塔机人工挖孔单桩基础设计

1、塔机人工挖孔单桩基础设计 王晓辉 殷彬 （重庆第三建设有限责任公司）摘要：施工现场中塔机安全问题非常重要，尤其是地基为软弱地质层时塔机基础的安全问题更应当受到重视，因此塔机基础设计应在确保安全的前提下，综合考虑成本和进度问题。桩基础是塔机基础设计的一个重要选择方向，钢筋混凝土灌注桩主要有钻孔桩和人工挖孔桩两大类，本文针对具体的工程实例对塔机基础采用人工挖孔桩单桩的情况进行了计算与分析论证。关键词：塔机基础；桩基；荷载计算一、引言对于施工现场软弱地质层(地基承载力<200Kpa)，在设计塔机基础时,以前通常采取换土夯实后,加混凝土底板作成“软基础”的方法，但是在使用过程中都不同程度地发生一

2、些问题，如塔机基础产生不均匀沉降、倾斜，使得正在使用的塔机被迫拆除，这样既影响了工程进度，又给项目带来一定的经济损失。所以，我们考虑用人工挖孔桩基础来取代塔机软基础。以下就是以QTZ63型塔机的参数为计算依据，按照最大安装高度120m计算自重（取最不利荷载组合）。实际应用中大家可以根据现场的实际情况（塔机型号、地质情况等），通过计算和检测后对塔基作一定的调整，也可以采取钻孔桩基础作塔机基础，用端承和嵌固的方式来确保基础稳定、可靠，从而确保塔基的使用安全。二、塔机作用于基础的荷载（采用QTZ63型塔机作为演算对象）1、QTZ63型塔机基本参数： 吊臂端头至回转中心为49.77m； 平衡臂尾至回转

3、中心为11.34m； 配重为11.80t； 吊臂最大起吊重量6t，端头最大起吊重量1.15t。2、QTZ63型塔机使用说明书提供的技术数据如下： 工作状态： 非工作状态：P=630KN P=570KN P= 23KN P= 59KNM=1210KN·m M=1230KN·m上式中：P最大架设自由高度下的垂直压力 P最大架设自由高度下的水平力 M最大架设自由高度下的倾覆力矩 注：外部附着自升式塔机所考虑的荷载是最大架设自由高度下（40m）的水平力、倾覆力矩，及最大架设高度（120m）下的垂直压力。三、塔机的基础设计 1、采用挖孔灌注桩单桩的类型 在施工现场未完成自重固结的填土

4、较深及回填土内存在大量孤石情况下，塔机基础宜采用挖孔灌注桩基础，设计为嵌岩单桩，相比群桩更加经济。2、塔机基础抗倾覆稳定性计算 由于塔机在最大架设自由高度下空载时为最不利情况，所以选取塔机空载时为计算模型（计算模型中承台取3.5m×3.5m×1.2m；挖孔桩取直径d为1.6m，桩长15m，嵌岩深度取1d=1.6m，岩石饱和单轴抗压强度标准值取）承台自身重量 =(3.5×3.5×1.2)×2500kg/m×10N/kg =367.5KN； 嵌入基岩部分嵌固力 = (详见JGJ94-94建筑桩基技术规范) 嵌岩段侧阻修正系数，取为0.05

5、5（当嵌岩段为中等风化岩时，应乘以0.9折减）； 嵌岩部分桩的周长； 桩身嵌岩（中等风化、微风化、新鲜基岩）深度，取为1.6m；岩石饱和单轴抗压强度标准值，对于粘土质岩取天然湿度单轴抗压强度标准值，取为6Mpa； = =2×3.14×0.8×0.055×0.9×6×10×1.6=2387.4KN抗倾覆力矩 =（367.5+2387.4）×0.8+3.14×0.8×15×25×0.8=2806.8KN·m可得到抗倾覆力矩>=1230+59×15=211

6、5 KN·m，安全系数k= /=1.33，塔机抗倾覆稳定性满足要求。3、塔机基础的挖孔桩计算 挖孔桩的单桩承载力计算 在轴心竖向力作用下应当满足下式 （DBJ50-047-2006建筑地基基础设计规范） 其中相应于荷载效应标准组合时，轴心竖向力作用下单桩的竖向力值；单桩竖向承载力特征值； =（DBJ50-047-2006建筑地基基础设计规范） 桩侧土总摩阻力特征值； 置于基岩上的人工挖孔桩及穿越土层厚度小于10m的机械成孔端承桩、嵌岩桩均不考虑桩侧正摩阻力（DBJ50-047-2006建筑地基基础设计规范）。 桩端承载力特征值； 嵌岩深度不小于1倍桩径的嵌岩桩，嵌岩部分的承载力特征值

7、按下式计算：（DBJ50-047-2006建筑地基基础设计规范） =式中考虑嵌固力影响后的承载力综合系数取为1.105，当为人工挖孔嵌岩桩时，系数可提高20；桩端地基基岩承载力特征值；地基承载力特征值根据地基极限承载力标准值按下式确定（DBJ50-047-2006建筑地基基础设计规范）式中地基极限承载力标准值（按DBJ50-047-2006建筑地基基础设计规范条文说明：岩石单轴抗压强度乘以地基条件系数后，等效于岩基荷载试验得到的地基极限承载力标准值,地基条件系数取较完整时1.20.85中的1值）；地基极限承载力分项系数，岩质地基取0.33；桩端横截面面积；代入模型中数据得到：=1.105

8、15;1.2×0.33×1×6×10×3.14×0.8=5276.16KN =630×1.4+(3.5×3.5×1.2+3.14×0.8×15)×25×1.2 =2227.32KN 因塔吊桩基为二级建筑桩，且设计为单桩，故取1.1； =1.1×2227.32=2450.05<=5276.16所以，桩基竖向承载力满足要求。 塔机挖孔灌注桩桩身强度计算 当桩顶轴向压力与桩顶水平力均符合下列条件时： （详见JGJ94-94建筑桩基技术规范）式中混凝土轴心抗

9、压强度设计值（C25混凝土取值11.9Mp），挖孔灌注桩按成孔工艺系数=0.9进行折减； 桩顶水平力设计值，取值为59KN;综合系数（按JGJ94-94建筑桩基技术规范表取为55）；桩身设计直径； 按基本组合计算的桩顶永久荷载产生的轴向力设计值，即标准值乘以荷载分项系数=1.2； 混凝土轴心抗拉强度设计值（C25混凝土取值1.27Mp）； 桩身截面模量的塑性系数，圆截面取值为2；桩身可按构造配筋，挖孔桩的按=0.9进行折减，一级建筑桩基其配筋率不小于0.2，塔机基础属于二级建筑桩基，可按小于0.2配筋率构造配筋（详见JGJ94-94建筑桩基技术规范条文说明)。代入模型中数据得到：；=1.1&#

10、215;2227.32=2450.05=0.9×11.9×10×3.14×0.8=21522.8KN=1.1×1.4×59=90.86KN55×1.6（1+）× =213.8KN满足式,则桩基可按构造配筋，取配筋率0.2%，其主筋采用25根 16，均匀分布在圆桩周长上，箍筋采用ø6.5200mm螺旋箍，焊接加劲箍182000mm; 钢筋笼锚入承台长度不小于35倍主筋直径，伸入桩身长度等于挖孔桩深度；桩身混凝土强度等级取C25，主筋保护层厚度为50mm。 4、承台计算 考虑承台中增设两根暗梁(塔机标准节尺寸

11、:1.6m×1.6m×2.52m)，其设计简图如下： 受弯计算承台在A点受上部荷载F= ×1.2+×1.4 =570×1.2+60×1.4=768KN 暗梁所受线均布荷载 q=/(2.4745×4)=367.5/(2.4745×4)=37.13KN/m 则：M=F×0.331+0.5×q×1.6745= 768×0.331+0.5×37.13×1.6745= 306.3KN·m 而 混凝土受压区高度应按下列公式确定： 其中为系数，按GB50010

12、-2002中条取值为1.0； x为受压区高度取值为=（300×2454-300×763）/（1.0×11.9×400）=106.6mm；满足x=0.550×1150=632.5mm和x=2×49=98mm;=300N/mm (查GB5000102002表-1)=2454mm，=763mm (查GB5000102002附表B.1)=11.9N/mm(承台砼为C25,查GB5000102002表)=0.550(查表)a=40+25+10=75mm, a=a=40+18/2=49mm, =-a=1200-75=1125mm 有 =1.0&#

13、215;11.9×400×106.6×（1125-106.6/2）×10+300×763×(1125-49)×10=790.1KN·m > 306.3KN·m 所以承台暗梁满足抗弯要求。承台受上部荷载的冲切以及承台斜截面的受剪承载力计算 冲切破坏验算式： 剪切破坏验算式：由以上两个验算式可知承台受上部荷载的冲切、剪切破坏能否满足要求与承台的砼强度等级和几何尺寸有关，在本计算书中对承台砼强度等级、几何尺寸和构造配筋等均参照了QTZ63型塔机说明书中要求，并且增加了两根暗梁，所以该承台应能满足上部荷载的

14、冲切、剪切破坏验算。承台受挖孔桩反力的冲切破坏计算冲切破坏验算式：其中作用于冲切破坏锥体上的冲切设计值 =570+367.5×1.2+60×1.4=1209KN建筑桩基重要性系数，对于柱下单桩二级建筑桩基取1.1；承台砼C25抗拉强度设计值，取为1.27N/mm;承台冲切破坏锥体的有效高度，取为1200-50=1150mm；冲切破坏锥体一半有效高度处的周长，取最小值为：3.14*1600=5024mma冲切系数，a=0.72/（+0.2）；其中为冲跨比，取值范围为0.21.0，所以取a最小为0.72/（1.0+0.2）=0.6；（JGJ9494中.2）因此， =1.1

15、15;1209=1329.9KN=0.6×1.27×5024×1150×10=4402.5KN承台受挖孔桩反力的冲切破坏验算满足要求。总之，通过以上的计算验证，我们可以发现采用单桩基础的做法也能够满足塔机基础所需要的承载力、抗冲切和抗剪等要求，与群桩相比施工方便，经济成本也有一定降低；但是，对于不同的地质环境因其计算参数有较大差异，所以在选用何种桩基础时，仍需要经过验算后方可实施；当塔机位于坡地或岸边其桩基应验算边坡稳定性，如有崩塌、滑坡等不良地质现象，应先进行整治。参考文献：1 顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠珊,汪时敏主编. 地基与基础（第三版）,北京：中国建筑工业出版社，20032 建筑桩基技术规范（JGJ94-94