塔吊基础设计施工方案1Word文档格式.docx
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1#塔吊桩基础土层分布情况(7C-7C’地质剖面图Z93孔)
层号
土层名称
土层厚度(m)
侧阻力
qsia(KPa)
端阻力
qpa(KPa)
抗拔系数
1-2
粉质粘土
2.2
12
/
2-1
(淤泥质)粉质粘土
0.8
8
0.75
3
淤泥质粘土
11.5
5
2.7
6
粘土
10.8
28
8-1
6.0
30
500
备注:
考虑到塔吊桩基承受较大的荷载,我们选择8-1层粘土作为硬持力层。
1#塔吊桩顶标高取至塔吊承台底标高,从3层淤泥质粘土开始计算,进入8-1层粘土2.0m。
2、塔吊基础作用荷载工况
QTZ63C(5510)塔吊独立高度下基础作用荷载工况
荷载工况
基础荷载
P(kn)
M(kn.m)
竖向力
Fk
水平力
Fh
倾覆弯矩
M
扭矩
Mz
工作状态
513
24.5
1252
67.0
非工作状态
434
73.5
1796
-
3、塔吊基础设计
基础桩:
根据塔吊的现场使用及场地环境要求,塔吊基础下施工钻孔灌注桩4根,桩径800,有效桩长分别为L=25m,纵向钢筋10Φ18,通长设置,螺旋箍筋Φ8@150/250,加强箍筋Φ12@2000。
格构柱:
在每根钻孔灌注桩的上部插入450×
450格构柱(钢构柱底部埋入塔吊桩顶以下长度2.0m),内部L140×
10角钢@1500柱间支撑,外周L140×
10角钢@1500柱间支撑(详见附图)。
材料:
钻孔桩混凝土为水下C30,钢筋为Ⅱ级,角钢为Q235。
塔吊基础位于基坑内,钢格构柱与底板交接位置设止水片并与底板整浇、与顶板交接位置留设施工缝(坑内塔吊施工缝设置在消防通道位置,12-13/J-K轴,采用桩+钢格构柱+转换平台的形式;
)并设止水钢板(待塔吊拆除后浇砼)。
3.1、塔吊钻孔灌注桩承载力计算
塔吊基础的竖向力和弯矩计算,桩基础按非工作状态进行考虑:
Fk=434kn;
Mk=1796kn·
m
3.2、钻孔灌注桩单桩承受荷载
(注:
n为桩根数,a为塔身宽)
带入数据,得塔吊桩最大压力与拔力如下:
单桩最大压力标准值:
Qik压=955.3kN
单桩最大拔力标准值:
Qik拔=-738.3kN
3.3、钻孔灌注桩承载力计算
两台塔吊各4颗塔吊桩顶标高取至地下室底标高,从基础底板垫层底开始计算,进入8-1号土层1.0m,其塔吊桩单桩极限承载力特征值分别计算如下:
塔吊桩直径取Ф800,塔吊有效桩长均为L=25m;
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)8.5.5条:
1.单桩竖向承载力特征值计算公式:
式中:
Ra---单桩竖向承载力特征值;
qpa,qsia---桩端端阻力,桩侧阻力特征值;
Ap---桩底端横截面面积,Ap=0.5027㎡;
up---桩身周边长度,up=2.513m;
li---第i层岩土层的厚度。
经计算:
Ra=2.513×
(10×
5+2.7×
8+10.8×
28+2×
30)+0.5027×
500=1342KN
进行验算如下:
Q压max=955.3KN<Ra=1342KN,塔吊桩基抗压承载力满足要求。
2.单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式:
Ra,---单桩竖向承载力特征值;
λi---桩周i层土抗拔承载力系数;
Gpk---单桩自重标准值
Ra'=2.513×
30)×
0.75+(25-10)×
0.5027×
25=1006KN>Q拔max=738.3KN
满足要求。
3.4、桩身混凝土强度(即抗压验算)
本基础桩基砼选用混凝土水下C30。
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第8.5.9条公式:
fc--混凝土轴心抗压强度设计值;
按现行《混凝土结构设计规范》取值,该工程选用水下C30砼,fc=14.3N/m2;
Q--相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值;
Ap--桩身横截面积,该式Ap=0.5027m2;
ψc---工作条件系数,本工程为水下灌注桩,取0.6。
ApfcΨc=0.5027×
14.3×
103×
0.6
=4313.2KN>Qik压=1.2×
955.3=1146.4KN
3.5、灌注桩桩身配筋与格构柱抗拔验算
(1)桩身受拉钢筋配置(即抗拔验算):
由N≤fyAs
As≥N/fy=(738.3×
103)/300=2461mm2
选用10根Φ18钢筋,即AS=10×
254.34=2543.4mm2>2461mm2
(2)格构柱抗拔验算:
4L140x10,A=4×
2737=10948mm2,远大于受拉钢筋面积,满足要求。
3.6、单肢格构柱截面验算
已知:
N=955.3KN格构柱的计算长度lox=4.6m
角钢选用4L140×
10,缀板为400×
200×
10,截面尺寸为450×
450
按轴心受压构件进行验算
3.6.1、格构柱力学参数
L140x10
A=27.37cm2i=4.34cmI=514.7cm4z0=3.82cm
每个格构柱由4根角钢L140x10组成,格构柱力学参数如下:
Ix1=[I+A×
(b1/2-z0)2]×
4=[514.7+27.37×
(45.0/2-3.82)2]×
4=40261cm4;
An1=A×
4=27.37×
4=109.48cm2;
W1=Ix1/(b1/2-z0)=40261/(45.00/2-3.82)=2155.3cm3;
ix1=(Ix1/An1)0.5=(40261/109.48)0.5=19.18cm;
3.6.2、格构柱平面内整体强度
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第5.1.1条:
σ=Nmax/An1=1.2×
955.3×
103/(109.48×
102)=104.7N/mm2<
f=215N/mm2;
单肢格构柱平面内整体强度满足要求。
3.6.3、格构柱整体稳定性验算
L0x1=lo=9.0m;
λx1=L0x1×
102/ix1=9.0×
102/19.35=46.5;
单肢缀板节间长度:
a1=500m;
λ1=L1/i=50/3.83=13.1,λ1≤40且λ1≤0.5λmax
λ0x1=(λx12+λ12)0.5=(46.52+13.12)0.5=48.32;
查表:
Φx=0.865;
Nmax/(ΦxA)=1.2×
103/(0.865×
109.48×
102)=121.1N/mm2<
单肢格构柱整体稳定性满足要求。
3.6.4、格构柱缀板的验算
缀板柱可视为一多层框架(肢件视为框架立柱,缀板视为横梁),缀板尺寸为400×
10mm,焊缝hf=10mm。
缀板内力计算如下:
剪力:
T=
其中V1=V/2,V=
=26.5KN
则T=
=14.7KN
弯矩(与肢件连接处):
M=T·
=3.31KN·
T=14.7KN<
fvbh=125×
10×
200=250KN
δ=
=3.31×
106/W=49.65N/mm2<
f=215N/mm2
3.7、整体格构柱基础验算
已知标准值:
Fk=434KN,Mk=1796KN·
格构柱的计算长度lox=4.6m,截面尺寸为1500×
1500
按压弯构件进行验算
3.7.1、格构柱基础力学参数
单肢格构柱力学参数:
Ix1=40261cm4An1=109.48cm2
W1=2155.3cm3ix1=19.18cm
格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的,整个基础的力学参数:
Ix2=[Ix1+An1×
(b2×
102/2-b1×
102/2)2]×
4=[40261+109.48×
(1.5×
102/2-0.45×
4=1368061cm4;
An2=An1×
4=109.48×
4=437.92cm2;
W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=1368061/(1.5×
102/2)=26058.3cm3;
ix2=(Ix2/An2)0.5=(1368061/437.92)0.5=55.89cm;
3.7.2、格构柱基础平面内整体强度
σ=N/An+Mx/(γx×
W)
=1.2×
434×
103/(437.92×
102)+1.4×
1796×
106/(1.0×
26058.3×
103)
=135.2N/mm2<
格构式基础平面内稳定满足要求。
3.7.3、格构柱基础整体稳定性验算
计算长度:
L0x2=2lo=2×
4.6=9.2m(当作悬臂构件进行计算);
λx2=L0x2/ix2=9.2×
102/55.89=32.2;
An2=437.92cm2;
Ady2=2×
27.37=54.74cm2;
λ0x2=(λx22+40×
An2/Ady2)0.5=(32.22+40×
437.92/54.74)0.5=36.8;
φx=0.910;
NEX'
=π2EAn2/1.1λ0x22=3.142×
206×
437.92×
102/1.1×
32.22
=1.45×
105KN
σ=N/(φxA)+βmxMx/[Wlx(1-φxN/NEX)]
103/0.910×
43792+1.4×
106/26058300
=128.8N/mm2≤f=215N/mm2;
格构式基础整体稳定性满足要求。
3.7.4、刚度验算
λmax=λ0x2=36.8<
[λ]=150满足;
单肢计算长度:
l02=a2=150cm;
单肢回转半径:
ix1=19.18cm;
单肢长细比:
λ1=l02/ix1=150/19.18=7.82<
0.7λmax=0.7×
33.67=23.6;
刚度满足要求。
3.8、封口板及焊缝强度验算
(1)封口板厚度验算
q=908.1×
103/420×
420=5.15N/mm2
按两边支承进行计算:
M=βqa2=0.111×
5.15×
2252=28.94KN·
mm
t=(6M/f)0.5=(6×
28.94×
103/215)0.5=28.4mm
按四边支承进行计算:
M=αqa2=0.048×
2252=12.5KN·
t=(6M/f)0.5=18.9mm
所以,封口板厚度我们取30mm。
(2)焊缝强度验算
封口板采用-550×
30,加劲肋-550×
400×
16与封口板双面焊,四周设置缀板-200×
16与封口板单面焊接。
格构柱角钢型号为L140×
10,焊缝高度最大为1.2t=12mm,本工程焊缝高度为10mm。
格构柱与封口板焊缝长为lw=200×
8+267×
2+550=2684mm
σf=N/helw=738.3×
103/0.7×
2684=39.3N/mm2
τf=F/helw=85×
2684=4.5N/mm2
σ=
=
=32.5N/mm2<
ffw=160N/mm2,满足要求。
3.9、塔吊柱脚M32高强螺栓连接
每个塔吊柱脚与封口板均采用2颗M32高强螺栓连接,垫片均采用100×
100×
50mm钢板,能满足塔吊抗拔要求。
五、坑外2#~7#塔吊基础设计
1、塔吊基础设计思路
2#~7#塔吊设计的思路是确定好塔吊的位置后,采用钻孔灌注桩(φ600,25m)+承台的形式(4.5m×
4.5m×
1.35m),基础顶标高为-4.700m。
2、岩土力学资料
塔吊桩基础土层分布情况(选择15A-15A‘地质剖面图Z69孔统筹考虑)
1-1
0.4
1.8
2-2
2.0
7.6
4-1
4.5
24
12.0
6.2
塔吊桩顶标高取至塔吊承台底标高-6.200开始计算,进入8-1层粘土2m。
3、塔吊基础作用荷载工况
根据说明书,混凝土基础所受最大荷载如下:
Fk=710kn;
Mk=1900kn·
m;
Fh=80kn
4、塔吊基础设计
根据塔吊的现场使用及场地环境要求,塔吊基础下施工钻孔灌注桩4根,桩径600,间距为3000mm,有效桩长分别为L=25m,纵向钢筋10Φ18,通长设置,螺旋箍筋Φ8@150/250(桩顶5D范围内加密为Φ8@150),加强箍筋Φ12@2000。
混凝土承台:
尺寸为4500×
4500×
1350mm。
钻孔桩混凝土为水下C30,砼强度等级为C35,钢筋为Ⅱ级,角钢为Q235。
塔吊基础位于基坑边,基础周边土体按原设计放坡并打设三道土钉。
4.1、塔吊钻孔灌注桩承载力计算
G=4.5×
4.5×
1.35×
25=683.4KN
4.2、钻孔灌注桩单桩承受荷载
Qik压=702.7kN
Qik拔=-144kN
4.3、钻孔灌注桩承载力计算
塔吊各4颗塔吊桩顶标高取至地下室底标高,从塔吊承台垫层底开始计算,进入8-1土层2.0m,其塔吊桩单桩极限承载力特征值分别计算如下:
塔吊桩直径取Ф600,塔吊有效桩长均为L=25m;
(1).单桩竖向承载力特征值计算公式:
Ap---桩底端横截面面积,Ap=0.2826㎡;
up---桩身周边长度,up=1.884m;
Ra=1.884×
(7×
5+4.5×
24+12×
30)+0.2826×
500=1156.8KN
Q压max=702.7KN<Ra=1156.8KN,塔吊桩基抗压承载力满足要求。
(2).单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式:
Ra'=1.884×
0.2826×
25=867.6KN>Q拔max=144KN
4.4、桩身混凝土强度(即抗压验算)
=4313.2KN>Qik压=702.7KN
4.5、灌注桩桩身配筋抗拔验算
桩身受拉钢筋配置(即抗拔验算):
As≥N/fy=(144×
103)/300=480mm2
254.34=2543.4mm2>480mm2
4.6、混凝土承台验算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。
ho──承台的计算高度Hc-50.00=1200mm;
fy──钢筋受拉强度设计值,fy=300N/mm2;
M=1900KN.m
经过近似计算得:
Asx=Asy=1900×
106/(0.95×
1300×
300)=5128.2mm2。
实际配筋为双层双向
20@150(AS=8373.3mm2),满足要求。
六、塔吊基础施工要求及注意事项
6.1、1#塔吊基础施工
1、制作钢构柱所用型钢,应有产品合格证,不能变折、扭曲变形、有裂纹、油渍或严重锈蚀。
下料、焊接尺寸应准确。
应采取对称电焊,自然冷却。
2、钻孔桩桩主筋均与钢构柱焊接,焊接间距@200,单面焊长度L=100,hf≥8mm。
钢构柱放入桩孔时,应保持垂直,相邻的塔吊桩和钢构柱中心距应控制在1.5m,桩柱中心对角线控制在2.12m。
相邻柱的截面边线应保证在一条直线上,四根柱顶标高一致。
3、每台塔吊的4根桩的成孔开始时间应在相邻桩砼浇注完成的48小时后,每根塔吊钻孔桩超灌不少于1.0m。
4、基坑土方开挖过程中,自柱顶开始,塔吊周边土方每次开挖深度不得超过2m,并在开挖后立即焊上四面的水平连接杆和斜撑杆。
挖土时严禁挖机碰撞钢构柱及塔身。
5、地下室内的桩顶标高以上、柱身内外的砼须轻轻削除,防止钢构柱受力过大变形。
钢构柱型钢上不得擅自开孔、割,搭设支模架等。
6、塔吊在使用过程中应定时检查塔身垂直度,钢构柱各部位焊缝情况,发现异常应立即停止使用,采取措施校正、加固。
6.2、2#~7#塔吊基础施工
1、塔吊基础做在基坑支护放坡的底部,上部按支护图纸放坡+土钉处理,防止出现塌方;
2、按控制轴线引测塔吊基础桩位置线、控制线及地脚螺栓予埋件定位线,施工时按线进行施工;
3、钢筋按图进行下料,施工时及时做好隐蔽工程验收纪录和相关技术资料;
4、予埋地脚螺栓位置的基础钢筋不得切断或减少;
5、塔吊基础桩基施工质量控制要求同工程桩。
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