.35m。
2.2地质条件
根据现场勘探揭露和室内土工试验结果,场地主要分布有人工填土层(Qm)和第四纪全新世海陆相沉积地层(Q4mc)。塔吊灌注桩设计顶标高为-9.9m,桩长15m,根据地勘报告工程地质剖面图,各塔吊灌注桩顶标高位置均处于⑤-1土层。
昆山市地处长江三角洲太湖堆积平原,地形平坦,河网密布。第四纪地层沉积很厚,达180~300m,历经多次地壳升降及海侵及海退,形成了多层地下含水层,上层潜水地下水位较高,下层地下水受上腹土压力作用均为微承压水。该场地③层、④层、⑤D层渗透性较差,均为相对隔水层,其中⑤T层含较多粉土可视为含水层。
3. 塔吊基础荷载计算分析(以工程QZT125塔吊组合式基础为例)
3.1格构柱基础受力示意图
3.2塔吊基础载荷
上式中:
Qkmax、Qkmin—格构筑底部的最大、最小压力(正负表示力作用方向,负为拉力);
Fk—塔吊在独立高度是传到承台顶部的竖向荷载(分为工作状态和非工作状态);
Gk1—承台(或钢平台)自重;
Gk2—4根格构柱及连接件自重标准值(桩顶以上部分);
n—格构柱数量,取n=4;
Mk—塔吊传到承台顶部的弯矩;
Fh—塔吊传到承台顶部的水平力标准值(分为工作状态和非工作状态);
H0—承台顶到桩顶的垂直距离;
L—力臂,对于本工程格构柱和钢筋混凝土承台组合的基础,L取对角线上的格构柱形心之间的距离,具体可参考图1中的1’-1’剖面中的L’。
同时,对于组合式塔吊基础来说,荷载分析中还存在有扭转力矩和土的侧向压力等。但是相对于竖向力及弯矩来说,扭转力矩较小,且根据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程(JGJ/T 187-2009)》基础设计不参与计算。土方开挖面以下部分,格构柱四周的压力基本平衡,土压力对格构柱的影响也可以忽略不计。
3.3桩顶作用效应计算
根据塔吊工作状态分析,塔吊在非工作状态时处于不利受载状态,故以非工作受载状态进行计算,对承台下的桩基而言,力矩在承台对角线方向时,桩处于最不利受载状态,故对M最不利方向进行验算,具体根据《建筑桩技术规范》JGJ94-2008。
本工程承台混凝土强度采用C35,混凝土承台长度LC=5000mm,承台宽度BC=5000mm,承台厚度HC=1350mm,承台容重γ=25kN/m³;即桩基承台和承台上土自重计算值Gk1=γ×LC×BC×HC=843.8kN。(此计算中未考虑承台上的覆盖土的重量)
本工程承台底部保护层厚度h1=55mm,长度方向保护层厚度L1=50mm,宽度方向保护层厚度B1=50mm,承台计算截面处的计算长度L0=5000mm,承台计算截面处的计算宽度b0=5000mm,承台计算截面处的有效高度h0=1295mm;采用4根桩,桩型采用钻孔灌注桩,桩径D=800mm,桩长L=15m,桩主筋数量n1=12根,桩主筋直径d1=25mm;格构柱自重计算值Gk2=16.04kN,格构柱间距a=3400mm,塔身标准节宽度b=2000mm,基础承台顶面至桩顶高度H0=10.3m;即荷载效应标准组合偏心竖向力作用下,桩基或复合桩基平均竖向力:
4. 组合式塔吊基础施工要求
4.1灌注桩施工
该工程组合式塔吊基础采用灌注桩,其具体施工流程较为常见,在施工过程中应当注意:(1)采用坐标法进行桩中心部位放样后,四周应设护桩并复测,误差控制在5mm以内;(2)埋设护筒时,应高出自然地面10-20cm,埋设后进行桩位复测;(3)灌注桩采用水下C30,灌注过程中严格控制导管埋深,严禁导管埋深小于2m,并不得大于6m,同时经常用测锤探砼面的上升高度,严格控制成桩质量、桩顶标高。
4.2格构柱施工
该工程格构柱深入灌注桩3.0m,灌注桩顶部留设0.8m长钢筋焊接于格构柱上,格构柱深入承台0.8m。格构柱吊(插)入桩孔时,在格构柱两个方向同时架设两台经纬仪,严格控制钢构柱的垂直与水平二个方向的偏位。在浇捣混凝土时格构柱上部需用角钢焊接固定(伸出自然地坪标高)防止在浇捣后钢构柱的偏位,格构柱施工应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定。使用汽车吊或其他起重设备将个够钢珠插入桩孔内部应保证:(1)沿钢柱轴线方向每隔1.5-2.0m焊一道与桩钢筋笼直径相同的定位箍筋,在定位箍筋上绑混凝土穿心块,用来控制钢柱在桩孔中的位置;(2)在桩孔四周搭设固定支架将钢筋笼及钢桩悬挂在桩孔内,不得直接搁置在桩孔的底的岩土上;(3)在浇筑混凝土前应校正钢柱的平面位置,四个面和建筑轴线的夹角、四根钢柱的相对位置,当混凝土初凝前另需再校正一次。
4.3基础土方施工
塔吊基础承台施工前需对承台区域进行局部放坡开挖;(2)挖土前必须进行充足的降水,确保水位降到当前挖土层层底以下1米;(3)严格控制土坡坡度,确保边坡稳定,该工程每层土的放坡按1:2进行;(4)严禁挖土机械碰撞钢立柱;塔吊钢立柱附近30cm和内侧必须采用人工挖土,塔吊基础土方开挖时必须对称开挖,为方便加固,一次开挖深度不宜超过1.5米。边开挖边加固,上部加固完成后方可继续开挖下层土方。以免造成结构失稳。
4.4基础施工
安装预埋件,需将预埋件吊放于马凳上,进行调平,调平后将预埋件和马凳焊接在一起,并对其进行加固;(2)浇注混凝土(不低于C35)并捣实,在此过程中必须随时监测预埋件的水平度,如有变化,随时进行调整,确保塔吊预埋件水平度。混凝土不得往一个方向浇注,以免动摇预埋件;(3)基础强度达80%以上并经质量安全部门验收合格后,方能安装塔吊。
5.结语
采用组合式塔吊基础能够解决大面积、深基坑地下室施工期间塔吊正常使用的问题,有效的减少人工搬运材料的时间、资金、人力的消耗,有效避免了材料的二次搬运问题,提供了塔吊的使用效率,降低施工成本,加快施工进度,增大工程效益。
组合式塔吊基础设计作业面较多,知识面广,施工工序要求高且较为繁琐,在施工过程中的每一个环节都要严格把控,否则可能会影响塔吊的正常施工使用,出现安全问题。认真对待设计和验算流程,加强检查和验收过程,确保成品质量。在工程后期,仍需对其进行沉降、位移、倾斜检测,尽早附墙。本文给出了昆山某工程的设计整体思路,为后期相似工程建设提供思路和借鉴。
参考文献
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[4]崔秀光,张士平.组合式塔吊基础的设计与施工[J].浙江建筑,2012(11):28-32.
论文作者:修鑫,唐嵩皓,马春梅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/25
标签:塔吊论文; 基础论文; 组合式论文; 预埋件论文; 工程论文; 混凝土论文; 桩基论文; 《防护工程》2018年第29期论文;