塔吊钢管桩基础的应用

塔吊钢管桩基础在软土地基的应用塔吊钢管桩基础在软土地基的应用 摘摘 要要 与普通的钢筋混凝土塔吊基础相比 钢平台结构基础具有适用性强 荷载 明确 计算简单 安装拆除方便 材料可周转使用等特点 关键词关键词 软弱地基 塔吊钢平台 钢管桩基础 塔吊使用说明书中提供的基础设计一般都是钢筋混凝土基础 由于抗拔和抗压 全部由普通的钢筋混凝土基础承担 所以塔吊钢筋混凝土基础具有平面尺寸大 体 积较大 重量大的特点 在软弱地层修筑塔吊基础 这些特点就成了明显的缺点 桩基加钢平台结构基础 克服了软弱地层承载力不足的限制 地质适用性强 具有 明显的优越性 随着建设领域的快速发展 塔吊钢平台基础的应用也越来越广泛 1 1 工程概况工程概况 乐清湾港区铁路永乐河特大桥工程 第 18 19 20 三跨设计采用 32m 48m 32m 单线连续梁跨 挂篮法现浇施工 施工方案在 17 号墩和 18 号墩处安装塔吊进行物料 运输 该工程位于海边滩涂地带 地表为不足 1m 厚的粉质粘土 往下为 13m 厚的 淤泥 灰绿 灰褐色 呈流塑状态 再下层为细圆砾土 中密 饱和 淤泥极限承 载力 0 04MPa 低于按说明书上的要求值 0 17MP 不适合直接套用说明书上的钢筋 混凝土承台基础 2 2 塔吊选型塔吊选型 塔吊钢平台和桩基所承受的竖向荷载主要是塔吊的自重和工作状态下的弯矩 所以确定所用塔吊的型号是计算平台桩基所承受荷载的先决条件 2 12 1 塔吊型号选定塔吊型号选定 经查阅塔吊资料对比 长沙中联重工生产的 TCT5010 4 型塔吊 标准节尺寸为 1300mm 1300mm 标准节高 2 8m 采用 35m 长起重臂 幅度 2 5 最大起重量为 4t 在 2 倍率的情况下 幅度 32 5m 处可起吊重量为 2 0t 4 倍率的情况下 幅度 32 5m 处可起吊重量为 2 12t 能够满足施工要求 具体参数见图 2 1 幅度 m 2 5 17 520 022 525 028 930 032 535 0 两倍率 2 001 95 起重量 t 四倍率 4 003 793 302 912 602 342 121 93 图 2 1 35m 臂起重性能特性 2 22 2 安装高度安装高度 塔吊采用螺栓固定式安装 塔吊基础顶面与桥墩承台顶面处于同一标高 根据 图纸标高推算 承台顶到箱梁顶高度 21 6m 吊钩基本长度 2 5m 吊钩下工作空 间预留高度 3 5m 塔吊正常工作的基本要求高度为 h 21 6 m 3 5 2 5 27 6 m 采用 9 节标准节 1 个固定节 每节高度为 2 8m 塔头高 4 8m 安装高度为 H 2 8 10 4 8 32 8m 3 3 基础设计基础设计 塔吊固定节通过高强螺栓与钢平台连接 钢平台与钢管桩焊接 塔吊钢平台与 钢管桩作一起承受荷载 塔吊自重及上部荷载通过钢平台传递给下部的钢管桩 依 靠钢管桩来提供抗压及抗拔 3 13 1 钢平台结构尺寸钢平台结构尺寸 塔吊基础采用钢平台加钢管桩基础 根据 TCT5010A 塔吊说明书给出的预埋螺 栓定位尺寸 计算出塔吊固定节支腿中心间距 以便确定桩基的间距 图 3 1 2 图 3 1 塔吊固定节支腿尺寸 3 23 2 钢平台结构设计钢平台结构设计 采用 4 根 60cm 壁厚 12mm 锥底闭口钢管桩 材质 Q235 钢 允许应力 170MP 桩长 18m 桩中心间距 1182mm 各钢管桩顶设置 800mm 800mm 20mm 钢 垫板 钢平台采用 400 400 13 21H 型钢进行焊接成矩形框架 与桩顶钢垫板焊 接 桩顶以下 600mm 设置钢系梁 将桩与桩之间连接一起 焊缝按照 钢结构设计 规范 要求确定 具体结构见图 3 2 600钢管桩 钢垫板800 800 H型钢接头焊缝 H型钢长度1169 加强板 H型钢长度1982 H型钢长度1982 加强板 H型钢系梁 A A A A断面 图 3 2 钢平台结构示意图 3 33 3 单桩基承受的荷载单桩基承受的荷载 桩基承受的重量包括塔吊的自重 起重的重力矩 钢平台和钢管桩自身的重量 1 塔吊自重 依据塔吊说明书上的各构件重量 得出塔吊重量如下表 构件名称构件名称数数 量量单件重单件重 kg kg 合重合重 kg kg 固定基节 L 1670670 加强节 L 1670670 标准节 L 106506500 爬升架 125002500 回转总成 122002200 司机室 1400400 塔头 111001100 平衡臂总成 140004000 35 米起重臂总成 148004800 35 米起重臂平衡重 155005500 平衡重 176007600 合合 计计 35940 2 钢平台重量 400 型 H 型钢每米重量为 172kg m 按使用 12 米计算 12 172 20 6 KN 3 钢管桩的自重 桩长 18m 0 6 3 14 0 012 18 7 8 103kg m3 31 7 KN 4 钢垫板重量 0 8 0 8 0 02 7 8 1 KN 5 总重量 359 4 20 6 31 7 4 1 4 510 8 KN 6 单桩承载力 塔吊基础桩宜采用钢管桩 桩顶竖向力设计值由下式确定 Nk FkGk n M a 2 其中 Nk 单桩桩顶竖向力设计值 Fk 钢管桩的总竖向力设计值 Gk 钢平台和钢管桩的自重 n 桩的数量 M 塔吊工作工况弯矩 M 1170kN m a 塔身宽度 a 1 3m Nk 510 8 4 1170 1 3 1 414 152 9 636 49 单桩顶最大竖向压力Nk max 764 19 kN 单桩顶最大竖向拔力Nk min 508 79 kN 3 43 4 桩基验算桩基验算 为保证塔吊作业过程中的安全稳定 基础施工前需要对桩基的稳定性进行验算 桩基采用钢管摩擦桩 主要利用土层对桩的侧阻力承受荷载 桩长采用 18m 淤泥 中桩长 13m 细圆砾土中桩长 5m 3 4 13 4 1 承载力验算承载力验算 偏心竖向力作用下除满足上式外 单桩应满足下式的要求 Ra 单桩竖向承载力特征值 单桩竖向承载力特征值 Ra 应按下式确定 Ra 单桩竖向承载力特征值 K 安全系数 规范中取 K 2 根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准 值按下式估算 QUK QSK QPK U qsikli pqpkAp 式中 U 桩的周长 qsik 桩的极限侧阻力 JGJ94 2008 表 5 3 5 1 中 淤泥取值 20 细圆砾土取值 160 li 桩周土层厚度 淤泥 8m 细圆砾土 10m p 桩端土塞效应系数 p 1 qpk 极限端阻力标准值 表 5 3 5 2 qpk 取值 10000 Ap 桩端面积 QUK 0 6 3 14 13 20 5 160 1 10000 3 14 0 32 0 2882 2218 6KN Ra QUK 2 1109 3 KN Nk max 764 19 kN 经计算承载力满足要求 3 4 33 4 3 抗拔性能验算抗拔性能验算 按下列公式同时验算群桩基础呈整体破坏和呈非整体破坏时基桩的抗拔承载力 式中 Nk 按荷载效应标准组合计算的基桩拔力 Tgk 群桩呈整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值 按规范第 5 4 6 条确定 Tuk 群桩呈非整体破坏时基桩的抗拔极限承载力标准值 按规范第 5 4 6 条确定 Ggp 群桩基础所包围体积的桩土总自重除以总桩数 密度取值 1 5 GP 基桩自重 1 群桩呈非整体破坏时 基桩的抗拔极限承载力标准值按下式计算 式中 ui 桩身周长 对于等直径桩 u d i 抗拔系数 按规范表 5 4 6 2 取值 0 7 Tuk iqsik ili 0 7 0 6 3 14 13 20 5 160 1397 9 KN Tuk 2 GP 2321 1 2 31 7 1192 2 KN 730 7 KN 508 79 KN 2 群桩呈整体破坏时 基桩的抗拔极限承载力标准值按下式计算 式中 l 桩群外围周长 l 4 1 982 Tgk l iqsikli 4 4 1 982 0 7 13 20 5 160 4 1470 6 KN Ggp 4 1 982 18 15 2140 6 KN Tgk 2 Ggp 4 1791 7 KN 1270 5 KN 508 79 KN 经验算抗拔性符合要求 3 4 33 4 3 稳定性验算稳定性验算 钢管截面积 A 3 14 3002 2882 22155 84mm2 惯性矩 I 3 14 6002 5762 64 957929898 84mm4 回转半径 i I A 1 2 207 9 mm 钢桩保险系数 k 0 7 长细比 kl i 0 7 16 103 207 9 53 9 纵向弯曲系数 0 9 轴向压应力 P A 764190 0 02215584 34 49 MPa 摩擦桩的保险系数 2 2 2 34 49 68 98 MPa 允许应力 k 0 7 0 9 170 107 1MP 68 98 MPa 107 1MPa 经验算稳定性符合要求 4 4 基础施工基础施工 承台底标高为 1 75m 承台高度 2 5m 计算出承台顶面标高为 4 25m 钢平台 顶面与 17 号墩承台顶面处于同一标高 钢平台高 400mm 钢垫板厚 20mm 钢管桩 顶标高为 3 65m 4 14 1 钢管桩焊接钢管桩焊接 钢管桩由 2 节 9m 长 直径 600mm 的钢管焊接而成 钢桩焊接接头采用等强度 连接 管节对接时管口保持在同一轴线上 采用单面坡口焊接 上节桩的坡口角度 采用 45 下节桩不开坡口 采用多层加强焊 每次的焊缝接头按要求错开 焊接 质量等级不低于二级 焊接材料采用 502 焊条 严禁使用 4 字头焊条 壁厚 mm 项 目 10 20 20 余高 c 2 32 4 余度 e 2 32 3 示意图 背余高1mm e c 上节下节 45 图 4 1 对接焊缝加强尺寸表 焊接前将焊接坡口及附近 20mm 范围内的铁锈清除干净 露出光亮的茬口 由 两名焊工对称施焊 以减少变形和内应力 焊接完成后清理焊瘤和熔渣 对焊缝进 行外观检查 要求焊缝紧密 焊道均匀 焊缝金属与母材过渡平顺 不得有裂缝 未融合 未焊透 焊瘤和烧穿等缺陷 所有焊缝必须进行无损探伤检验存在的缺陷 按下表要求进行修正 4 24 2 沉桩施工沉桩施工 所有焊缝进行无损探伤检验合格后开始沉桩施工 采用北奕机械制造有限公司 生产的 BY VH450 型挖掘机打桩机 激振力 750KN 最大打桩长度 18m 钢管桩在加 工场内焊接完成后 一次性把管桩沉入 控制桩身垂直度误差不大于 1 中心偏位 不大于 10mm 顶面高程误差不大于 5mm 说明 承台标高1 87m H型钢平台高度 0 4m 钢垫板厚度0 02m 桩顶标高 为1 87 0 4 0 02 1 45m 本图标高单位m 其他尺寸mm 3 653 65 图 4 2 钢管桩顶端标高 允许范围 缺陷名称 二级 处理办法 咬伤深度不超过 0 5mm补焊 超高 2 3mm 进行修正 表面裂缝 未融合 未焊透不允许铲除缺陷后重新补焊 表面气孔 夹渣不允许铲除缺陷后重新补焊 4 34 3 钢系梁安装钢系梁安装 开挖深度为 3 0m 3 0m 深 1 5m 的基坑 四周采用 6m 拉森钢板桩防护 经观 测基坑稳定后进行安装 H 型钢系梁 钢系梁下料长度 734 8mm 两端切成 R 300mm 的圆弧 钢系梁腹板中心线到钢管桩顶高度 600mm 钢系梁与钢管桩接触面四周全 部满焊 腹板焊缝厚度 9mm 翼板处焊缝厚度 12mm H型钢水平放置 焊缝厚度9mm 平 面 图 立 面 图 A A 焊缝12mm 图 4 3 钢系梁与钢管桩焊接施工 4 44 4 钢平台施工钢平台施工 钢平台由 4 块 800mm 800mm 钢垫板 32 块 100mm 100mm 三角形加强板 2 根 下料长 1982mmH 型钢 2 根下料长度长 1169mm H 型钢 钢板厚度 20mm H 型钢为 400mm 400mm 13mm 21mm 按照塔吊地脚螺栓孔的尺寸 在两根长 1192mm 的型 上钻螺栓孔 塔吊地脚螺栓为 M36 钻孔直径为 38mm 孔间距误差控制在 1mm 内 地脚螺栓孔见图 4 4 1 图 4 4 1 地脚螺栓孔的位置 钢平台施工步骤 1 先在钢管桩顶部焊接加强板钢垫板 每根桩 8 块沿桩周围均布 顶端和桩顶 平齐 与桩身和垫板的接触面四周全部满焊 焊缝 9mm 2 加强板焊接检验合格后再安装钢垫板 中心偏位不大于 5mm 与桩身和加强 板 的焊缝 12mm 3 H 型钢进行焊接成矩形框架与钢垫板焊接 接触周边满焊 腹板处焊缝厚度 9mm 翼板处焊缝 12mm 4 检验焊接质量 不符合要求焊缝进行处理 5 钢平台安装完成后用原土对基坑进行回填 H型钢长度1169mm H型钢长度1982mmH型钢长度1169mm 焊缝12mm 加强板焊缝9mm 焊缝12mm 焊缝9mm 焊缝12mm 焊缝9mm 焊缝9mm 钢垫板20mm 腹板13mm 腹板13mm 图 4 4 2 钢平台焊接安装图 5 5 塔吊安装塔吊安装 螺栓孔两侧焊上 200mm 193 5mm 20mm 厚钢板作为加劲肋 外侧 3 块 内侧 2 块 将固定节放在钢平台上将螺栓孔对齐 螺栓先垫上一垫圈 穿过螺栓孔后再 垫一垫圈 用双螺帽锁紧 见图 5 1 M36螺栓 固定节 加劲肋 A A断