高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)應(yīng)用及安全性計算

劉晉亮 范立富

(山西省工程機(jī)械廠,山西 太原 030003)

0 引言

在建筑工程主體結(jié)構(gòu)施工中，主要的垂直運輸設(shè)備是塔式起重機(jī)，其安全性和可靠性越來越受人們關(guān)注，特別是塔機(jī)基礎(chǔ)的選擇最為關(guān)鍵。對大面積、深基坑建筑工程而言，采用高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)，既能在有限的施工場地內(nèi)布置塔機(jī)，將覆蓋范圍最大化，減少了塔機(jī)基礎(chǔ)埋深，基礎(chǔ)施工時一般不需降水，無邊坡處理，又能在土方開挖前安裝塔機(jī)，用于協(xié)助土方開挖及破除工程樁，同時高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)灌注樁與工程樁可以同時施工，施工比較方便，工期較短。本文以太原市便民服務(wù)中心建設(shè)工程為例，對高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)的安全性進(jìn)行計算。

1 工程概況

太原市便民服務(wù)中心建設(shè)工程地處太原市長風(fēng)商務(wù)區(qū)，廣場南街的南側(cè)，市府南街的北側(cè)，舊晉祠路的東側(cè)，新晉祠路的西側(cè)。建筑結(jié)構(gòu)為回字形布局，地上建筑7層，地下建筑為2層，總建筑面積156 698 m2，其中地上面積101 430 m2，地下55 268 m2。主體結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻型鋼混合結(jié)構(gòu)，長166.2 m，寬163.8 m，高度33.6 m，1層高5.4 m，2層～6層高4.4 m，7層高4.53 m。基礎(chǔ)形式為樁基+承臺+基礎(chǔ)梁+防水板。

該工程選用4臺C6010塔機(jī)、2臺C6015A塔機(jī)、1臺C7030塔機(jī)、2臺C5013P平頭塔機(jī)、2臺C5015P平頭塔機(jī)同時進(jìn)行施工(見圖1)。

由于大面積多層地下室、地下室基礎(chǔ)埋深深、基坑占足建筑用地規(guī)劃紅線等原因，其中2號、3號、4號、5號、6號和11號共6臺塔機(jī)設(shè)計采用高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)。

C7030塔機(jī)(11號塔機(jī))布置在建筑中央，起重力矩為250 t·m，是11臺塔機(jī)中起重力矩最大的，這里只對這臺塔機(jī)高樁承臺基礎(chǔ)安全性計算進(jìn)行驗算。

2 高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)驗算

高樁承臺基礎(chǔ)的灌注樁伸入墊層以下部分與土體結(jié)合獲得樁側(cè)摩阻力及樁端阻力，用以承擔(dān)塔機(jī)的自身載荷以及傾覆力矩。當(dāng)1號樁受到壓力時，9號樁受到拉力(見圖2)。隨著塔機(jī)工作的旋轉(zhuǎn)，灌注樁的受力狀態(tài)也相應(yīng)在受拉與受壓之間轉(zhuǎn)換。灌注樁在墊層以上裸露部分除對承臺起到支撐作用以外，還要承受塔機(jī)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的水平扭矩。承臺是高樁與塔身之間的過渡轉(zhuǎn)換體，它不僅將塔機(jī)的自身載荷、傾覆力矩、水平作用力和旋轉(zhuǎn)扭矩傳遞給混凝土灌注樁，它還起到錨固塔身并與灌注樁連接的作用。

2.1 C7030塔機(jī)參數(shù)

C7030塔機(jī)獨立高度51.7 m，最大起重量16 t，最大幅度70 m，額定起重力矩為250 t·m，基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)表如表1所示。

表1 基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù) t

2.2 整體穩(wěn)定性計算

整體穩(wěn)定性計算見圖3。

作用在基礎(chǔ)上的垂直載荷P，P=102.9 t；

作用在基礎(chǔ)上的彎矩M=250 t·m×60%×1.25=187.5 t·m。

N0為鋼筋混凝土基礎(chǔ)承受的壓力設(shè)計值，N0=9 000 kN。

圖2中，N為塔機(jī)處于45°方向時1號灌注樁承受的垂直載荷，N=N1+N2+N3。

其中，N1為塔機(jī)對1號灌注樁產(chǎn)生的壓力；N2為彎矩M對1號灌注樁產(chǎn)生的壓力；N3為混凝土基礎(chǔ)承臺對1號灌注樁產(chǎn)生的壓力。

N3=rb2h=192.66 t。

其中，h為混凝土基礎(chǔ)承臺的高度；b為混凝土基礎(chǔ)承臺的寬度；r為混凝土密度，r=2.4 t/m2。

即：N=N1+N2+N3=257.73 t=2 577.3 kN。

N

2.3 鋼筋混凝土灌注樁裸露剛度校核

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)》書中第六章《鋼筋混凝土受壓構(gòu)件及偏心受拉構(gòu)件》，受壓構(gòu)件正截面承載力的計算。

樁基灌注樁為9根φ700 mm的圓柱，樁中心距為2 500 mm，樁身裸露5 500 mm，樁深15 000 mm(見圖2)。受壓構(gòu)件正截面承載力按以下公式計算：

工程施工中使用的混凝土標(biāo)號為C30，為保證混凝土中的土雜質(zhì)不影響混凝土的強度質(zhì)量，計算中用標(biāo)號C20計算，取值fc=9.6 N/mm2(見表2)。

表2 混凝土強度設(shè)計值 N/mm2

2.4 鋼筋混凝土灌注樁強度校核

3 結(jié)語

太原市便民服務(wù)中心建設(shè)工程使用的C7030塔機(jī)高樁承臺基礎(chǔ)，可以滿足塔機(jī)安全使用要求。經(jīng)過工程中的實際檢驗，高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，充分說明高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)施工技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)適用性。既解決了工程施工期間的水平及垂直運輸問題，又不占用工期，加快了施工進(jìn)度，而且選擇塔機(jī)位置比較靈活，提高了塔機(jī)覆蓋范圍，便于主樓施工中塔機(jī)附著安裝。

隨著城市建筑用地的日趨緊張，建筑施工空間不斷向高空和地下發(fā)展，大面積的裙樓建筑層出不窮，高樁承臺塔機(jī)基礎(chǔ)的應(yīng)用將會更為廣泛。

[1] 熊丹安.建筑結(jié)構(gòu)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2006.