單樁承臺在塔式起重機基礎設計中的應用

岳麒

（云南省房地產開發經營（集團）有限公司 云南昆明 650217）

單樁承臺在塔式起重機基礎設計中的應用

岳麒

（云南省房地產開發經營（集團）有限公司 云南昆明 650217）

塔吊是現代工民建工地上最常用的一種起重設備，因其具有起升高度和工作幅度的性能優勢，在高層建筑施工中得到廣泛使用，但塔吊的基礎設計、施工中仍存在一些問題，如果這些問題得不到解決將會造成嚴重的后果，本文以某廠房車間塔吊基礎施工實例為例，闡述了單樁承臺塔式起重機基礎的設計計算，為單樁承臺塔式起重機基礎的設計提供數據支持。

塔吊基礎；樁；承載力

引言

塔吊是現代工民建工地上一種必不可少起重設備，因其具有起升高度和工作幅度的性能優勢，在高層建筑施工中得到廣泛使用。而高層塔吊基礎設計技術管理要求非常高，稍有不慎，非常容易造成嚴重施工事故。近年來，塔吊事故頻發，成為建筑施工中事故多發點及事故源，塔吊事故原因是多方面的，其中一個主要原因是塔吊基礎設計存在問題，塔吊基礎設計是個交叉的學科，貫穿了機械設計與建筑設計兩大學科。塔吊是施工機械，設計理論主要源于機械設計相關理論，其內力數據是根據機械設計理論計算得出的，而塔吊的基礎設計則是一般構筑物，適用于一般建筑設計規范，這給塔吊基礎設計帶來不確定性。

塔吊基礎設計要從施工現場的實際出發，結合工程特點，具體問題具體分析，一般來講地質條件能夠滿足塔吊基礎承載力的要求應優先考慮淺基礎；地質條件滿足不了塔吊基礎承載力要求的，則只能選擇深基礎，而樁基礎以其施工快，成本低受到青睞，但樁基礎設計同樣應以降低成本為原則，下面以某廠房車間的塔吊樁基礎設計為例對塔吊樁基礎設計進行介紹。

1 基本資料

以某廠房車間項目中QTZ-63（5013）型塔吊為例，塔吊基礎為一根直徑d=1500mm人工挖孔樁，樁入土深度h=10m，樁頂約束情況為與承臺固接，混凝土強度等級為C30，Ec=30000N/mm2，樁身縱筋φ16@250共18 根，As=3617.28mm2，螺旋箍筋 φ8@200，加強筋 φ14@2000；凈保護層厚度C=50mm，鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值aE=6.667。

2 該廠房車間項目塔吊樁身穩定性計算

2.1 樁身配筋率

2.2 樁身換算截面受拉邊緣的表面模量

樁身換算截面慣性矩：

Io=ωo×d/2=0.253m4

對于鋼筋混凝土樁，樁身抗彎強度：

EI=0.85EcIo=6458.51MN·m2

2.3 樁的水平變形系數

樁側土水平抗力系數的比例系數查表取m=4MN/m4，根據建筑樁基技術規范，當直徑大于1m時：

bo=0.9（d+10）=2.25m

樁的水平變形系數：

2.4 樁的水平位移計算

按塔吊獨立高度基礎最大荷載計算，單位力作用于樁頂時，樁頂的水平位移和轉角根據建筑樁基技術規范計算，計算簡圖如圖1所示（如表 1）。

圖1 計算簡圖

表1 QTZ-63型塔吊獨立高度基礎最大荷載

（1）單位水平力（H=1）作用于樁頂時，樁頂的水平位移δHH與轉角δMH按下式計算：

δHH=Af/a3EI；

δMH=Bf/a2EI

當樁頂的換算深度ah=0.268×10=2.68m時查表可得Af=3.0568、Bf=

1.9724 則：

δHH=3.46×10-5（m/kN）

δMH=4.252×10-6（1/kN）

（2）單位彎矩（M=1）作用于樁頂時，樁頂的水平位移δHM與轉角δMM按下式計算：

δHM=δMH（位移互等定理）

δMM=Cf/aEI

當ah=2.68時查表得Cf=1.9634計算得：

δMM=1.134×10-6（1/（m·kN））

（3）計算在水平力H與彎矩M作用下樁頂的水平位移xo和轉角φ0：

xo=HδHH+MδHM；

φ0=-（HδMH+MδMM）

式中M=1347+1.3H=1434.1kN·m則：

xo=774.6×10-5m

φ0=-1911.2×10-6rad

∣φ0∣=1.911×10-3rad＜φ0a=5×10-3rad

xo=7.746mm＜xoa=10mm

式中：φ0a為樁頂轉角容許值；xoa為樁頂的水平位移容許值，當以位移控制時取10mm，塔吊單樁基礎樁頂水平位移在規范的容許值范圍內，所以單樁承臺式塔吊基礎的抗傾覆穩定性滿足要求。

2.5 計算樁身最大彎矩及其位置

查表得樁身最大彎矩截面系數：

C1=aM/H=5.7364

按ah與C1查得ay=0.4362則最大彎矩位置：

yMmax=ay/a=1.628m

即最大彎矩在地面下1.628m。

按ah和ay查得最大彎矩系數CⅡ=1.0531則最大彎矩：

Mmax=MCⅡ=1510.3kN·m

2.6 樁底地基承載力計算

樁基為偏心荷載作用，不符合塔式起重機設計規范地基承載力有關公式，取上表中非工作狀態下荷載進行計算：

樁基礎承受的垂直力：Qk=N+Gc=1426kN

樁基礎承受的力矩：Mk=M傾+1.3H=1434kN·m

按偏心受壓公式計算則：

Pkmax=Qk/3.14R2+Mk/3.14R3/4=5.14N/mm2

3 巖石地基承載力

3.1 中風代巖石

巖石地基承載力特征值fa=1.2φyfyk，式中折減系數φy=0.5，泥巖天然濕度單軸抗壓強度標準值取fyk=9N/mm2則：

fa=5.4N/mm2＞Pkmax=5.14N/mm2

滿足地基承載力要求。

3.2 非巖石土類地基承載力

要滿足地基承載力的要求，樁基礎一定要坐落在老土層上，且要采取樁底擴孔的技術措施，并根據埋置深度和樁底直徑對地基承載力特征值進行修正。

3.3 強風化和全風化的巖石

參照所風化成的相關土類，取相應的承載力修正系數，進行修正；巖石的單軸抗壓標準值需對基巖取樣做抗壓強度試驗，如基巖不能滿足塔吊承載力的要求則采取擴大底部樁頭直徑的措施。

4 總結

樁基礎在塔吊基礎中應用廣泛，但不少工程一直受采用幾樁承臺困擾，其實塔吊基礎的設計應根據工程的不同情況、特點做具體的分析計算。本文所述某廠房車間塔吊基礎設計，即采用以上塔吊基礎設計計算，工程實踐中使用情況良好，塔吊未出現下沉、傾斜等現象，因此，單樁承臺在塔式起重機基礎設計中具有安全可行和經濟適用的優勢，如果施工現場能滿足塔吊承載力的要求可以選擇單樁承臺。

[1]《塔式起重機設計規范》（GB/T13752-1992）.中國標準出版社.

[2]《建筑樁基技術規范》（JGJ94-94）.中國建筑工業出版社，1994.

[3]《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）.中國建筑工業出版社，2002.

TU753

A

1004-7344（2016）18-0266-02

2016-6-1

岳 麒（1979-），男，漢族，副高級工程師，大學本科，主要從事房地產開發、施工、造價工作。