高樁承臺塔機基礎應用及安全性計算

劉晉亮 范立富

(山西省工程機械廠,山西 太原 030003)

0 引言

在建筑工程主體結構施工中，主要的垂直運輸設備是塔式起重機，其安全性和可靠性越來越受人們關注，特別是塔機基礎的選擇最為關鍵。對大面積、深基坑建筑工程而言，采用高樁承臺塔機基礎，既能在有限的施工場地內布置塔機，將覆蓋范圍最大化，減少了塔機基礎埋深，基礎施工時一般不需降水，無邊坡處理，又能在土方開挖前安裝塔機，用于協助土方開挖及破除工程樁，同時高樁承臺塔機基礎灌注樁與工程樁可以同時施工，施工比較方便，工期較短。本文以太原市便民服務中心建設工程為例，對高樁承臺塔機基礎的安全性進行計算。

1 工程概況

太原市便民服務中心建設工程地處太原市長風商務區，廣場南街的南側，市府南街的北側，舊晉祠路的東側，新晉祠路的西側。建筑結構為回字形布局，地上建筑7層，地下建筑為2層，總建筑面積156 698 m2，其中地上面積101 430 m2，地下55 268 m2。主體結構形式為框架剪力墻型鋼混合結構，長166.2 m，寬163.8 m，高度33.6 m，1層高5.4 m，2層～6層高4.4 m，7層高4.53 m。基礎形式為樁基+承臺+基礎梁+防水板。

該工程選用4臺C6010塔機、2臺C6015A塔機、1臺C7030塔機、2臺C5013P平頭塔機、2臺C5015P平頭塔機同時進行施工(見圖1)。

由于大面積多層地下室、地下室基礎埋深深、基坑占足建筑用地規劃紅線等原因，其中2號、3號、4號、5號、6號和11號共6臺塔機設計采用高樁承臺塔機基礎。

C7030塔機(11號塔機)布置在建筑中央，起重力矩為250 t·m，是11臺塔機中起重力矩最大的，這里只對這臺塔機高樁承臺基礎安全性計算進行驗算。

2 高樁承臺塔機基礎驗算

高樁承臺基礎的灌注樁伸入墊層以下部分與土體結合獲得樁側摩阻力及樁端阻力，用以承擔塔機的自身載荷以及傾覆力矩。當1號樁受到壓力時，9號樁受到拉力(見圖2)。隨著塔機工作的旋轉，灌注樁的受力狀態也相應在受拉與受壓之間轉換。灌注樁在墊層以上裸露部分除對承臺起到支撐作用以外，還要承受塔機旋轉時產生的水平扭矩。承臺是高樁與塔身之間的過渡轉換體，它不僅將塔機的自身載荷、傾覆力矩、水平作用力和旋轉扭矩傳遞給混凝土灌注樁，它還起到錨固塔身并與灌注樁連接的作用。

2.1 C7030塔機參數

C7030塔機獨立高度51.7 m，最大起重量16 t，最大幅度70 m，額定起重力矩為250 t·m，基礎設計參數表如表1所示。

表1 基礎設計參數 t

2.2 整體穩定性計算

整體穩定性計算見圖3。

作用在基礎上的垂直載荷P，P=102.9 t；

作用在基礎上的彎矩M=250 t·m×60%×1.25=187.5 t·m。

N0為鋼筋混凝土基礎承受的壓力設計值，N0=9 000 kN。

圖2中，N為塔機處于45°方向時1號灌注樁承受的垂直載荷，N=N1+N2+N3。

其中，N1為塔機對1號灌注樁產生的壓力；N2為彎矩M對1號灌注樁產生的壓力；N3為混凝土基礎承臺對1號灌注樁產生的壓力。

N3=rb2h=192.66 t。

其中，h為混凝土基礎承臺的高度；b為混凝土基礎承臺的寬度；r為混凝土密度，r=2.4 t/m2。

即：N=N1+N2+N3=257.73 t=2 577.3 kN。

N

2.3 鋼筋混凝土灌注樁裸露剛度校核

根據《建筑結構》書中第六章《鋼筋混凝土受壓構件及偏心受拉構件》，受壓構件正截面承載力的計算。

樁基灌注樁為9根φ700 mm的圓柱，樁中心距為2 500 mm，樁身裸露5 500 mm，樁深15 000 mm(見圖2)。受壓構件正截面承載力按以下公式計算：

工程施工中使用的混凝土標號為C30，為保證混凝土中的土雜質不影響混凝土的強度質量，計算中用標號C20計算，取值fc=9.6 N/mm2(見表2)。

表2 混凝土強度設計值 N/mm2

2.4 鋼筋混凝土灌注樁強度校核

3 結語

太原市便民服務中心建設工程使用的C7030塔機高樁承臺基礎，可以滿足塔機安全使用要求。經過工程中的實際檢驗，高樁承臺塔機基礎取得了良好的經濟效益和社會效益，充分說明高樁承臺塔機基礎施工技術的可行性和經濟適用性。既解決了工程施工期間的水平及垂直運輸問題，又不占用工期，加快了施工進度，而且選擇塔機位置比較靈活，提高了塔機覆蓋范圍，便于主樓施工中塔機附著安裝。

隨著城市建筑用地的日趨緊張，建筑施工空間不斷向高空和地下發展，大面積的裙樓建筑層出不窮，高樁承臺塔機基礎的應用將會更為廣泛。

[1] 熊丹安.建筑結構[M].廣州：華南理工大學出版社，2006.