塔吊基础方案文档格式.docx
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隧道暗埋段长1210m,敞开段长370m,包括隧道北侧敞开段长150米,南侧敞开段长220m。
隧道工程由车行隧道和人非通道组成。
车行隧道采用双向六车道,单孔净宽12.75m,净高5.7m;
两侧各设一孔人非通道,净宽6m,净高3.35m,西侧行车隧道和人非通道之间设置地下综合管廊。
隧道暗埋段横断面效果图
三、塔吊位置布置
根据工程特点及垂直运输、水平运输的施工需求,隧道段先后施工需要安装15台塔式起重机。
第1台TC6517塔吊(以下简称1#塔吊)设置在5#楼基坑北侧,塔臂长65m,塔吊中心距M轴北9m,1轴以东8.4m。
1台TC5613塔吊(以下简称2#塔吊)设置在4#楼基坑南侧,塔臂长45m,塔吊中心距基坑D-B轴南8.5m(4#楼A轴南8.7m),D-37轴东1.5m(即4#楼4轴东1.5m)。
1#塔起始安装高度为其允许安装自由高度52m,此高度已超出其覆盖范围内滨湖名都的11层楼顶高度大约10m以上。
5#楼楼顶最高标高为139.1m,1#塔吊随着主体结构施工加设扶墙装置,需设置5道扶墙达到最大安装高度160m,超出5#楼顶约20m。
4#楼楼顶标高35.1m,2#塔吊计划安装至自由高度40.5m,不设置扶墙。
塔吊基础顶面标高-3.35m,塔身有效高度40.5-3.35=37.15m,高出4#楼顶2m。
因4#楼楼顶造型塔楼仅为局部结构,施工面积很小,可先施工至33m标高处,剩余结构待2#塔拆除后施工。
1#、2#塔塔身相距85m,覆盖范围重叠24m,地下车库局部在两塔覆盖范围以外,东侧可考虑使用汽车吊辅助吊运材料,西侧可考虑借用3#楼塔吊或人工倒运。
2#塔臂长45m,臂端距3#楼外墙5m左右,留有足够安全距离。
四、塔吊设置位置的基坑支护情况
1#塔吊位于基坑支护HJ段,此段基坑为桩锚支护段,钻孔灌注桩∅1000@1600,桩顶标高-3.65m,桩长19.5m,桩主筋2828;
预应力锚索∅150@1600三道;
支护桩间支护,挂钢板网并喷射C20砼。
2#塔吊位于基坑支护PP’段,此段基坑支护为钻孔灌注桩悬臂支护,桩径900mm,间距1800mm,桩顶标高-3.15m,桩长9.6m,桩主筋1822。
五、地质条件
本标段地层在勘察深度范围内可划分为以下几层:
①杂填土Qml;
②粉质粘土Q4al+pl;
③粘土Q3al+pl;
④-1粘土夹碎石Q3al+pl;
④-2碎石、块石土Q3al+pl;
⑤粘土Qel(残积土);
⑥-1泥岩强风化(S);
⑥-2泥岩中风化(S);
⑥-3泥岩微风化(S);
⑦石英砂岩(D);
⑦a粘土岩软化层;
⑦b粘土岩软化层,各岩土层空间分布及工程特性详见表3《工程地质分层表》。
表3工程地质分层表
层序
层名
埋深
(m)
厚度
空间
分布
岩性特征
工程性质
①
杂填土
Qml
0.00
0.20
~
10.3
场区均
有分布。
杂色、黄褐色、稍湿,松散,由粘性土、碎石、砖块、混凝土块、灰渣等组成。
局部孔底部为素填土。
成分复杂,均匀性、密实度差。
无工程利用价值。
②
粉质
粘土
Q4al+pl
0.40
4.10
8.10
局部孔中
黄褐色、褐灰色,饱和,可塑状态,含少量铁锰氧化物及结核,具有层理。
强度一般
压缩性中等fak=160kPa
Es1-2=8.0MPa
③
Q3al+pl
8.00
12.1
缺失
黄褐-褐黄色,棕红色、很湿,硬塑状态,含铁锰氧化物及结核,灰白色团块状高岭土含量较多。
强度高
压缩性低fak=450kPa
Es1-2=16.0MPa
④-1
粘土夹碎石Q3al+pl
14.5
12.5
有分布
褐黄-棕红色,湿,粘土呈硬塑状态,碎石含量约10~40%,碎石成分以石英砂岩为主,少量矽质岩,粒径一般1-4cm,最大达12cm,形状次棱角状~亚园状。
强度较高
压缩性低fak=480kPa
Es1-2=20.0MPa
Eo=48.0MPa
④-2
碎石、块石土Q3al+pl
1.00
16.70
5.20
褐黄-棕红色,湿,碎石含量约50~90%,碎石主要成分为石英砂岩,少量砾岩、矽质岩等,粒径一般3-4cm,最大达30cm,形状次棱角状~亚园状。
压缩性低fak=600kPa
Es1-2=30.0MPa
Eo=50.0MPa
⑤
粘土(残积土)
Qel
14.80
12.0
褐黄色,黄褐色,硬可塑,稍湿,含Fe、Mn氧化物及高岭土,为泥岩残积层,原岩结构已全部破坏,矿物成分已全部改变,略具层理,具可塑性。
压缩性低。
fak=280kPa
Es1-2=14.0MPa
Eo=24.0MPa
⑥-1
泥岩
强风化(s)
1.50
19.50
大部分孔揭露
褐黄色,原岩结构较清晰,风化裂隙很发育。
风化成近土状,干时可用手易折断或捻碎,含大量粘土质粘土矿物。
遇水易崩解、软化。
fak=400kPa
Es1-2=18.0MPa
Eo=44.0MPa
⑥-2
泥岩中风化
(s)
26.00
未
钻
穿
大部分
孔中
有揭露
褐黄色,黄褐色,极软岩,上部岩芯较为破碎。
下部岩芯较为完整,取出岩芯呈碎块状,短柱状,节理裂隙发育。
节理面被铁锰氧化物渲染,层面倾角80~85°
取芯率40~80%。
高承载力,可视为不可压缩层。
可作建筑物桩基持力层。
坚硬程度:
极软岩;
完整程度:
较完整;
基本质量等级:
Ⅳ级fa=1000kPa
⑥-3
泥岩微风化(s)
28.00
32.6
超高层
揭露
褐黄色,黄褐色,极软岩,岩芯完整,取出岩芯呈碎块状,短柱状,节理裂隙发育。
取芯率70~80%。
III级fa=1500kPa
六、塔吊基础设计
1、1#塔吊基础
1#塔吊桩基定位坐标如下图所示:
由于1#塔吊位于开挖深度达到-15.45m的深基坑侧,为保证基坑支护系统的安全,该塔吊必须设置桩基础,避免增加支护桩荷载。
在1#塔吊基础下设置4根直径600mm钻孔灌注桩,桩顶标高-2.85m,桩长19m,桩身混凝土强度等级C30,主筋1216,螺旋箍筋φ8@100/200,上部3m为加密区,加筋箍16@2000,混凝土保护层厚度50mm。
1#塔吊基础承台按照中联重科《TC6517A塔式起重机使用说明书》中固定式基础设置,基础尺寸6000mm*6000mm,承台高度1400mm,承台上层筋纵横各32-25、下层筋纵横各32-25,架立筋256根φ12,混凝土强度等级C35。
1#塔吊设置基础断面图
2、2#塔吊基础
2#塔吊定位坐标如下图所示
2#塔吊位置基坑开挖底标高-7.5m,桩悬臂高度7.5-3.15=4.35m。
考虑在自然地面开挖3.5m作为2#塔吊基底,基底标高-4.35m,基底位于③粘土层,地基承载力值fak=450kPa。
2#塔吊基础断面图
2#塔吊基础承台按照中联重科《QTZ80(TC5613-6)塔式起重机使用说明书》中固定式基础设置,基础尺寸5300mm*5300mm,承台高度1000mm,承台上层筋纵横各24-25、下层筋纵横各24-25,架立筋144根φ12,混凝土强度等级C35。
七、塔吊基础计算
(一)、1#塔吊(桩承台基础)
1、塔吊的基本参数信息
塔吊型号:
TC6517A,塔吊起升高度H=160.000m,
塔吊倾覆力矩M=3337kN.m,混凝土强度等级:
C35,
塔身宽度B=2m,基础以上土的厚度D=0.000m,
自重F1=900kN,基础承台厚度Hc=1.400m,
最大起重荷载F2=100kN,基础承台宽度Bc=6.000m,
桩钢筋级别:
II级钢,桩直径或者方桩边长=0.600m,
桩间距a=3.2m,承台箍筋间距S=200.000mm,
承台砼的保护层厚度=40.000mm。
2、塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算
塔吊自重(包括压重)F1=900.00kN,
塔吊最大起重荷载F2=100.00kN,
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×
(F1+F2)=1200.00kN,
塔吊的倾覆力矩M=1.4×
3337.00=4671.80kN。
3、矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算
图中x轴的方向是随机变化的,设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
(1).桩顶竖向力的计算
依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条。
其中n──单桩个数,n=4;
F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值,F=1200.00kN;
G──桩基承台的自重
G=1.2×
(25×
Bc×
Hc/4+20×
D/4)=
1.2×
6.00×
1.40+20×
0.00)=1512.00kN;
Mx,My──承台底面的弯矩设计值,取4671.80kN.m;
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=1.60m;
Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN);
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值,
最大压力:
N=(1200.00+1512.00)/4+4671.80×
1.60/(4×
1.602)=1407.97kN。
(2).矩形承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条。
其中Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m);
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取a/2-B/2=0.6m;
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN),Ni1=Ni-G/n=1407.97-1512/4=1029.97kN/m2;
经过计算得到弯矩设计值:
Mx1=My1=2×
1029.97×
0.6=1235.96kN.m。
4、矩形承台截面主筋的计算
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。
式中,αl──系数,当混凝土强度不超过C50时,α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时,α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00;
fc──混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm2;
ho──承台的计算高度Hc-40.00=1360.00mm;
fy──钢筋受拉强度设计值,fy=300.00N/mm2;
经过计算得:
αs=1235.96×
106/(1.00×
16.70×
6000.00×
1360.002)=0.007;
ξ=1-(1-2×
0.007)0.5=0.007;
γs=1-0.007/2=0.997;
Asx=Asy=1235.96×
106/(0.997×
1360.00×
300.00)=3039.49mm2。
5、矩形承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。
根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性,记为V=1407.97kN我们考虑承台配置箍筋的情况,斜截面受剪承载力满足下面公式:
其中,γo──建筑桩基重要性系数,取1.00;
bo──承台计算截面处的计算宽度,bo=6000mm;
ho──承台计算截面处的计算高度,ho=1360mm;
λ──计算截面的剪跨比,λx=ax/ho,λy=ay/ho,
此处,ax,ay为柱边(墙边)或承台变阶处至x,y方向计算一排桩的桩边的水平距离,得(Bc/2-B/2)-(Bc/2-a/2)=600.00mm,
当λ<
0.3时,取λ=0.3;
当λ>
3时,取λ=3,满足0.3-3.0范围;
在0.3-3.0范围内按插值法取值。
得λ=0.44;
β──剪切系数,当0.3≤λ<1.4时,β=0.12/(λ+0.3);
当1.4≤λ≤3.0时,β=0.2/(λ+1.5),得β=0.16;
fc──混凝土轴心抗压强度设计值,fc=16.70N/mm2;
S──箍筋的间距,S=200mm。
则,1.00×
1407.97=1.41×
106N≤0.16×
300.00×
6000×
1360=2.21×
107N;
经过计算承台已满足抗剪要求,只需构造配箍筋!
6、桩承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1条。
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值,取其中最大值N=1261.97kN;
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式:
fc──混凝土轴心抗压强度设计值,fc=14.30N/mm2;
A──桩的截面面积,A=2.83×
105mm2。
1407968.75=1.41×
106N≤14.30×
2.83×
105=4.04×
106N;
经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋!
按最小配筋率0.65%考虑,钢筋截面为1837㎜2,故设置12根16的二级钢(2411.52㎜2)满足要求,箍筋为Φ8@200,桩顶3m内间距100,加强环箍Φ16@2000。
7、桩竖向极限承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.2-3条;
单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算:
其中R──最大极限承载力;
Qsk──单桩总极限侧阻力标准值:
Qpk──单桩总极限端阻力标准值:
ηs,ηp──分别为桩侧阻群桩效应系数,桩端阻群桩效应系数,
γs,νp──分别为桩侧阻力分项系数,桩端阻抗力分项系数,
qsik──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值;
qpk──极限端阻力标准值;
u──桩身的周长,u=1.885m;
Ap──桩端面积,取Ap=0.283m2;
li──第i层土层的厚度;
各土层厚度及阻力标准值如下表:
序号土厚度(m)土侧阻力标准值(kPa)土端阻力标准值(kPa)土名称
10.5050.00280.00粘土(残积土)
210.90140.00400.00泥岩强风化
316.3240.001000.00泥岩中风化
由于桩的入土深度为19.00m,所以桩端是在第3层土层。
单桩竖向承载力验算:
R=1.88×
(0.50×
50.00×
1.00+10.90×
140.00×
1.00+7.50×
240.00×
1.00)/1.67+1.09×
1000.00×
0.283/1.67=3972.86kN>
N=1407.97kN;
上式计算的R的值大于最大压力1407.97kN,所以满足要求!
(二)、2#塔吊(天然土地基)
1、参数信息
TC5613,塔吊起升高度H=40.50m,
塔吊倾覆力矩M=1766fkN.m,混凝土强度等级:
塔身宽度B=1.6fm,基础以上土的厚度D:
=0.00m,
自重F1=548.7fkN,基础承台厚度h=1.00m,
最大起重荷载F2=60fkN,基础承台宽度Bc=5.30m,
钢筋级别:
II级钢。
2、基础最小尺寸计算
(1).最小厚度计算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.7条受冲切承载力计算。
根据塔吊基础对基础的最大压力和最大拔力,按照下式进行抗冲切计算:
(7.7.1-2)
其中:
F──塔吊基础对基脚的最大压力和最大拔力;
其它参数参照规范。
η──应按下列两个公式计算,并取其中较小值,取1.00;
(7.7.1-2)
(7.7.1-3)
η1--局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数;
η2--临界截面周长与板截面有效高度之比的影响系数;
βh--截面高度影响系数:
当h≤800mm时,取βh=1.0;
当h≥2000mm时,取βh=0.9,其间按线性内插法取用;
ft--混凝土轴心抗拉强度设计值,取16.70MPa;
σpc,m--临界截面周长上两个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值,其值宜控制在1.0-3.5N/mm2范围内,取2500.00;
um--临界截面的周长:
距离局部荷载或集中反力作用面积周边ho/2处板垂直截面的最不利周长;
这里取(塔身宽度+ho)×
4=9.60m;
ho--截面有效高度,取两个配筋方向的截面有效高度的平均值;
βs--局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值,βs不宜大于4;
当βs<
2时,取βs=2;
当面积为圆形时,取βs=2;
这里取βs=2;
αs--板柱结构中柱类型的影响系数:
对中性,取αs=40;
对边柱,取αs=30;
对角柱,取αs=20.塔吊计算都按照中性柱取值,取αs=40。
计算方案:
当F取塔吊基础对基脚的最大压力,将ho1从0.8m开始,每增加0.01m,直到满足上式,解出一个ho1;
当F取塔吊基础对基脚的最大拔力时,同理,解出一个ho2,最后ho1与ho2相加,得到最小厚度hc。
经过计算得到:
塔吊基础对基脚的最大压力F=200.00kN时,得ho1=0.80m;
塔吊基础对基脚的最大拔力F=200.00kN时,得ho2=0.80m;
解得最小厚度Ho=ho1+ho2+0.05=1.65m;
实际计算取厚度为:
Ho=1.00m。
(2).最小宽度计算
建议保证基础的偏心矩小于Bc/4,则用下面的公式计算:
其中F──塔吊作用于基础的竖向力,它包括塔吊自重,压重和最大起重荷载,F=1.2×
(548.70+60.00)=730.44kN;
G──基础自重与基础上面的土的自重,
Hc+γm×
D)
=1.2×
(25.0×
1.00+20.00×
0.00);
γm──土的加权平均重度,
M──倾覆力矩,包括风荷载产生的力矩和最大起重力矩,M=1.4×
1766.00=2472.40kN.m。
解得最小宽度Bc=5.75m,
实际计算取宽度为Bc=5.30m。
3、塔吊基础承载力计算
依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第5.2条承载力计算。
计算简图:
当不考虑附着时的基础设计值计算公式:
当考虑附着时的基础设计值计算公式:
当考虑偏心矩较大时的基础设计值计算公式:
式中F──塔吊作用于基础的竖向力,它包括塔吊自重,压重和最大起重荷载,F=304.30kN;
G──基础自重与基础上面的土的自重:
D)=842.70kN;
γm──土的加权平均重度
Bc──基础底面的宽度,取Bc=5.300m;
W──基础底面的抵抗矩,W=Bc×
Bc/6=24.813m3;
M──倾覆力矩,包括风荷载产生的力矩和最大起重力矩,M=1.4×
1766.00=2472.40kN.m;
a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m),按下式计算:
a=Bc/2-M/(F+G)=5.300/2-2472.400/(730.440+842.700)=1.078m。
经过计算得到:
无附着的最大压力设计值Pmax=(730.440+842.700)/5.3002+2472.400/24.813=155.646kPa;
无附着的最小压力设计值Pmin=(730.440+842.700)/5.3002-2472.400/24.813=-43.638kPa;
有附着的压力设计值P=(730.440+842.700)/5.3002=56.004kPa;
偏心矩较大时压力设计值Pkmax=2×
(730.440+842.700)/(3×
5.300×
1.078)=183.499kPa。
4、地基基础承载力验算
地基基础承载力特征值计算依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.4条。
计算公式如下:
fa--修正后的地基承载力特征值(kN/m2);
fak--地基承载力特征值,按本规范第5.2.4条的原则确定;
取450.000kN/m2;
ηb、ηd--基础宽度和埋深的地基承载力修正系数
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