塔吊桩基承台抗倾覆稳定补强设计与施工控制

摘要：软弱地基条件下，桩基施工常常出现质量问题，通常采用补桩或接桩的办法，但为了达到安全可靠、经济节约的效果，本文提出了扩大承台与群桩抱箍组合法对塔吊桩基承台进行抗倾覆稳定补强设计，以期为类似工程提供参考。

关键词：桩基承台；抗倾覆；补强设计

Reinforcement Design and Construction Control for Overturning Resistance Stability of Tower crane pile cap

Tuo mingbei[1]zheng limin[1]chen cheng[1]guan can[1]

[1] CSCEC Strait Construction and Development Co. Ltd. Fuzhou350014

Abstract: Pile foundation construction often appears quality problems in soft ground conditions, it usually adopts filling pile or picking pile, but in order to achieve a safe, reliable and economical effect, this paper presents the combination method of expanding the cap and clasping pile group,which is providing a reference for similar projects to do reinforcement design for overturning resistance stability of tower crane pile cap.

Key words: pile cap; overturning resistance; reinforcement design

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

引言

近年来，随着城市建设的发展和高层建筑物的增加，塔吊（即塔式起重机）的使用日益增多。然而，在塔吊基础的结构设计以及其抗倾覆稳定控制方面的研究，目前数量甚少。一些施工企业为了降低成本，盲目缩小塔吊基础尺寸而引起的安全事故屡见报端；相反，为了安全而盲目扩大塔吊基础的尺寸也是不可取的。讲成本的同时必须先讲安全，离开安全讲成本是得不偿失[1]。施工单位遵循这个原则，考虑塔吊基础的选型，布置以及安装，但是因为施工现场的复杂性，往往也碰到一些特殊情况。

1 工程概况

本工程位于福州市南台岛仓山组团中部，位于福湾路与凤山路交叉口，体育场主体平台轮廓近椭圆形南北长为354m，东西宽310m，工程正负零为罗零高程+8.450，结构型式为框架剪力墙结构，地上四层，无地下室，总建筑面积119,772 m2，占地面积63,614㎡，看台高度：30.780m，由二层平台及平台下空间、6万人看台及看台下空间和东西对称两片罩棚及罩棚下空间组成。

本工程计划沿体育场周边后浇带处布置10台QTZ160塔吊，臂长60m，使用高度为53m。塔吊基础采用桩承台基础，承台尺寸为5米×5米×1.8米，承台配筋为双层双向B20@150，混凝土强度C35。基础桩为泥浆护壁冲孔灌注桩，桩径为800mm，桩身配筋按抗拔桩配置主筋为16B20，箍筋为A8@200，混凝土强度为C40。桩顶标高5.8m，桩顶进入承台内100mm，桩头钢筋锚入承台长度为1m。

在塔吊桩基砍桩时，发现5#塔吊承台底其中一根桩在设计标高以下桩身为素混凝土，未见钢筋笼。显然该桩基的抗拔、抗剪切承载力严重不足，达不到设计要求，为此应对该塔吊桩基承台进行处理。

2 补强方案选择

方案一：补桩法

一般情况下，发现桩基达不到设计承载力，可采取废除不合格桩，在原有桩基旁边重新补打1~2根桩的方法，承担原桩的上部荷载，以达到桩基补强目的。但是本工程原有桩基数量很多，桩间距较小，且场地属于软弱地基，淤泥较多，补桩时易产生挤土效应，粉质粘土会继续液化，孔隙水压力将升高，易造成土体隆起，影响原有桩基的桩身质量，甚至拉断桩身[2]。且现场桩基已施工完毕，桩机已经全部退场，重新补桩，施工机械需重新进场，基坑需重新回填，工程量大，施工成本不够经济合理，所以这一方案不理想。

方案二：接桩法

当成桩后桩顶标高不足，常采用接桩法处理，挖出桩头，凿去混凝土浮浆及松散层，并凿出钢筋，整理冲洗干净后，用钢筋接长，再浇筑混凝土至设计标高[3]。但是本工程桩基是因为钢筋笼在拔管浇混凝土时掉下去，造成桩端变成无配筋素混凝土，且无法探知钢筋笼具置，同时桩身周边是淤泥，如若开挖接桩，需要有支护措施，同时也会挠动基底原状土，破坏桩身摩阻力，结果不一定能达到补强的目的，所以这一方案也不宜采纳。

方案三：扩大承台与群桩抱箍组合法

因该工程的桩身质量问题，补强方案选择主要目的在于防止承台在承受倾覆力矩时，桩基抗拔承载力不足，造成安全事故。根据桩同作用效应和转换结构的概念，笔者决定加大承台截面尺寸，同时在承台底预先浇筑一层厚板，将塔基的4根灌注桩抱箍在一起，形成整体。该方案利用承台自重增大基础的抗倾覆力矩，同时利用厚板的抱箍作用使群桩效应得到更大的发挥，从而达到增大塔基抗倾覆力矩和减小桩基抗拔力的功效，既经济又合理，所以笔者最终选择该方案，下面主要对该方案的结构设计和施工控制进行详尽介绍。

3 塔吊基础结构设计

3.1 塔吊及基础的基本参数信息

本工程塔吊基础采用桩承台基础，承台尺寸为5米×5米×2.2米，承台配筋为双层双向B20@150。基础桩为冲孔灌注桩，桩径为800mm，桩身配筋按抗拔桩配置主筋为16B20，箍筋为A8@200。桩顶标高5.8m，桩顶进入承台内100mm，桩头钢筋锚入承台长度为1m。

承台底部厚板加强带的尺寸为5m×5m×0.5m，板带配筋为双层双向C14@200，桩身两侧暗梁配筋:C14@200，2C20：2C20。

本工程塔吊基础桩基各土层参数参照5#塔吊位附近的地质资料，见表1。

本工程塔吊不采用附墙，塔吊基础节与承台采用地脚螺栓连接，塔吊基本参数见表2。

表15#塔位各土层厚度及阻力标准值表

表2 塔吊基本参数表

3.2 塔吊基础结构验算

1）塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算

（1）竖向力

工作状态下：F工=1.2P1=1046.40kN；非工作状态下：F非工=1.2P1=926.40kN

水平风荷载计算

工作状态下：Wo=0.5kN/m2；Fvk=qsk×H=1.23×53.00=65.09kN

非工作状态下：Wo=0.70kN/m2；Fvk=qsk×H=1.78×53.00=94.34kN

（3）塔机的倾覆力矩

工作状态下：Mk=2654+0.5×65.09×53.00=4378.89kN.m

非工作状态下：Mk=2925+0.5×94.34×53.00=5425.01kN.m

2）桩顶竖向力的计算

依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.1.1条，在实际情况中x、y轴是随机变化的，所以取最不利情况计算。

桩基承台自重：G=1.2×（25×BC×BC×HC）=1.2×（25×5×5×2.2）=1650.00kN

经计算得到单桩桩顶竖向承载力设计值，

最大压力：Nmax工=(1046.40+1650.00)/4+4378.89+65.09×2.2）×2.12/(2×2.122)= 1740.630kN。

最小压力：Nmin工=(1046.40+1650.00)/4-4378.89+65.09×2.2）×2.12/(2×2.122)= -392.430kN。

最大压力：Nmax非工=(926.40+1650.00)/4+(5425.01+94.34×2.2)×2.12/(2×2.122)= 1972.533kN。

最小压力：Nmin非工=(926.40+1650.00)/4-(5425.01+94.34×2.2)×2.12/(2×2.122)= -684.333kN。

3）桩竖向极限承载力验算

由于5#塔吊桩的入土深度为33m,所以桩端是在第5层土层，单桩竖向承载力验算：

Quk =u∑qsikli+qpkAp =2.512×(1.50×30.00+4.1×10.00+12.3×50.00+2.4×55.00+12.7×65)+0.502×1.0= 4166.654kN

单桩竖向承载力特征值：Ra=Quk/2=4166.654/2=2083.327kN；

Nkmax=1972.533kN≤1.2R=1.2×2083.327=2499.9924KN；

4）桩基础抗拔验算

桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-2008)的第5.4.5条。

群桩呈非整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值：

Tuk=Σλiqsikuili

Tuk=2.512×(1.50×30.00×0.75+4.1×10.00×0.7+12.3×50.00×0.75+2.4×55.00×0.75+12.7×65×0.7)= 3015.7816kN

桩基抗拔承载力公式：

Nk≤ Tuk/2+Gp

其中 Nk - 桩基上拔力设计值，Nk=684.333kN；

Gp - 基桩自重设计值，Gp =3.3×0.502×25=414.15kN；

Tuk/2+Gp=3015.7816/2+414.15=1922.0408kN > 684.333kN；

4 塔吊基础施工控制

4.1 施工图设计

根据混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则11G101-1，结合配筋要求，绘制施工图，指导现场施工，如下图所示。

图1 加强带配筋图

图2 基础承台配筋图

4.2 施工控制要点

1）施工顺序

土方开挖桩头凿除垫层施工砖胎膜砌筑钢筋绑扎（埋件预埋）土方回填混凝土浇筑养护

2）施工要点

（1）塔吊基础承台采用放坡开挖，承台顶部应预留20cm的土采用人工开挖，防止原土扰动；

（2）桩头凿除时应先在桩顶标高上5cm处弹出控制线，沿控制线用电锤打孔，打孔深度不得小于200，然后沿钻孔位置剔除混凝土，将钢筋主筋找出后顺着主筋将控制线以上混凝土保护层剔除，剔出全部主筋，注意避免剔伤主筋，然后将内部混凝土凿除；

（3）砖胎膜砌筑完成达到一定强度后，分层回填至砖胎膜2/3高处，待混凝土浇筑完成后，再回填剩余土方，防止砖胎膜变形；

（4）基础钢筋施工时应做好防雷接地预埋；机脚螺栓预埋位置、尺寸要绝对正确，应特别注意做好复核工作，尺寸误差不超过±0.5mm，螺纹位须抹上黄油，并注意保护；

（5）混凝土浇筑应采用分层浇筑，分层厚度不大于500mm，浇筑完成后12h内采用棉毡覆盖浇水养护，养护时间不得小于7d。

5 结语

福州地区工程地质普遍存在软弱土层，塔吊基础普遍采用桩基础，在施工中桩基出现质量问题时，补桩、接桩并不是唯一的选择。应根据现场的实际情况，因地制宜，选择合适的补强方式。本文的补强方式在保证安全使用的前提下，即能节省成本，又能加快进度，可为类似工程情况提供成功的经验。

参考文献

[1] 谢冰. 建筑施工中塔式起重机抗倾覆的控制及基础设计，广西城镇建设，2006，4：31~34

[2] 潘建康，魏新江. 桩基处理及修改设计的工程实例[J]，浙江建筑，1999年第2期：24~25

[3] 钟兆琨，邵红霞. 钻孔灌注桩事故处理的几种方法，黑龙江科技信息，2008，21：259~260

作者简历：庹明贝（1985-），男，湖北十堰人，中建海峡建设发展有限公司，硕士研究生，助理工程师