深基坑塔吊基礎(chǔ)施工新法

楊譽(yù)興

[摘要]：本文介紹了利用深基坑護(hù)壁樁作支撐的塔吊基礎(chǔ)，解決了施工中的場(chǎng)地限制等難題并節(jié)支增效，可為同類工程起到一定借鑒作用。

[關(guān)鍵詞]：深基坑、護(hù)壁樁、支撐承臺(tái)、塔吊基礎(chǔ)、新法

中圖分類號(hào)：TU74

1. 前言

對(duì)于市區(qū)中心的高層建筑，施工場(chǎng)地極有限。深基坑塔吊基礎(chǔ)施工一直是個(gè)難題。安裝在基坑底將占用主體施工面積，如不占用主體施工面將增大基坑的開(kāi)挖面，增大費(fèi)用且受到場(chǎng)地的限制。本文將介紹利用深基坑護(hù)壁樁作支撐的塔吊基礎(chǔ)。解決了施工難題，可以為同類工程起到一定借鑒作用。

2. 工程概況

該大廈由裙樓和41層塔樓組成，高169.5米?；娱_(kāi)挖面積5800平方米。塔樓建筑面積1224.1平方米，共安裝塔吊兩臺(tái)，分別為1#塔吊，編號(hào)：201-1006型號(hào)：H3/36B，2#塔吊：編號(hào)：201-1008，型號(hào)：F0/23B，1#塔吊初始安裝8節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，高度33.7米，最終安裝58節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，總高度183.7米，安裝6道護(hù)著壁。2#塔吊初始安裝8節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，高度32.8米，最終安裝15節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)?？偢叨?3.8米由于該塔吊設(shè)計(jì)獨(dú)立高度為59.8米（17節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)），無(wú)需安裝護(hù)著璧。以下著重點(diǎn)介紹1#塔吊基礎(chǔ)。（如圖1所示）

圖1 塔吊平面布置示意圖

3. 承臺(tái)的施工

1#塔吊基礎(chǔ)定位于12軸線與A軸線交叉點(diǎn)以南4.25米基礎(chǔ)增設(shè)兩根1.2米挖孔樁，塔吊中心線與護(hù)壁樁中心線距離為700，增設(shè)兩根挖孔樁在護(hù)壁樁外側(cè)1400處，直徑為1200，深度相同（-22.75M），樁基承臺(tái)尺寸為：2700*3000樁心組合尺寸為：1400*2000，精確預(yù)埋塔吊錨座。具體樁基、樁基承臺(tái)配筋砼標(biāo)號(hào)見(jiàn)圖（2-1）、（2-2）

圖2-1塔吊基礎(chǔ)平面布置

圖2-2 1＃塔吊承臺(tái)平面及配筋示意圖

4. 關(guān)于樁的結(jié)構(gòu)計(jì)算，主要是計(jì)算配筋

根據(jù)設(shè)備資料，塔吊基礎(chǔ)承受的最大彎矩為：286T.M=2860KN.M， 塔吊基礎(chǔ)荷載 比較復(fù)雜，有較大的彎矩和拉壓交替的垂直荷載。為此，豎向主筋按樁身全長(zhǎng)配筋。全長(zhǎng)配10ф25，上部半樁加強(qiáng)增配 10ф25。

鋼筋截面積上半部為：20*4.9=98cm2 下半部為：10*4.9=49 cm2

樁身計(jì)算截面積為： π/4*1202=11310 cm2

配筋率上半部為：98/11310=0.866%

下半部為：49/11310=0.433%

配筋率平均為：0.65%（這是砼灌注樁）

在受彎矩狀態(tài)下按構(gòu)造配筋的最小配筋率。通過(guò)計(jì)算復(fù)核考查單樁：A（鋼筋截面積）=49 cm2D（樁徑）=120 cm

d0(豎向主筋環(huán)直徑)=110 cm 將10根主筋折算成連續(xù)金屬環(huán)：b（金屬環(huán)帶寬度）=A/πd0=49/π*110=0.1418 cm

d1(金屬環(huán)外徑)=d0+b=110.1418cm

d2(金屬環(huán)內(nèi)徑)=d0-b=109.8582cm

I/(慣性矩)=0.0491(d14-d24)=74135cm3

按4樁組合考查：

I（相對(duì)于塔吊中心線的總慣矩）=4（I/+a2A）=4*(74135+702*49)=1256940cm4

W(相對(duì)于塔吊中線的總截面系數(shù))=I/a=1256940/70=175694cm4

ó(主筋應(yīng)力)=KM/W （K=1.4）

M=2860KN.M ；ó=1.4*286000000/17956=22300N/cm2?34000N/cm2

主筋應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，安全可行。

5.關(guān)于抗傾翻（主要是校核在塔吊荷載作用下基坑護(hù)壁的穩(wěn)定性）

與基坑護(hù)壁樁有關(guān)的塔吊荷載根據(jù)設(shè)備資料主要有兩項(xiàng)：a設(shè)備結(jié)構(gòu)本體的由于偏心構(gòu)造所產(chǎn)生的最大彎矩值2860KN.M；b非工作狀態(tài)承受8級(jí)風(fēng)，在距離塔吊底基面19.45M高處的集中風(fēng)力：44.27KN。

首先考查護(hù)壁樁的受力狀態(tài)（主動(dòng)土壓和被動(dòng)土壓）（參見(jiàn)圖3）逐層計(jì)算土壓及強(qiáng)風(fēng)化基巖頂面為基點(diǎn)的彎矩，計(jì)算寬度為兩根護(hù)壁樁的承受寬度：4M。

圖3 1＃塔吊樁基傾覆計(jì)算示意圖

主動(dòng)土壓方面：

a---b段：

Ea1=0.5A*18*1.4*4=50.4KN

h/(力圖重心至力圖底邊的距離)=1/3*1.4=0.467m

h（力圖重心至強(qiáng)風(fēng)化基巖頂面的距離）=0.467+(18.23-3)=15.697m

Ma1=50.4*15.697=790KN-m

b---c段：

Ea2=0.5*34*2.77*4=188.36KN

h/=1/3*2.77=0.923m

h=0.923+(18.23-6.5)=12.653m

Ma2=188.36*12.653=2380KN-m

c---d段：

Ea3=0.5*(32+48)*3*4=480KN

h/=(32*3*1.5+16*3*1*0.5)/(32*3+16*3*0.5)=1.4m

h=1.4+(18.23-9.5)=10.13m

Ma3=480*10.13=4860KN-m

d---e段：

Ea4=0.5*(76+84)*0.52*4=166.4KN

h/=(76*0.52*0.26+8*0.52*0.17*0.5)/(76*0.52+8*0.52*0.5)=0.25m

h=0.25+(18.23-10.02)=8.46m

Ma4=166.4*8.46=1400KN-m

e---f段：

Ea5=0.5*(49+59)*1.95*4=421.2KN

h/=(49*1.95*0.957+10*1.95*0.65*0.5)/(49*1.95+10*1.95*0.5)=0.94m

h=0.94+(18.23-11.97)=7.2m

Ma5=421.2*7.2=3030KNm

f---g段：

Ea5=0.5*(73+104)*3.63*4=1285KN

h/=(73*3.63*1.815+31*3.63*1.21*0.5)/(73*3.63+31*3.63*0.5)=1.7m

h=1.7+(18.23-15.6)=4.33m

Ma6=1285*4.33=5560KN-m

g---h段：

Ea7=0.5*(104+128)*2.63*4=1220KN

h/=(104*2.63*1.315+24*2.63*0.877*0.5)/(104*2.63+24*2.63*0.5)=1.27m

h=1.27m

Ma7=1220*1.27=1550KN-m

∑Ma=790+2380+4860+1400+3030+5560+1550=19570KN-m

g---h段：

Ep7=0.5*(72+167)*2.63*4=1260KN

h/(72*2.63*1.315+95*2.63*0.877*0.5)/(72*2.63+95*2.63*0.5)=1.14m

h=1.14m

Mp7=1260*1.14=1440KN.M

Mp錨1=2*600*cos15o*(18.23-5.75)=1200*0.97*12.48=14530M

Mp錨2=2*550*cos15*(18.23-9.75)=1100*0.97*8.48=9050KN.M

∑Mp=1440+14530+9050=25020KN.M

被動(dòng)土壓產(chǎn)生的彎距對(duì)比主動(dòng)土壓產(chǎn)生的彎距有較多的寬裕：

∑Mp-∑Ma=25020-19570=5450KN.M

基坑的支護(hù)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

考察由于塔吊的存在對(duì)在基坑支護(hù)的穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，有以下幾種情況：a工地出現(xiàn)8級(jí)大風(fēng)，此時(shí)塔吊已經(jīng)停止工作，短臂（配重端）鎖在工地外側(cè)，長(zhǎng)臂（起重大臂）鎖在工地內(nèi)側(cè)。Mt（主要由塔吊短臂不對(duì)稱和塔吊配重所產(chǎn)生彎距的最大值）=2860KN-m；MT的方向與主動(dòng)力壓所產(chǎn)生彎距的方向相反，對(duì)基坑支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定形成減荷效應(yīng)。MW（由8級(jí)大風(fēng)所產(chǎn)生的彎矩）=44.27*（18085+18.23）=1640KN.M ；MW的方向與MT的方向相反。抵消后仍對(duì)基坑支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定產(chǎn)生：2860-1640=1220 KN.M的減荷效應(yīng)，有利于支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定。B工地正常工作，不計(jì)算風(fēng)力影響，起吊荷載產(chǎn)生的彎矩（ML）與塔吊本身固有的彎矩（MT）方向相反，共同對(duì)樁層基點(diǎn)產(chǎn)生作用；MT=2860KN.M，ML=2600KN.M（用4繩起重吊幅為21.7M時(shí)，起重為12噸，此時(shí)產(chǎn)生的彎矩值最大：21.7*120=2600KN.M）

起吊荷載所產(chǎn)生的彎矩值在0至2600KN.M之間變動(dòng)，起吊荷載所產(chǎn)生的彎矩與塔吊自身固有的彎矩共同作用，其彎矩值之和當(dāng)在2860至260KN.M，方向與主動(dòng)土壓力所產(chǎn)生的彎矩相同，形成增荷效應(yīng)，其最大增荷值為2860KN.M（起吊荷載為零），只相當(dāng)于被動(dòng)土壓所產(chǎn)生的彎矩：

（∑Mp=25020KNM）和主動(dòng)土壓產(chǎn)生彎矩：（∑Mp=1957KN.M）之間差值：5450KN，MR 52％，應(yīng)視為安全。綜合以上分析，出現(xiàn)最不利的情況是在塔吊不在工作而配重臂是在工地內(nèi)側(cè)的時(shí)候，此時(shí)構(gòu)成塔吊基礎(chǔ)的兩根臂樁能夠有效地應(yīng)付塔吊所主生增量的彎矩是安全的。

塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)是構(gòu)筑在護(hù)臂樁鎖口梁頂面上的，塔吊所有荷載是首先通過(guò)鎖過(guò)鎖口梁然后再作用到護(hù)壁樁上去的，因此，承擔(dān)塔吊荷載的交不僅是承臺(tái)下面的兩根樁，而兩側(cè)的其它一些樁也通過(guò)鎖口梁部分地分擔(dān)了塔吊的荷載，這實(shí)際上又增大了整個(gè)系統(tǒng)的安全度。

6．總結(jié)

對(duì)于利用深基坑護(hù)臂樁作支承的塔吊基礎(chǔ)是一具新的設(shè)想，在通過(guò)大量的計(jì)算分析確保它可生行，這在很大的程度上節(jié)約了資金，充分利用了寶貴空間，在灌注樁及基礎(chǔ)承臺(tái)工時(shí)，對(duì)鋼筋綁扎嚴(yán)格控制，并在驗(yàn)收合格后進(jìn)行澆砼，定時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)，在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行塔吊安裝。由于全面分析了地質(zhì)資料周圍環(huán)境，地下結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，并從造價(jià)期，安全性諸多方面考慮，并施加預(yù)加應(yīng)力錨桿，完全達(dá)到預(yù)期效果。該基礎(chǔ)礎(chǔ)在投入使用后一直安全穩(wěn)妥，未見(jiàn)異常。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)用PDF形式查看。