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第1页共7页深基坑塔吊桩基础设计探讨广西建工集团第二建筑工程有限责任公司黄翔【摘要】针对深基坑工程出现的塔吊桩基础形式，结合工程实例，阐述了深基坑内塔吊承台桩基的设计内容，在此基础上指出深基坑塔吊桩基应注意的问题。【关键词】深基坑塔吊承台桩基1.塔吊基础设计概述塔吊是建筑施工中最重要的垂直运输工具，在建筑施工中具有特殊的作用。近年来，塔吊事故不断，成为建筑施工中事故多发点和事故源。塔吊事故原因是多方面的，其中一个主要原因是基础设计存在问题。目前塔吊基础设计尚无专项设计规范可依，在各种设计文献中，介绍塔吊基础设计有关问题的亦不多见，施工手册中也未列出塔吊基础设计章节。虽然有的建筑技术刊物发表过一些有关文章，但仍然不完善。塔吊基础设计是交叉的学科，塔吊是施工机械，这要的设计理论来源是机械设计的有关理论，应用的规范是塔式起重机设计规范（GB/T13752-92）；塔吊基础则为一般的构筑物，使用于一般的建筑设计规范，而塔吊厂家提供的塔吊内力数据是根据机械设计规范得到的，这给塔吊基础设计带来不确定性。塔吊基础设计要从实际出发，结合工程特点，具体问题作具体分析。一般来说，如果地质条件良好，能满足塔吊基础地耐力的要求。塔吊基础附近尚没有开挖，场地不受限制时，可以优先选用基础固定安装形式，其特点是较简便、快捷和经济。对于深基坑来说，桩基础是比较经济和方便的处理方法。本文以广西区劳教局民警职工住宅楼为例，重点对深基坑塔第2页共7页吊桩基础设计方案进行研究，并讨论桩基可能出现的问题。２.工程和地质概况广西壮族自治区劳教工作管理局民警职工住宅楼位于南宁市茅桥地区人民检察院南面。建筑用地总体形状为长方形。该建筑物的建筑面积23834㎡，地下一层，地上二十层。采用人工挖孔桩基础，底板厚３００mm；主体结构采用剪力墙结构。该建筑物地下室建筑面积2918㎡。基础开挖完毕后，基础上口边离附近居民楼房、临时设施最近的只有2m,最远的只有7m，施工场地十分狭窄。该施工场地，地质情况比较复杂，土层的分布厚度不均匀，根据《工程岩土工程详细勘察报告》的地质状况，塔吊桩基桩端持力层位于土层编号为○8泥岩与泥质粉砂岩互层，桩端阻力极限标准值qak=2400Pa。3.塔吊的选用根据施工吊装周转量和建筑物体形特征，结合以前施工经验，垂直运输机械选用广西建机厂生产的5013D型号的塔吊。这种塔吊的优点是起重量较大，运转灵活，在广西区内广泛使用该型号塔吊，零配件齐全，维修方便。关于塔吊放置的位置存在几种不同方案。1）放在两栋塔楼以外位于两栋塔楼之间。该方案塔吊附墙杆较长，但占用场地比较小，而且不影响场地正常通车，只需要加固一根工程桩，综合对比较经济。2）放在两栋塔楼之间的通道内。该方案塔吊覆盖的范围比较广阔，可以覆盖整个工地，可以节约场地。但是塔吊基础所处位置工程桩比较密集，第3页共7页所涉及处理工程桩的问题不容易解决；需要加固工程桩，增加费用太大，不经济。4.塔吊基础荷载分析一般塔吊厂家所提供的塔吊使用说明书中都附有基础图，但是很少给出塔吊作用在基础上的荷载资料，为此，根据工程地基资料要自行设计塔吊基础是困难的。有的工地就根据塔吊结构的自重、配重、压重、吊重等来计算垂直力，并根据塔吊吊重来计算倾覆力矩，以此来设计塔吊基础，这可能是不全面的，甚至是错误的。据国家标准《塔式起重机设计规范》（GB/T13752——92）规定，作用在塔吊上的荷载分四类：（1）基本荷载，包括自重荷载、起升荷载和离心荷载；（2）附加荷载，主要是工作状态下的风荷载：（3）特殊荷载，包括非工作状态下的风荷载，以及试验荷载和工作状态下碰撞荷载；（4）其他荷载，包括安装荷载，工作平台及通道所受荷载及运输荷载。这四类荷载在不同工作状况下的最不利组合就是塔身设计荷载，一般厂家给出的数据是按GB/T13752——92规定组合出的，用这些荷载来设计塔身是科学的。但对塔吊基础，除了塔身传来的荷载，还有地面等传来的荷载，必须针对具体情况，准确判断。因此，在考虑塔吊对基础的倾覆力矩时，除了吊重、配重、塔吊臂自重产生的静力矩外，还有动荷载及风荷载产生的力矩，其中风荷载产生力矩是总倾覆力矩的主要组成部分，尤其是非工作状态下，决不能忽视；不同工作状态风荷载大小也不一样。由厂家给的荷载可以看出，非工作状态下弯矩比工作状态下弯矩大，主要是由于非工作状态下的风荷载取极限风荷载，这种工况往往是实际控制弯矩。所以设计塔吊基础时，必须进行稳定性、强度等多种验算。设计塔吊基础时，按照现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（BG5007第4页共7页——2002）要求，按地基承载力确定基础底面积或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合；计算基础或桩承台强度配筋时，采用上部结构传来的荷载效应组合。5.桩基础设计计算5.1计算模型根据塔吊型号和荷载的大小，塔吊基础承台可按塔吊说明书设计成筏板式。承台大小通常按工地现场实际情况通过假设验算的方法来确定，并且要满足桩的布置构造要求。本工程由于主体基础是人工挖孔桩基础，而且受到场地限制，人工挖孔桩比较密集，塔吊基础桩选用同主体基础人工挖孔桩一样大小的直径800mm的四根桩，其中利用一根主体基础桩作为塔吊基础桩，形成两轴对称布置。由于选用的主体基础桩并非主楼承重桩仅仅承受地下室顶板荷载，通过与设计院联系，验算在塔吊安装、使用过程该桩满足要求方可进行采用。塔吊桩基础承台的尺寸选为6.0m×6.0m×1.6m。如图1所示：第5页共7页塔吊可以在平面360°范围内的任意角度转动，采用四桩计算模型，桩最不利计算模型是吊车吊臂垂直于承台对角线状态，往往只有两根桩来抵抗弯矩，这时单桩受力最大。因此应以该状态时桩所受竖向力作为桩承载力的设计值，如图2所示：3¦Υ由于弯矩作用，对应的桩或有向上拔力，还应进行抗拔力验算。塔基承台应进行局部承压、抗冲切、抗剪、抗弯强度计算。除验算桩对承台的冲切外，还应验算塔吊预埋地脚螺栓向上向下的冲切。5.2确定作用荷载通过塔吊不同塔身组合的载荷，不同工作状态下，基座类型与地面许用比压力的关系确定——塔吊在非工作状态下最大自由高度时作用在承台顶面的弯矩最大，为最不利状态。5.3单桩桩顶竖向力的计算。根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）公式（5.1.1-2）得，单桩在偏第6页共7页心竖向力作用下其计算公式：22vgyixiikiiFFMxMyNnyx6.问题讨论6.1不均匀沉降影响塔吊对基础不均匀沉降极为敏感，安装规范对塔吊倾斜度要求甚高。因此，塔吊基础计算时应考虑这种沉降问题。塔吊的荷载变化较大，基础面积比较小，很难准确计算塔吊基础不均匀沉降差。设计和施工时，重点计算塔吊基础不均匀沉降差。设计和施工时，重点对塔吊基础土质的处理，确保在主要持力层内不得有土质变化；存在不良土质时要采取可靠措施，消除不均匀。塔吊周围要有可靠的防水措施。6.2深基坑维护结构影响基坑围护如冲孔灌注桩、锚杆和土钉墙等，随着基础开挖深度的增加，基坑上口位移也会增加。一般基础位移控制在3/1000，若塔吊顶部也按照这样的比率转动，塔吊顶部的偏移：（3/1000）×41000=123mm，这样塔吊就变成危塔。可见，有塔吊处的护坡位移控制要更加严格，要满足塔吊顶部位移要求，这是护坡处理的重点。6.3利用工程桩作塔吊桩基由于受到条件限制，可以利用护坡桩、基础桩作为塔吊桩基，这时主要考虑以下因素：利用主体基础工程桩作为塔基时，如本工程。要考虑到该桩除了满足原工程设计要求外还要考虑塔吊安装、使用、拆除时带来的影响。必要时第7页共7页加大桩承载力以满足工程需求。利用护坡桩作为塔吊桩基时。外侧桩的承载力确定比较困难。护坡桩身暴露在槽边，土对桩的作用比较弱，如何确定这段桩的摩擦力，没有可靠的标准。一般，不计入从地表至坑底桩身的摩擦力。基础回填时的负摩阻力。高层建筑基础回填时，塔吊还不能拆除，回填土下沉。桩会产生增大了近端桩的下拉荷载，设计时必须加以考虑，以抵消近端桩的沉降差异及负摩阻力的影响。基坑开挖后边坡土体位移滑动，破坏土间的结合，因此应考虑对桩承载力的影响，通常不计土方开挖面以上部分桩的摩擦力。