塔吊钢管桩基础的应用

1、塔吊钢管桩基础在软土地基的应用摘 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 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 工程概况乐清湾港区铁路永乐河特大桥工

2、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 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。2.1 塔吊型号选定经查阅塔吊资料对比，

3、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)2.517.520.022.525.028.930.032.535.0起重量(t)两倍率2.001.95四倍率4.003.793.302.912.602.342.121.93图 2.1 35m 臂起重性能特性2.2 安装高度 塔吊采用螺栓固定式安装

4、， 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 = 32.8m3 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。3.1 钢平台结构尺寸 塔吊基

5、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3.2 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 800mm20mm钢垫板，钢平 台采用 400 40013 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 3.2600钢管桩AH

6、型钢接头焊缝 H型钢长度 1982图 3.2 钢平台结构示意图3.3 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。构件名称数量单件重 (kg)合重 (kg)固定基节 L1670670加强节 L1670670标准节 L106506500爬升架125002500回转总成122002200司机室1400400塔头111001100平衡臂总米起重臂总米起重臂平衡重155005500平衡重176007600合计359402) 钢平台重量400型

7、 H型钢每米重量为 172kg/m按使用 12米计算， 12 172 = 20.6 KN3) 钢管桩的自重桩长 18m，0.63.140.012187.8103kg/m3 =31.7 KN4）钢垫板重量0.8 0.8 0.02 7.8 1 KN5）总重量359.4+ 20.6 + 31.7 4 +14 =510.8 KN6）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 Fk+Gk +- MNk n +- a 2其中 N k - 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 = 11

8、70kN.m ；a - 塔身宽度 a=1.3m ；Nk =510.841170（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 kN3.4 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。3.4.1 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

9、 - 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 = Q SK+ QPK = Uqsik l i + pqpkAp 式中：U - 桩的周长q sik - 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 160li - 桩周土层厚度，淤泥8m，细圆砾土 10mp - 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 10000Ap - 桩端面积，QUK = 0.6223.14(13 20+5160) +1

10、100003.14 (0.3 2-0.288 2)=2218.6KNRa = Q UK/2= 1109.3 KN Nk max =764.19 kN经计算承载力满足要求。3.4.3 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

11、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 = di 抗拔系数，按规范表 5.4.6-2 取值 0.7Tuk = iqsikili = 0.7 0.63.14(13 20+5160) = 1397.9 KNTuk/2 + GP = 2321.1 2 + 31.7 = 1192.2 KN730.7 KN 508.79 KN2) 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 1.982Tgk =liqsikli /4 = 4 1.982 0.7 (13 20+5 160) 4 =1470.6 KNGgp = 41.9821815

12、 = 2140.6 KNTgk /2 + Ggp/4 = 1791.7 KN1270.5 KN 508.79 KN 经验算抗拔性符合要求。3.4.3 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 16103207.9 = 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 3

13、4.49 =68.98 MPa允许应力 k = 0.7 0.9170= 107.1MP68.98 MPa 20余高c2-32-4余度e2-32-3上节 45下节ec示意图背余高 1mm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。缺陷名称允许范围处理办法二级咬伤深度不超过 0.5mm补焊超高2-3m

14、m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4.2 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。4.3 钢系梁安装开挖深度为 3.0m3.0m、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

15、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。图 4.3 钢系梁与钢管桩焊接施工4.4 钢平台施工钢平台由 4 块 800mm800mm钢垫板、 32块 100mm100mm三角形加强板、 2 根 下料长 1982mmH型钢，2 根下料长度长 1169mmH 型钢。钢板厚度 20mm，H型钢为 400mm 400mm13mm21mm。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

16、.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 1169mmH型钢长度 1982mmH型钢长度 1169mm图 4.4-2 钢平台焊接安装图5 塔吊安装螺栓孔两侧焊上 200

17、mm193.5mm20mm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固定节固定节图 5.1 固定节与钢平台拼装6 经济性分析钢平台钢管桩基础与钢筋混凝土塔吊基础相比，在以下几方面都具有优越性：1. 地基承载力要求不高 塔吊厂家在使用说明书中都会提供钢筋混凝土基础设计，但都对地基的承载力 作出了明确要求，地基承力不满足要求时，无法直接套用说明书提供的基础设计， 需要要对地基进行特殊处理。钢管桩钢平台结构基础地质适用性强，不需要对地基 特殊处理就可以直接施工。2. 施工方便 钢筋混凝土塔吊基础施工工序一般包括开挖基坑、基地承载力检测、混凝土铺 底找平、钢筋制作安装、模板安装、混凝土浇筑、拆模等，加上等等混凝土强度时 间，整个过程一般都要 10 天以上，如果采用钻孔灌注桩则时间更长。沉一根钢管桩 时间不到 30分钟，整个钢管桩钢平台结构基础只需 3