单桩承台式塔机深基础施工工法说课讲解

1、单桩承台式塔机深基础施工工法江苏中兴建设有限公司赵济生、黄林、生智勇、徐华荣、王晓松1. 前言在较深回填土区，或软土地区土质等条件差的状态下，施工塔吊基础 是较为麻烦的事，比较合理的塔基设计方案宜用桩基础。塔基采用桩基多 用四根桩来承载，施工既复杂，又增加材料用量。本工法采用一根大直径 的桩基础，即单桩承台式基础，来抵抗塔机的倾覆保持整体稳定性和满足 地基承载力的要求，是在深回填土区和深基坑边施工塔机基础最经济合理 的施工方法。单桩承台式塔机深基础，适用于不同土质类别的地基，不论 是岩石或非岩石的土类，特别在西南部地区，采用人工挖孔灌注桩，风化 泥岩为持力层，最为方便。该施工方法在重庆市区已实

2、施八个塔机基础， 回填土深度1020m，取得良好的效果。本工法是塔机深基础新型的施工 方法，技术先进，工艺简单，施工方便，具有创新性。2工法特点2.1 塔机采用桩基础时，一般设计为四根桩，本工法采用一根大直径 桩基，是塔机深基础新型的施工技术。2.2 单桩承台式塔机深基础的地基，适用于岩石和非岩石的土类，具 有它的普遍实用性。2.3 施工方便，采用人工挖孔灌注桩施工时，不用钻孔机械，减少环 境污染。2.4 减少施工程序，工艺简单，节省施工费用，具有良好成效。2.5 施工现场场地狭小，在深基坑边立塔时，采用单桩承台式塔机深 基础最为合适。1本工法是深回填土区和在深基坑边缘处安装塔机时，最经济合理

3、的塔 机基础施工方法。3适用范围 本工法用于回填土石方较深的场地和软土地区，也适用于直壁开挖的 深基坑地下室基础、在靠近坑外侧立塔，并采用人工挖孔灌注桩施工的桩 基础。4工艺原理单桩承台式基础，是承台基础和桩基的联合体，承台支撑塔机，桩基 传递荷载，它们共同起到抵抗塔机的倾覆，保持整体稳定性，和满足地基 承载力的要求。随着不同地区的不同风荷载，塔吊基础的受力最大值也不 一样，还有在不同的地基土质状态的影响下，塔吊基础的设计和施工是因 地而异的。 所以说， 不论什么型式的塔机基础， 它只是提供一种设计方案， 还需因地制宜地重新进行设计计算。5施工工艺流程及操作要点5.1 施工工艺流程塔机基础的设

4、计计算t塔机基础施工。5.1.2 塔机基础的设计流程塔机基础抗倾覆的计算模式t确定承台和桩基的设计尺寸t塔机单桩基础桩顶水平位移计算T桩底地基承载力计算T承台配筋计算。5.1.3 塔机基础施工工艺放线定位T承台基础幵挖T人工挖孔桩施工T桩基和承台基础钢筋 绑扎T预埋塔机地脚螺栓T浇筑基础砼T砼养护。5.2 操作要点5.2.1 单桩承台式塔机深基础受力计算模式固定式塔机基础的计算必须满足两项要求：一是能保证塔机在各 2 种不利工况下，其产生的荷载均能由基础来平衡而保持整体的稳定 性；二是在承受塔机的上部传送的荷载到基础后，加上基础自重再传给地 基时不会超过地耐力。采用有桩基础的承台，特别是单桩承

5、台基础，与筏板式承台基础的结 构型式不同，它的受力计算模式不适宜采用塔式起重机设计规范(GB/T13752-1992)中塔基抗倾覆稳定性及地基承载力计算方式，需寻求 新的计算模式。塔机单桩基础考虑土的作用，在深回填土区或软弱土质中埋置一定的 深度，在塔机非工作工况时的倾覆力矩和水平推力的作用下，计算桩基础 的桩顶水平位移， 当桩顶位移在允许位移值范围之内， 则桩基础是安全的， 它能满足抗倾覆稳定性的要求。塔机单桩基础还需满足地基承载力的要求，所以要求塔机单桩基础地 基的持力层，必须座落在老土层上，满足偏心受压作用下的地基承载力要 求。5.2.2 塔机基础的抗倾覆设计计算1、确定承台和桩基的设计

6、尺寸。1）承台基础设计尺寸：平面尺寸 b为4m x 4m，高度为1.3m。2）桩基础的设计尺寸：直径 d=1.5m，桩深h=10m。3） 当桩基较深、直径较大时，则承台基础的平面尺寸b可缩小成3.5m，高度变成1.2m。2、塔机单桩基础桩顶水平位移计算（ m法，a h >2.5）1 ）基本资料以QTZ-63型塔吊为例，打一根圆形截面桩，直径d= 1500mm ;桩入土深度 h 3=10.00m。桩类型：桩身配筋率？gv 0.65%的灌注桩； 桩顶约束情况：桩与承台为固接;混凝土强度等级 C30, f t = 1.43N/mm2，Ec= 30000N/mm2，桩身纵筋（竖向钢筋）16250

7、,共18根，As= 3617.28m仃，螺旋箍 筋8200,加强筋142000;钢筋弹性模量 Es= 200000N/mm2 ; A?g?0.002048=0.20%2桩身配筋率：；土质状况：软弱土、回填土，地基土水平抗力系数的比例系数取 m=4MN/m4 ，基本为最小值。2）桩的水平位移计算 在塔机倾覆力矩和水平推力的作用下，通过计算桩的水平位移 x0=7.746mm v xO a =10mm ;桩是安全的，塔机单桩基础桩顶水平位移在 规范的允许值内，所以单桩承台式塔机深基础的抗倾覆稳定性满足要求。详细计算方法见附录。5.2.3 桩底地基承载力计算及应用 单桩基础不能利用塔式起重机设计规范导

8、出的地基承载力计算公式，按照建筑地基基础设计规范 GB50007- 2002中的地基承载力有关公式进行计算。基础底面边缘最大压力值PKmax二QKMK+c 1.2fa。 AW桩基础承受的垂直力 QK二N+GC=464+( 42 X 1.3+3.14X 0.752 X 10)X25=1426KN；4桩基础承受的力矩 MK二M 倾+1.3H=1347+1.3X 67=1434KN m。按偏心受压公式计算，则PKmax=QK+?R2MK1?R34=14261434+ 3.14?.07521?3.14?0.7534=807.4+4330=5137.4KN/m2=5.14N/mm2。1 、当为岩石地基1

9、) 中风化岩石，岩石地基承载力特征值fa二?？ f?k,式中折减系数?=0.5，泥岩天然湿度单轴抗压强度标准值取f?k=9N/mm2 ，则fa=0.5X9X 1.2=5.4N/mm2 >PKmax=5.14N/mm2,满足地基承载力的要求。2) 强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类，取相应的承载力修正系数，进行承载力的修正。岩石的单轴抗压标准值，需对基岩取样做抗压强度试验，如满足不了 要求，则采取扩大底部桩头直径的技术措施。2、对非岩石的土类地基，桩基础必须座落在老土层上，也必须采取 桩底扩孔的技术措施；并根据埋置深度和桩底直径对地基承载力特征值进 行修正，来满足地基承载力的要

10、求。5.2.4 塔机基础施工1、放线定位：根据建筑物的平面图，确定塔吊位置，放出塔机的5基础位置。2、承台基础开挖。3、人工挖孔桩：挖孔t护壁t直到老土层或岩石层t验收、检底。4、基础钢筋绑扎：浇垫层砼-桩基钢筋安装就位-绑扎承台钢筋。5、预埋塔机地脚螺栓：根据塔机基础图，放线预埋地脚螺栓，用模 具或机座固定位置。6 、浇筑基础砼，先浇桩基砼，后浇承台砼，并制作砼试压块。7、砼养护，覆盖麻袋浇水养护。6、材料与设备6.1 主要材料6.1.1 钢筋，HPB235, 8s 10 圆钢HRB335,14s20螺纹钢6.1.2 塔机基础地脚螺栓6.1.3 砼， C306.2 主要设备6.2.1 铁铣、

11、镐头。6.2.2 运土器具。6.2.3 砼泵车，振捣器，浇筑砼。7质量控制7.1 桩基开挖必须到达老土层，而且持力层承载力符合设计要求。7.2 钢筋绑扎按图纸要求实施。67.3 地脚螺栓位置准确，用模具固定。7.4 基础砼表面必须平整，达到塔机安装要求。7.5 本工法参照的规范：塔式起重机设计规范GB/T13752-1992。7.6本工法遵照的规范： 建筑地基基础设计规范 GB50007-2002;建 筑桩基技术规范JGJ94- 94;宁波市建筑桩基础设计与施工细则（2001甬 DBJ02-12）。8安全措施8.1 施工人员戴好安全帽。8.2 挖孔桩较深时，上面由专人照管孔内施工人员，并设置

12、36V 低压 照明，采用防水罩安全灯具。为防止地毒，必要时进行送风。8.3 对土质较差的孔壁，需做钢筋砼护壁，防止塌孔。8.4 如有地下水，需及时抽排水，防止塌孔。8.5 电器设备由专人管理维护，并安装漏电保护器。8.6 桩口四周设置护栏。9.环保措施9.1 用风镐打岩石时，减少施工噪音。9.2 夜间不施工。9.3 运输出土渣的车辆，必须覆盖封闭，防止土尘飞扬。10效益分析 一根大直径比四根小直径的挖孔桩，节省护壁材料，少挖土，节省砼 和钢筋，而且施工方便，减少污染。四根巾 800的挖孔桩，每米长 7的砼用量为2m3,而一根巾1500的挖孔桩，每米长的砼用量为1.76 m3, 而且节省承台中的

13、暗梁钢筋，其它用量相应的也减少。如采用巾600的钻孔 灌注桩基础 4 根，桩基砼量虽小， 但需增加钻孔机械费用， 现场污染也大。 通过计算每个基础节约施工费用约 3500 元，经济数值虽不大，但比值较 大，占塔机基础费用约 1/6 的节约率。它的施工工艺简便，节省施工材料， 减少环境污染，具有较好的社会效益。11应用实例11.1 本工法在重庆地区应用， 2006 年 5 月份施工的重庆电子科技职业学院新校区，9栋67层楼的教学楼工程，共安装塔吊12台。其中A3、 A5和A7教学楼，场地回填为土夹石，深1012m，这三台塔吊基础，都采用本工法施工的单桩承台式基础，桩基为人工挖孔灌柱桩，取得较好的

14、 效果。11.2 2007 年 11 月施工的重庆恒大城首期工程， 12 栋 32 层的高层建 筑，建筑面积21.5万m2。该场地为深回填土区，回填土深度为1320m， 现场布置六台塔吊，其中五台都采用本工法施工的塔机基础，确保了塔吊 的安装和工程施工，取得良好的效果。8附录：塔机单桩基础桩顶水平位移计算（m法，a h>2.5）1）基本资料以QTZ-63型塔吊为例，打一根圆形截面桩，直径d= 1500mm ;桩入土深度 h = 10.00m。桩类型：桩身配筋率？gv 0.65%的灌注桩；桩顶约束情况：桩与承台为固接;混凝土强度等级 C30, f t = 1.43N/mm2 , Ec= 3

15、0000N/mm2 , 桩身纵 筋（竖向钢筋）16250,共18根，As= 3617.28m m2,螺旋箍筋8200, 加强筋142000;钢筋弹性模量 Es= 200000N/mm2 ;净保护层厚度C= 50mm ;钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值？E=6.667; 桩身配筋率： ？g？A？0.002048=0.20%;2桩身换算截面受拉边缘的表面模量 w0：w0?d2（6.667-1） X 0.20d2?2（?E?1）?gd02?n32 X.D6/）0+2 X%X 1.4002 = 0.3377m3;桩身换算截面惯性距：10 = WOX d/2= 0.3377 X 1.500/2= 0.

16、253m4;桩身抗弯刚度El:对于钢筋混凝土桩，EI= 0.85 X EcX Io9EI= 0.85X 30000X 106X 0.253= 6458.51MN m22）桩的水平变形系数桩侧土水平抗力系数的比例系数查表 2-1，取 m=4MN/m4 ；注：宁波市建筑桩基础设计与施工细则 （2001 甬 DBJ02-12） 根据建筑桩基技术规范 （JGJ 94 94），求桩的水平变形系数，当 直径大于 1 米时， b0=0.9（ d+1） = 2.25米：?0.268（） 3）桩的水平位移计算 按塔吊独立高度基础最大荷载计算，见表3-1。计算单位力作用于桩顶时，桩顶的水平位移和转角，根据宁波市建

17、筑桩基础设计与施工细则（2001甬DBJ02-12和建筑桩基技术规范（ JGJ 9494）计算。荷载计算简图如图 3-1 ，塔机基础受力简图如图 3-2。10N M?0h图 3-1 荷载计算简图（1）单位水平力（H=1）作用于桩顶时，桩顶的水平位移？HH与转角？MH按下式计算：？HH？Af？3EIBf？MH？2EIBf=1.9724 当桩的换算深度？h=0.268X 10=2.68 时，式中 Af=3.0586,11（插入法），见表 3-2。?HH?3.0586?2.4603?10-5（m）30.268?6458512.5 1.9724-6?4.252?10（） 20.268?6458512.

18、5?MH?（2）单位弯矩（M=1 ）作用于桩顶时，桩顶的水平位移？HM与转角？MM 按下式计算：?HM?MH （位移互等定理）？MM？Cf?EI当？h=2.68时，式中Cf=1.9634 （插入法），见表3-2。?MM?1.9634?1.134?10-6（）?kN0.268?6458512.5AfBfCf注：表中a为桩的水平变形系数，h为桩的入土深度，当a h>4.0时，取a h=4.0。宁波市建筑桩基础设计与施工细则（2001甬DBJ02-12）（3）计算在水平力与弯矩 M 作用下桩顶的水平位移 x0 和转角 ?0。x0?H?HH?M?HM?0?(H?MH?M?MM)其中：M=1347+HX 1.3=1434.1kN mx0?(67?2.4603+1434.1?0.4252)?10-5=774.6?10-5(m)12-6 ?0?(67?4.252+1434.1?1.134)?10-6=?1911.2?10(rad)x0=7.746mm v x0a=10m m,桩是安全的。xOa桩顶的水平位移容许值，当以位移控制时取10mm。?0=1.911x 10-3(