塔式起重机基础施工方案.doc

塔式起重机基础施工方案

无锡锡山建筑实业有限公司 江苏省电力公司电力职工实训基地改扩建一期项目
目 录
一、工程概况…………………………………………………………………………2
二、编制依据…………………………………………………………………………3
三、施工部署…………………………………………………………………………3
四、塔式起重机基础施工流程………………………………………………………9
五、塔式起重机四桩基础计算书……………………………………………………11

塔式起重机基础施工方案

一、工程概况
工程名称: 江苏省电力公司电力职工实训基地改扩建一期项目；
江苏省电力公司电力职工实训基地改扩建一期项目位于无锡市环湖路与双虹路交汇处东北侧，包括综合楼及后勤楼，总建筑面积约63460m2；其中地下面积26979m2，人防区占4000m2，地上面积36481m2，综合楼地下二层，地上主楼九层，全高45.65m，辅楼四层，全高24.7m，后勤楼地下一层，地上六层，全高23.5m。
结构类型：框架剪力墙结构
建设单位：江苏省电力公司无锡供电公司
设计单位：东南大学建筑设计研究院有限公司
监理单位：上海建科工程咨询有限公司
施工单位：无锡锡山建筑实业有限公司
本工程拟设置四台塔式起重机以满足现场材料吊运及垂直运输要求，为了合理利用资源及便于管理，我项目部对塔机进行编号并对各塔机位置作了严格规划。为了保障塔机安装、使用、拆卸过程中的安全可靠性，我项目部编制了塔式起重机基础的施工方案，请相关单位审批。
拟使用部位： 1-3#塔机用于综合楼， 4#塔机用于后勤楼，平面布置及塔机编号见图一：塔式起重机编号及平面布置图。

图一：塔式起重机编号及平面布置图
二、编制依据
编制依据主要包含但不限于：
1、施工图纸及施工现场平面布置；
2、《地基基础设计规范》GB50007-2011
3、《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
4、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
5、《建筑安全检查标准》JGJ59-2011
6、《塔式起重机设计规范》GB/T13752-1992
7、《塔式起重机安全规程》GB5144-2006
8、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009
9、《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》JGJ196-2010
12、《建筑起重机械安全监督管理规定》(建设部令第166号)
13、QTZ63塔式起重机机说明书
三、施工部署
四台塔式起重机基础均采用桩上承台基础，桩身混凝土采用C30，钢筋采用三级钢；拟采用FS5510现浇固定钢筋砼基础，砼标号C30，25双层双向钢筋，其尺寸为长5000mm宽5000mm高1350mm，总体积为33.75m3，质量约81T。具体大样及配筋见图二：FS5510固定基础示意图。塔机型号、基础尺寸、基底标高及塔机基节固定类型如下表：
塔机编号
塔机型号
塔机基础尺寸
（长×宽×高）mm
基础荷载
验算方式
基底标高（m）
塔机基节
固定类型
1#
QTZ63
5000×5000×1350
四桩基础
-2.250
预埋螺栓紧固
2#
QTZ63
5000×5000×1350
四桩基础
-2.250
预埋螺栓紧固
3#
QTZ63
5000×5000×1350
四桩基础
-12.600
埋节
4#
QTZ63
5000×5000×1350
四桩基础
-1.150
预埋螺栓紧固

图二：FS5510固定基础示意图
根据现场的施工条件，我单位拟使1#、2#、4#塔吊承台基础近建筑物一侧设于围护桩上，并于另一侧补两根桩；3#塔吊位于拟建建筑物内，承台基础补设四根桩；补桩采用钻孔灌注桩，成桩直径700mm，承台以下桩长15m，补桩大样及配筋见图三：补桩大样图。

图三：补桩大样图
注：1、补桩采用钻孔灌注桩，桩身砼强度等级为水下C30；
2、1#、2#塔吊基底标高为-2.250m，4#塔吊基底标高为-1.150m，3#塔吊基底标高为-12.600m。
1#塔机基础平面位置见图四：1#塔式起重机基础平面定位图 ，2#塔机基础平面位置见图五：2#塔式起重机基础平面定位图，3#塔机基础平面位置见图六：3#塔式起重机基础平面定位图 ，4#塔机基础平面位置见图七：4#塔式起重机基础平面定位图 ， 塔机基础剖面示意图见图八、图九：塔式起重机基础剖面图。

图四：1#塔式起重机基础平面定位图

图五：2#塔式起重机基础平面定位图

图六：3#塔式起重机基础平面定位图

图七：4#塔式起重机基础平面定位图

图八：1-1剖面 塔式起重机基础剖面图
注：括号内标注为4#塔吊基础。

图九：2-2剖面 塔式起重机基础剖面图
四、塔式起重机基础施工流程
预埋螺栓紧固塔机（1# 2# 4#）基础：测量定位放线→灌注桩施工→塔基放石灰线→塔基坑土方开挖→凿桩头→测设标高线并打水平桩→100厚C10素砼垫层→安装木模板→基础底钢筋制作安装绑扎→安固定地脚螺栓→基础面钢筋绑扎→浇捣基础同时用经纬仪观测地脚螺栓有无偏移→养护→砌挡土墙→井筒封盖并回填周边土方
埋节塔机（3#）基础：测量定位放线→灌注桩施工→塔基放石灰线→塔基坑土方开挖（基坑护壁）→凿桩头→坑壁四周测设标高线并打水平桩→100厚C10素砼垫层→砌筑基础砖胎模（周边回填处理）→基础底钢筋制作安装绑扎→安放标准节→基础面钢筋绑扎→浇捣基础同时用经纬仪观测标准节有无偏移→养护
部分节点的说明及注意事项如下：
1、基坑开挖：塔吊基础采用大开挖，定出塔机基础位置后按1：2放坡，基础四周留出600mm工作面，待挖至基底标高时，凿出桩顶主筋700长，再人工清理基土后即可在基槽放线，余下10cm土采用人工开挖清槽，基底土层不得扰动，严禁超挖后填土。3#塔吊基础在保证基坑内土方稳定的情况下减小放坡比例，以减少砖胎膜外填方处理，辅以基坑临时支撑可按1:5放坡。
2、地基处理：对塔机基础附近的地下部分应进行钎探，查明地下是否有不实结构（如防空洞、化粪池等）以及地下物质运输管道（如煤气管道、水管等）。做好钎探施工作业记录并存档。
3、塔式起重机基础垫层：采用C15混凝土，结合围护桩平面位置1#、2#、4#塔吊基础垫层具体尺寸为5200×4100×100， 3#塔吊基础垫层具体尺寸为5500×5500×100，垫层在基础垫层上放出基础边线，在边线以外砌筑240厚砖模，砌至1.35米高，无需粉刷。垫层要求平整，水平控制在0.2%以内，垫层强度达到60%后方可进行基础施工。
4、基础模板：1#、2#、4#塔吊基础采用木模板支撑系统，若采用砖胎膜，垫层尺寸应相应增大，施工方法同上条。
5、基础钢筋：采用25钢筋，上下排双层双向，间距为170，上下层钢筋间设14@510拉结筋，拉结筋平行布置，为控制上下保护层，设置25的钢筋马凳，间距1200，基础的钢筋保护层为50mm。
6、3#塔吊穿过基础筏板，为了防止渗漏发生，在标准节立杆上筏板高度范围内设一道止水片，止水片详图十：止水片详图。

图十：止水片详图
7、1#、2#、4#塔机基础预埋四组地脚螺栓，地脚螺栓中心距离为1618，呈四角布置，放置时严格控制尺寸，偏差不大于3mm，地脚螺栓必须是厂家提供的符合强度要求的合格产品。
8、基础采用C30混凝土（掺早强剂），浇筑混凝土及振捣过程中必须随时检测地脚螺栓的位置，如有变化，则随时进行调整，确保位置正确，偏差符合要求。做好砼的养护，留置混凝土试块，检验强度是否符合要求。基础浇筑后表面应平整(±5mm)，有一定坡向以利排水,必要时应在边角处设置集水坑，放置水泵以备抽水。
9、接地装置：塔基避雷针的接地和保护接地采用4×40 mm镀锌扁铁，利用48的钢管预埋至地下（埋深不小于3米），扁铁与钢管及塔身（或预埋节与螺栓）的连接采用焊接。必须在基础混凝土强度达到设计强度的70%以上，并经质量安全部门验收合格后方能安装塔机。
10、1#、2#塔吊基础标高较低，塔吊安装后，为方便四周回填土方及今后拆塔的需要，应在塔机基座四周砌筑挡土墙，挡土墙240厚，采用MU10蒸压灰沙砖M7.5水泥砂浆砌筑，与塔吊标准节的净距离为1000，自基础面砌至自然地面。挡土墙四角设构造柱，断面同墙厚，钢筋采用414，箍筋6@200；同时，在挡土墙的顶部设置圈梁，圈梁同墙厚，高240，配筋同构造柱。
11、塔吊基础及挡土墙完成后，周边应及时回填，井筒应采用5cm厚脚手板封盖。
五、塔式起重机基础计算书
本工程主要使用部位为综合楼主楼的2#、3#塔吊起升高度较高，3#塔吊安装于拟建建筑物底板下，其起升高度最高，但因3#塔吊埋节深度（含埋入塔吊基础及基础筏板）超过2米，稳定性较2#塔吊高。2#塔吊基础一侧设于围护桩上，且高度较高，因此，按2#塔吊计算基础稳定性及设备抗倾覆能力的验算最具代表性。
受力分析： 从塔式起重设备的工作原理进行分析，该生产设备在以下方面对设备的安全使用关系相当重要：设备的基础，设备结构，设备结构的材料，设备的工作性能和操作系统；在计算中重点求出设备基础的稳定性及设备抗倾覆的能力；因该工程的塔吊设备由生产厂家进行安装和施工中的施工材料垂直运输操作，现只对设备基础进行计算，基础类型按四桩基础计算，桩基土层参数取自本工程岩土工程勘察报告。
验算软件：品茗施工安全设施计算软件CSC2010版，版本号V7.0.37.183
一、塔吊的基本参数信息
塔吊型号：QTZ63， 塔吊起升高度H：50.000m，
塔身宽度B：1.6m， 基础埋深D：0.300m，
自重F1：450.8kN， 基础承台厚度Hc：1.350m，
最大起重荷载F2：60kN， 基础承台宽度Bc：5.000m，
桩钢筋级别:HRB335， 桩直径或者方桩边长：0.700m，
桩间距a：3.6m， 承台箍筋间距S：170.000mm，
承台混凝土的保护层厚度：50mm， 承台混凝土强度等级：C30；
二、塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算
塔吊自重（包括压重）F1=450.80kN；
塔吊最大起重荷载F2=60.00kN；
作用于桩基承台顶面的竖向力Fk=F1+F2=510.80kN；
1、塔吊风荷载计算
依据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）中风荷载体型系数：
地处江苏无锡，基本风压为ω0=0.45kN/m2；
查表得：荷载高度变化系数μz=2.03；
挡风系数计算：
φ=[3B+2b+(4B2+b2)1/2]c/(Bb)=[(3×1.6+2×2.5+(4×1.62+2.52)0.5)×0.12]/(1.6×2.5)=0.416；
因为是圆钢，体型系数μs=1.292；
高度z处的风振系数取：βz=1.0；
所以风荷载设计值为：
ω=0.7×βz×μs×μz×ω0=0.7×1.00×1.292×2.03×0.45=0.826kN/m2；
2、塔吊弯矩计算
风荷载对塔吊基础产生的弯矩计算：
Mω=ω×φ×B×H×H×0.5=0.826×0.416×1.6×50×50×0.5=686.825kN·m；
Mkmax＝Me＋Mω＋P×hc＝630＋686.825＋30×1.35＝1357.32kN·m；
三、承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算

1. 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。
Nik=((Fk+Gk)/4)/n±Mykxi/∑xj2±Mxkyi/∑yj2；
其中 n──单桩个数，n=4；
Fk──作用于桩基承台顶面的竖向力标准值，Fk=510.80kN；
Gk──桩基承台的自重标准值：Gk=25×Bc×Bc×Hc=25×5.00×5.00×1.35=843.75kN；
Mxk,Myk──承台底面的弯矩标准值，取1357.32kN·m；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/20.5=2.55m；
Nik──单桩桩顶竖向力标准值；
经计算得到单桩桩顶竖向力标准值
最大压力：Nkmax=(510.80+843.75)/4+1357.32×2.55/(2×2.552)=605.24kN。
最小压力：Nkmin=(510.80+843.75)/4-1357.32×2.55/(2×2.552)=72.03kN。
不需要验算桩的抗拔！
2. 承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.2条。
Mx = ∑Niyi
My = ∑Nixi
其中 Mx,My──计算截面处XY方向的弯矩设计值；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取a/2-B/2=1.00m；
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值，Ni1=1.2×(Nkmax-Gk/4)=473.16kN；
经过计算得到弯矩设计值：Mx=My=2×473.16×1.00=946.33kN·m。
四、承台截面主筋的计算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。
αs = M/(α1fcbh02)
ζ = 1-(1-2αs)1/2
γs = 1-ζ/2
As = M/(γsh0fy)
式中，αl──系数，当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值查表得14.30N/mm2；
ho──承台的计算高度：Hc-50.00=1300.00mm；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=360.00N/mm2；
经过计算得：αs=946.33×106/(1.00×14.30×5000.00×1300.002)=0.008；
ξ =1-(1-2×0.008)0.5=0.008；
γs =1-0.008/2=0.996；
Asx =Asy =946.33×106/(0.996×1300.00×360.00)=2030.05mm2。
由于最小配筋率为0.15%,所以构造最小配筋面积为:
5000.00×1350.00×0.15%=10125.00mm2。
建议配筋值：HRB400钢筋，25@230。承台底面单向根数21根。实际配筋值10308.9mm2。
五、承台截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-2008)的第5.9.9条，承台斜截面受剪承载力满足下面公式：
V≤βhsαftb0h0
其中，b0──承台计算截面处的计算宽度，b0=5000mm；
λ──计算截面的剪跨比，λ=a/h0，此处，a=0.72m；当 λ<0.25时，取λ=0.25；当 λ>3时,取λ=3，得λ=0.554；
βhs──受剪切承载力截面高度影响系数，当h0＜800mm时，取h0=800mm，h0＞2000mm时，取h0=2000mm，其间按内插法取值，βhs=(800/1300)1/4=0.886；
α──承台剪切系数，α=1.75/(0.554+1)=1.126；
0.886×1.126×1.43×5000×1300=9271.843kN≥1.2×605.24=726.288kN；
经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！
六、桩竖向极限承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-2008)的第5.2.1条：
桩的轴向压力设计值中最大值Nk=605.24kN；
单桩竖向极限承载力标准值公式：
Quk=u∑qsikli+qpkAp
u──桩身的周长，u=2.199m；
Ap──桩端面积,Ap=0.385m2；
各土层厚度及阻力标准值如下表:
序号
土厚度(m)
土侧阻力标准值(kPa)
土端阻力标准值(kPa)
抗拔系数
土名称
1
4.15
86.00
0.00
0.80
粘性土
2
3.40
56.00
0.00
0.70
粉土或砂土
3
2.70
38.00
0.00
0.70
粉土或砂土
4
10.00
86.00
3800.00
0.80
粘性土
由于桩的入土深度为15.00m,所以桩端是在第4层土层。
单桩竖向承载力验算: Quk=2.199×1058.4+3800×0.385=3789.955kN；
单桩竖向承载力特征值：R=Ra=Quk/2=3789.955/2=1894.977kN；
Nk=605.24kN≤1.2R=1.2×1894.977=2273.973kN；
桩基竖向承载力满足要求！
七、桩配筋计算
1、桩构造配筋计算
As=πd2/4×0.65%=3.14×7002/4×0.65%=2501mm2；
2、桩抗压钢筋计算
经过计算得到桩顶竖向极限承载力验算满足要求,只需构造配筋！
3、桩受拉钢筋计算
桩不受拉力，不计算这部分配筋，只需构造配筋！
建议配筋值：HRB335钢筋，1714。实际配筋值2616.3 mm2。
依据《建筑桩基设计规范》(JGJ94-2008)，
箍筋采用螺旋式，直径不应小于6mm，间距宜为200~300mm；受水平荷载较大的桩基、承受水平地震作用的桩基以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时，桩顶以下5d范围内箍筋应加密；间距不应大于100mm；当桩身位于液化土层范围内时箍筋应加密；当考虑箍筋受力作用时，箍筋配置应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定；当钢筋笼长度超过4m时，应每隔2m设一道直径不小于12mm的焊接加劲箍筋。

八、结论
据验算，四桩基础5000×5000×1350的砼基础满足QTZ63型塔式起重机的作业要求。

无锡锡山建筑实业有限公司
江苏省电力公司电力职工实训基地
改扩建一期项目土建项目部
2013年6月13日

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