海域条件下浅覆盖层塔吊基础设计

高 健

中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150000

我国沿海区域广阔，多受台风干扰，且一年中风力较强月份较多。随着建筑行业的不断扩大发展，塔吊的使用也越来越频繁，由于受到不同环境的影响，需在海域条件下设立塔吊，且满足抵抗台风的干扰及在风力较强环境下桥梁施工需求。

平潭海峡公铁两用跨海大桥跨度大，海域环境复杂，搭设钢栈桥高度有限，汽车吊、履带吊无法满足桥梁施工过程中的重要要求。塔吊的使用已经成为必选项目，塔吊基础的正确选择不仅能节约项目经费，而且也能为施工提供便利。

1 工程概况

平潭海峡公铁两用跨海大桥 （B0～B58） 位于平潭县穿越山谷，连接大练乡与苏澳镇两地，水陆交通较不便主体位于东海海域，水位受潮汐影响。下部施工搭设钢栈桥作为施工平台，铁路梁采用双孔连做造桥机进行节段梁架设，公路梁采用悬臂现浇法施工。由于钢栈桥高度有限，汽车吊、履带吊无法满足公路连续梁施工过程中的起重要求，需在海中设立塔吊，以满足公路梁施工需求。

2 塔吊基础结构设计

浅覆盖层区域钢管桩不能提供抗拔力，利用钢管桩群共同抵抗倾覆荷载。钢管桩端面为与岩层的接触面为倾覆节点，再放置配重块，使钢管桩只抗压不抗拉。

抗台塔吊基础采用9根Φ720×14mm的钢管桩，按照正方形的对角线布置，中心1根，两个对角线各4根，最外侧桩距里侧桩3.5m，里侧桩距中心桩2.5m，桩顶对角线方向由2根双拼56b工字钢做主梁，配重分配梁由12根双拼40b工字钢组成，钢管桩之间的平联和斜撑由双拼28b工字钢组成。

3 基础计算

3.1 塔吊基础的材料参数 （见表1）

表1 塔吊基础材料参数

3.2 荷载组合

本次验算选取TC7035B-16型70m臂长塔吊，节数为16节是最不利荷载 （见表2）。计算钢管桩，使其仅受压不抗拔，并考虑非工况与工况。

非工况：塔吊处于非工作状态，并且承受14级风荷载。

工况：塔吊处于工作状态，并且承受8级风荷载。

表2 塔吊基础荷载

计算主梁及配重分配梁按承载能力极限状态与正常使用极限状态。

工况1：承载能力极限状态 （恒载+活载）。

工况2：正常使用极限状态 （恒载+1.4活载）。

3.3 计算结果

塔吊基础计算采用midas Civil有限元分析软件进行计算，钢管桩采用梁单元模拟，根部固结，主梁、配重分配梁采用梁单元模拟，主梁与钢管桩连接采用节点连接，主梁与配重分配梁采用节点连接。

3.3.1 配重块计算

配重块由C30的钢筋混凝土浇筑而成，厚度为0.3m。每块配重块重：0.5× （1.642+9.114） ×3.736×0.3×26=313.438kN。3.3.1.1 工况下配重块计算

钢管桩的最大压力为455.5kN，最大拉力为225.7kN，在不加配重块时有部分桩将抗拔，所以需要加配重块来平衡钢管桩的拉拔力。

总拉拔力：222.2+225.7+63.4+41.9=553.2kN，故需要两块配重块来平衡钢管桩的拉拔力。

当加上配重块后钢管桩将不产生拉拔力，全部为压力，满足要求。此时的钢管桩最大应力为151.3MPa＜195MPa，故满足要求。

3.3.1.2 非工况下配重块计算

塔吊在非工况荷载下，且不放配重块时，钢管桩的最大压力为473.1kN，最大拉力为303.4kN，及在不加配重块时有部分桩将抗拔，所以需要加配重块来平衡钢管桩的拉拔力。

总拉拔力：222.2+225.7+63.4+41.9=553.2kN，故需要两块配重块来平衡钢管桩的拉拔力。

将配重块加载到模型上，通过计算得出钢管桩的竖向力，当加上配重块后钢管桩将不产生拉拔力，全部为压力，满足要求。此时的钢管桩最大应力为154.8MPa＜195MPa，故满足要求。

综上所述：为保证塔吊基础在工况及非工况荷载下只抗压不抗拔，每侧需要2块，共需8块配重块。

3.3.2 主梁计算

（1） 主梁强度计算。主梁在承载能力极限状态下主梁的最大应力为195 MPa≤195MPa，故符合要求。

（2） 主梁变形计算。主梁在正常使用极限状态下的最大变形为1.45mm＜L/400=30mm，故符合要求。

3.3.3 分配配重梁计算

（1） 配重梁强度计算。主梁在承载能力极限状态下配重梁的最大应力为142MPa≤195MPa，故符合要求。

（2） 配重梁变形计算。配重梁在正常使用极限状态下的最大变形为1.45mm＜L/400=8.84mm，故符合要求。

经过上述计算：主梁及配重分配梁在承载能力极限状态下的强度和正常使用极限状态下的变形都满足要求。

3.3.4 钢管桩基础计算

由模型可知钢管柱基础所承受的单根桩的最大荷载783kN，故单桩桩顶荷载设计值F=783kN。钢管桩基础采用桩长为10m，直径为0.72m的钢管桩。

由《公路桥涵地基与基础设计规范》 （JTG D63—2007）得，αi、αr=1.0；qrk=200kPa。

［Ra］=0.5×[3.14×0.72×1.0× （55×5.3+90×4.7）+1.0×0.722×3.14/4×200]=848.4kN。

故，塔吊基础钢管桩承载能力容许值为848.4kN≥783kN，满足承载能力要求。

4 施工

钢平台基础承台尺寸8.485m×8.485m×0.56m，主梁采用2I56工字钢，次梁采用2I40b工字钢连接。钢平台主梁嵌入钢管桩560mm。剪刀撑采用双拼28b工字钢、25槽钢、20b工字钢。塔机脚柱与主梁采用焊接方式连接，脚柱之间采用L75×75×7角钢加固；塔机钢平台增加压重；标准节与钢平台之间设置斜支撑，标准节安装抱箍，与斜支撑焊接，使用2I28工字钢。塔吊基础底部与刚横梁采用焊接连接，其焊缝总长度不小于40cm，焊接不足面积出采用加劲板补强，且焊缝角尺寸不的小于6mm。钢管对接采用全熔透对接焊，剪刀撑与钢管桩之间连接采用角焊缝，焊缝角尺寸不得小于较薄板的板厚。

浅覆盖层区域钢管桩插打施工时，以振动锤的锤击力来校核钢管桩端截面承载力。

5 结语

这种塔吊基础解决了浅覆层钢管桩不能承受拉力的问题，并且满足的抗强台风的使用需求，不仅解决了海上施工面临的诸多的问题，还通过材料的周转使用节约了成本。

[1] TB 10002.2—2005（2），铁路桥梁钢结构设计规范[S].

[2] GB 50009—2010，建筑结构荷载规范[S].

[3] GB 50068—2001，建筑结构可靠度设计统一标准[S].

[4] GB 50017—2003，钢结构设计规范[S].

[5] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].