钢格构柱式塔吊基础在基坑中的应用.docx

Zhejiang Construction，Vol 28，No 6，Jun 2011钢格构柱式塔吊基础在基坑中的应用Application of Steel Lattice Pile Tower Crane Basis in Foundation Pit余 涛，吴利泽，王烈锋YU Tao，WU Li-ze，WANG Lie-feng( 浙江耀厦建设有限公司，浙江 杭州 310011)摘 要:介绍了在塔吊安装于基坑的工程实践中，采用钻孔灌注桩插入钢格构柱作为塔吊的基础与塔机螺栓连接的设计，在施工中可降低施工成本，加快施工进度，从而确保工程工期。关键词:钢筋混凝土灌注桩; 钢格构柱; 止水片中图分类号:TU753 2文献标识码:B文章编号:1008 3707( 2011) 06 0044 03杭州市西湖区某工程总建筑面积62 000 m2 ，地下1 层，建筑面积为11 039 m2 ，地上 27 层，建筑面积为50 961 m2 ( 地上) ; 基坑围护结构采用 SMW 工法桩并 设置钢筋混凝土内支撑。由于地下室面积较大，主楼 位于地下室中部; 钢筋混凝土内支撑施工时，有大量的 钢筋安装和混凝土浇筑施工，需要在基坑大面积开挖前 将塔吊安装就位，以便围护结构施工; 根据施工现场场地 条件及周围环境情况，为了满足工程需要，提高塔式起重 机施工时的覆盖利用率，本工程采用钻孔灌注桩插入钢 格构柱作为塔吊的基础与塔机螺栓连接的方式，将一台 QTZ60 塔式起重机安装于地下室并附着于主体结构。度为2 100 mm，钢格构柱采用 4 根125 125 10角 钢 拼 方，格 构 柱 截 面 400 mm 400 mm，总 长4 2 m; 缀板尺寸370 mm 200 mm 10 mm; 缀板水 平距1 200 mm; 格构柱顶为 4 块700 mm 700 mm 40 mm的厚钢板作为承压板，钢板下焊接加强劲板，加 劲板厚度20 mm，承压板与塔机采用每个柱脚 2 颗 30性能等级为 8 8 级的高强度螺栓连接( 见图 1) 。塔吊桩基及钢格构的计算122 1 塔吊桩基计算塔吊桩基根据岩土工程勘察报告，对 800 的钻孔灌注桩进行验算，桩的承载力和抗倾覆验算 均能满足要求，计算过程略。2 2 钢格构计算塔吊基础的选型1塔吊基础采用钻孔灌注桩插入钢格构柱作为塔吊的基础，桩型为 800 钻孔灌注桩，桩中心距1 600 mm 1 600 mm，共 4 根; 桩基钢筋笼 1218，箍筋 8 200 螺旋箍，定位箍 14 200。在桩与钢格构柱搭 接范围内箍筋加密为 12 150，桩身混凝土强度等 级为 C30，塔机基础桩长根据塔吊的荷载及地质勘 测报告的地质情况进行设计( 钻孔灌注桩应进入持 力层，不宜采用摩擦桩) 。塔吊基础设 4 根桩，每根 桩中设一个钢格构柱，格构构架插入桩内的锚固深钢格构架体截面几何特性 ( 1 ) 角钢的力2 2 1学参数:查阅国家标准热轧等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差( GB 9787-88) 可知125 125 10 的角钢，24截面积 A角 = 24 4 cm ; 惯性矩 i角 = 362 cm ; 中心距离ZO = 3 45 cm。( 2) 单柱惯性矩: i单 = 4362 + ( 20 3 45 )24 4 = 28 180 884 cm42收稿日期:2011 01 11作者简介:余 涛( 1980) ，男，湖北随州人，工程师，从事建筑施工项目管理工作。第 6 期涛等: 钢格构柱式塔吊基础在基坑中的应用余45F架390 422 架 = 槡架 + 40 F= 41 15+ 40 2 24 4 =X 槡 ; 查表得44 87 单 = 0 907 5。其中: FX 为架体截面中垂直于 X 轴各段125 125 10 缀板的截面积;结构件许用长细比，按塔式起重机设计 规范( GB 13752) 取值= 150。( 9) 单柱长细比:单柱的计算长度即两节点的距离 L = 1 200 mm。 120 单 = 16 99 = 7 0632222 单 = 槡单 + 1 = 槡7 063+ 5 886 = 9 194查表得 单 = 0 914 8。2 2 2 格构架体整体强度计算 钢格构柱在考虑 最不利状态( 非工作状态) 下进行验算。已知: N = 613 7 kN; MX = MY = 1 796 kNm; A =390 4 cm2 。3WX = WY = W架 = 18 913 215 cm= N + MX + MY = 613 7 10 36 2 1 796 10 2 +3AWX WY390 4 10 18 913 215 10= 205 64 N / mm2 f= 215 N / mm2格构架体整体稳定性计算 ( 1) 欧拉临界力:2 2 32 EI架NEX = NEY = ( l) 2图 1塔吊基础、塔机与钢格构柱连接示意图2 206 109 1 518 163 5 10 8 10 3= ( 3) 单柱惯性半径:( 2 34 1) 2i单28 180 884= 6 629 43 kN平面内一端固定一端自由的 = 2。( 2) 非工作状态时架体整体稳定性验算:已知: N = 613 7 kN; MX = MY = 1 796 kNm; A =390 4 cm2 。r单 = 槡4A= 16 99 cm角槡4 24 4( 4) 架体截面积:2A = 4 4 A1 = 4 4 24 4 = 390 4 cm( 5) 架体惯性矩:i架 = 4 28 180 884 + ( 80 20) 4 24 4 = 1 518 163 536 cm4( 6) 架体惯性半径:2W = W = W = 18 913 215 cm3X Y 架 B M B M Nmx Xty Y = +X ()A N WX架1 YWX NEXi架1 518 163 536r单 = 槡A= 62 36 cm3架槡613 7 10390 4=2 +0 907 5 390 4 10( 7) 架体截面模量:1 0 1 796 106+i架1 518 163 53618 913 215 103 ( 1 0 907 5 )61 37= 18 977 044 cm ，3W架 = Y =806 629 43Y 为 1 /2 的架体截面尺寸。( 8) 架体长细比:1 0 1 796 10618 913 215 103 = 208 047 N / mm f= 215 N / mm22( 3) 单柱稳定性计算: 单柱考虑最不利时的最大压力UT2 ( 200 + 1 083 ) 架 = r= 41 1562 36架浙江建 筑2011 年 第 28 卷46于塔身标准节。钢格构进场后按照钢结构工程施工质量验收规范( GB 50205-2001) 对其原材料及焊 接进行验收，并形成资料。3 2 桩基施工根据施工组织设计选定的塔吊的平面位置进行 测量放线，定出 4 根钻孔灌注桩的中心位置( 即 4 根 钢格构柱的中心位置) ; 经过测量、定位、钻孔、成 孔、清孔后，将制作好的钢格构柱同钢筋笼钢筋焊接 固定一起放入孔内，复核钢格构柱位置和标高，钢格 构柱的位置、方向、标高固定后，按要求进行二次清 孔并浇筑混凝土。3 3 钢格构柱之间的杆件连接在钻孔灌注桩浇筑完成并达到设计强度后，对 塔吊基础周围的土方进行分层开挖; 土方开挖达到 一定的深度后，随即对钢格构柱内外的混凝土进行 凿除并焊接水平和斜撑杆件。i单Ncmax = 613 7 kN; WX1 = Y= 28 180 8843= 1 409 044 cm20Ncmax613 7 103=0 914 8 97 6 102A角 架= 68 735 N / mm2 f= 215 N / mm2承压板( 钢平台) 承受最大轴力验算2 2 4N = A= 4 9 105 215 = 105 350 kNNP = N / K = 105 350 /12 = 8 779 17 kN Ncmax =613 7 kN取安全系数 K = 12，满足要求。2 2 5承压板端面转角及最大挠度A = B =234Ncmax b / ( 16EI) = 613 7 10 49 10 / ( 16 206 103 373 33 104 ) = 0 024 44f = Ncmax b / ( 48EI) = 613 7 10 49 10 /( 48 206 103 373 33 104 ) = 0 008 146 f=600 /500 = 1 2 mm承压板变形微小，刚度满足要求。2343 4承压板与钢格构柱的连接钢格构柱插入灌注桩后，在钢格构柱顶部设置的承压板与钢格构柱连接前需对钢格构柱顶标高进行校核，将已钻孔( 直径等同于塔吊标准节的螺栓 孔) 的承压板与钢格构柱连接，焊接后 4 块承压板 的板面标高不得大于3 mm; 待承压板与钢格构柱连 接好后，在承压板的下部焊接加劲板来增加焊缝长 度( 见图 2、图 3) 。( 1 )2 2 6承压板与格构柱及加劲板长度验算将承压板与四块角钢焊接后的焊缝计算( 垂直焊缝长度方向) : N 613 7 103lw = h = 0 7 10 140 = 626 22 mme格构柱角钢与承压板的焊缝长度为 125 8 =1 000 mm，已经满足要求，增加加劲板以提高承压板 与格构柱的整体性，保证其连接质量和整体刚度。承压板与塔机螺栓连接QTZ63C 塔吊标2 2 7准节与承压板连接，采用每个格构柱 2 棵 30 的螺栓连接，性能等级为 8 8 级的高强度螺栓。螺栓直径 d = 30 mm，计算净面积 516 mm2 ，Ncd= 613 7 kN，fb = 400 Pa，t螺栓的拉力计算:Tmax = Ncd / n = 613 7 /2 = 306 85 kN螺栓的许用拉力计算:3 5 承压板与塔吊标准节的连接钢格构柱顶端的承压板与塔吊标准节采用 4 颗 30 的 8 8 级高强螺栓连接( 塔吊标准节四角各 2 个螺栓，故每个钢格构柱顶部的承压板上为 2 个螺 栓，共 8 颗) 。Nb 2 b2t = D nft /4 = 3 14 25 5满足要求。 2 400 /4 = 408 36 kN塔吊基础的施工33 1止水片的施工因钢格构柱直接穿通地下室底板，易造成地下 室底板与钢格构柱角钢的交接处渗水，且很难处理( 下转第 50 页)4施工准备基础施工前，必须准备好塔机生产厂家制作的钢格构柱，钢格构柱所选构件的材质应该等同塔吊标准节的材质，且钢格构柱的强度和稳定性必须大浙 江建 筑2011 年 第 28 卷50变化速度较快的异常情况应增加观测次数，必要时每天两次或更多。拆撑期间加密监测频率。( 3) 监测警戒值: 土体测斜孔最大水平位移警 戒值为连续3 d每只孔的位移增量超过3 mm，或累计 位移35 mm，水位监测预警值为500 mm / d，水平位移 警戒值为20 mm5。通过监测发现: 土体测斜孔最 大水平位移量随着挖土深度而增 加，最 大 达 到40 38 mm，超过设计警戒值，但水平位移增量基本 都在 + 1 0 mm / d以下，未超过警戒值。分析其原因 主要是其周边荷载较大，期间重车行走较多，这就增 加了总的水平位移量。支撑轴力、沉降量和水位变 化量在基坑开挖过程中监测一直相对稳定，未超过 设计值的要求。用的要求，已顺利完成土方开挖和地下结构施工，周围环境和建筑物、市政管线得到了很好的保护，也取 得较好的经济效益。但是今后在深基坑围护方案的 设计和施工、基坑支护系统和坑底稳定和市政环境保 护等方面，仍有许多新课题需要研究和实践。参 考 文 献1黄 强，杨 斌，李荣强，等 JGJ 120-99 建筑基坑支护技术规程S 北京: 中国建筑工业出版社，1999黄熙龄，滕延京，王铁宏，等 GB 50007-2002 地基基础设计规 范S 北京: 中国建筑工业出版社，2002陈忠汉，黄书秩，程丽萍 深基坑工程M 北京: 机械工业出 版社，2003: 123 129黄 强，惠永宁 深基坑支护工程实例集M 北京: 中国建筑 工业出版社，1997: 61 67刘建航，候学渊 基坑工程手册M 北京: 中国建筑工业出版 社，1997: 817 818234结语45经上述周密部署，本工程较好地满足了设计和使( 上接第 46 页)渗漏; 故本工程采用6 mm 厚的钢格构柱止水片( 见 图 4) ，可很好防止渗漏。( 4) 塔机在使用过程中应经常观察连接螺栓情况、塔吊垂直度，附墙与结构的连接是否有松动。( 5) 在塔吊基础和钢格构柱的施工过程中，塔机 生产厂家应对塔吊基础进行技术指导并参与验收，塔 机安装好后需对塔吊的整体情况进行测试并试运转。结语6随着社会的发展和工程建设的需要，地下室的深度及规模越来越大，基坑围护结构越来越复杂，为 了提高塔式起重机施工时的覆盖利用率，考虑塔吊 在基坑围护和地下室施工时的需要( 例如: 钢筋混 凝土内支撑梁、较大的人防单元等钢筋含量较高的 部位) ，同时减少塔吊基础施工时的开挖深度; 采用 钻孔灌注桩插入钢格构柱式塔吊基础，与普通承台 式的塔吊基础相比，特别是深基坑