高桩承台塔机基础应用及安全性计算

刘晋亮 范立富

(山西省工程机械厂,山西 太原 030003)

0 引言

在建筑工程主体结构施工中，主要的垂直运输设备是塔式起重机，其安全性和可靠性越来越受人们关注，特别是塔机基础的选择最为关键。对大面积、深基坑建筑工程而言，采用高桩承台塔机基础，既能在有限的施工场地内布置塔机，将覆盖范围最大化，减少了塔机基础埋深，基础施工时一般不需降水，无边坡处理，又能在土方开挖前安装塔机，用于协助土方开挖及破除工程桩，同时高桩承台塔机基础灌注桩与工程桩可以同时施工，施工比较方便，工期较短。本文以太原市便民服务中心建设工程为例，对高桩承台塔机基础的安全性进行计算。

1 工程概况

太原市便民服务中心建设工程地处太原市长风商务区，广场南街的南侧，市府南街的北侧，旧晋祠路的东侧，新晋祠路的西侧。建筑结构为回字形布局，地上建筑7层，地下建筑为2层，总建筑面积156 698 m2，其中地上面积101 430 m2，地下55 268 m2。主体结构形式为框架剪力墙型钢混合结构，长166.2 m，宽163.8 m，高度33.6 m，1层高5.4 m，2层～6层高4.4 m，7层高4.53 m。基础形式为桩基+承台+基础梁+防水板。

该工程选用4台C6010塔机、2台C6015A塔机、1台C7030塔机、2台C5013P平头塔机、2台C5015P平头塔机同时进行施工(见图1)。

由于大面积多层地下室、地下室基础埋深深、基坑占足建筑用地规划红线等原因，其中2号、3号、4号、5号、6号和11号共6台塔机设计采用高桩承台塔机基础。

C7030塔机(11号塔机)布置在建筑中央，起重力矩为250 t·m，是11台塔机中起重力矩最大的，这里只对这台塔机高桩承台基础安全性计算进行验算。

2 高桩承台塔机基础验算

高桩承台基础的灌注桩伸入垫层以下部分与土体结合获得桩侧摩阻力及桩端阻力，用以承担塔机的自身载荷以及倾覆力矩。当1号桩受到压力时，9号桩受到拉力(见图2)。随着塔机工作的旋转，灌注桩的受力状态也相应在受拉与受压之间转换。灌注桩在垫层以上裸露部分除对承台起到支撑作用以外，还要承受塔机旋转时产生的水平扭矩。承台是高桩与塔身之间的过渡转换体，它不仅将塔机的自身载荷、倾覆力矩、水平作用力和旋转扭矩传递给混凝土灌注桩，它还起到锚固塔身并与灌注桩连接的作用。

2.1 C7030塔机参数

C7030塔机独立高度51.7 m，最大起重量16 t，最大幅度70 m，额定起重力矩为250 t·m，基础设计参数表如表1所示。

表1 基础设计参数 t

2.2 整体稳定性计算

整体稳定性计算见图3。

作用在基础上的垂直载荷P，P=102.9 t；

作用在基础上的弯矩M=250 t·m×60%×1.25=187.5 t·m。

N0为钢筋混凝土基础承受的压力设计值，N0=9 000 kN。

图2中，N为塔机处于45°方向时1号灌注桩承受的垂直载荷，N=N1+N2+N3。

其中，N1为塔机对1号灌注桩产生的压力；N2为弯矩M对1号灌注桩产生的压力；N3为混凝土基础承台对1号灌注桩产生的压力。

N3=rb2h=192.66 t。

其中，h为混凝土基础承台的高度；b为混凝土基础承台的宽度；r为混凝土密度，r=2.4 t/m2。

即：N=N1+N2+N3=257.73 t=2 577.3 kN。

N

2.3 钢筋混凝土灌注桩裸露刚度校核

根据《建筑结构》书中第六章《钢筋混凝土受压构件及偏心受拉构件》，受压构件正截面承载力的计算。

桩基灌注桩为9根φ700 mm的圆柱，桩中心距为2 500 mm，桩身裸露5 500 mm，桩深15 000 mm(见图2)。受压构件正截面承载力按以下公式计算：

工程施工中使用的混凝土标号为C30，为保证混凝土中的土杂质不影响混凝土的强度质量，计算中用标号C20计算，取值fc=9.6 N/mm2(见表2)。

表2 混凝土强度设计值 N/mm2

2.4 钢筋混凝土灌注桩强度校核

3 结语

太原市便民服务中心建设工程使用的C7030塔机高桩承台基础，可以满足塔机安全使用要求。经过工程中的实际检验，高桩承台塔机基础取得了良好的经济效益和社会效益，充分说明高桩承台塔机基础施工技术的可行性和经济适用性。既解决了工程施工期间的水平及垂直运输问题，又不占用工期，加快了施工进度，而且选择塔机位置比较灵活，提高了塔机覆盖范围，便于主楼施工中塔机附着安装。

随着城市建筑用地的日趋紧张，建筑施工空间不断向高空和地下发展，大面积的裙楼建筑层出不穷，高桩承台塔机基础的应用将会更为广泛。

[1] 熊丹安.建筑结构[M].广州：华南理工大学出版社，2006.