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混凝土预制拼装多用塔机基础的设计与施工 D e s i g n a n d C o n s t r u c t i o n o f P r e c a s t C o n c r e t e As s e mb l e d Mu lt i P u r p o s e T o we r C r a n e F o u n d a t i o n 李军 马华普 孙玉霞 中建二局第三建筑工程有限公司 北京 1 0 0 0 7 0 摘要 ：混凝土预制拼装 多用塔机基础是 国内拥有 自主知识产权 的新型塔机 基础 ，其 构件 之间采用高强预应力柔性连接 技术 ，具有较高的社会效益 、环境效益和经济效益 ，2 0 0 7 年获国家级星火计划项 目，已在全国多个省份推 广应用。结 合广汉市西南城一期项 目的工程实践，探讨混凝土预制拼装多用塔机基础的设计与应用。 关键词：混凝土 预制拼装 塔机基础 预应力柔性连接 中图分类号：T U 6 1 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 3 ) 1 0 - 0 9 4 6 0 3 1 原理与概述 混凝土预制拼装多用塔机基础 ( 图1) 是将传统的十 字梁基础、方形基础、方形与十字梁组合基础及墩式基 础 ，通过平面优化分块 ，由工厂化预制成多块组合体 ，再 经组合拼装，形成一个八角风车形的整体基础。该基础的 整体连接采用分散高强低松弛预应力钢绞线张拉 ，使整个 基础为全预应力结构。在基础梁上对应不同型号的塔机， 预埋相应 的脚螺栓孔，用递交螺栓与塔机基础节连接 ：在 作者简介：李 军 ( 1 9 6 2 - )，男 本科，高级工程师羞 通讯地址：北京市丰台区海鹰路6 号院3 o 号楼 ( o o 臼 7 o )。 收稿 日期 2 0 1 3 = 0 8 - 1 3 基础上再增加 中间配重件及边缘抗倾覆扭转配重件 ，其应 用范围主要为多栋低层建筑。 件 图1 混凝土预制拼装多用塔机基础 指标权重 =(1 5，1 5，1 5，1 5，1 5) 。按式 ( 1 1) 得该砂土的可搅拌性综合测度分布为 ： 0 ，0 0 9 ， 0 31 ，0 2，0 4 。 取置信J 妾 I = O 5 0 。由置信度准则判别本砂土层的可搅 拌性级别为 V，属搅拌性极差 的砂 土层。根据文献 ，在 实际施工时，钻机钻到该层时不易进尺 ，常伴有 “ 跳钻 ” 现象，可以推断其搅拌性极差。 5 结语 我国经济发展和社会进步 ，对岩土工程施工不断提出 新挑战、新课题 ，推动了施工设备制造业的大发展 ，新设 备、新工艺层 出不穷，岩土工程理论研究也在不断得到丰 t 目0 本文旨在抛砖引玉 ，希望岩土工程界的同行们重视岩 土体 的可搅拌性问题研究，为丰富岩土工程 的理论研究和 推动岩土工程施工实践的发展作出应有的贡献。 9 4 6 l 建 筑 施 工第 3 5 卷第 1 0 期 1 曹洪洋， 边亚东地l下工程围岩质量分级的属性数学方法 J 建筑科学 ， 2 0 1 2 ( 5 ) ： 2 6 - 2 9 程乾生 属性识别理论模型及应用【 J 】 北京大学学报： 自 然科学版， 1 9 9 7 f 1 ) ： 1 2 - 2 0 3 冯玉国 灰色优化理论模型在地下工程围岩稳定性分类中的应用【 J J 岩土工程学报， 1 9 9 6 ( 3 ) ：6 2 - 6 6 【4 J 郑美田， 陈乐求， 王日国 洞室围岩质量多因素模糊综合评价模型及应 用【J 地质与勘探， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 1 0 1 1 0 4 f5 刘贵应， 陈建平， 魏新颜， 等 人 工神经网络在隧道 围岩稳 定性识 别中的应用 J 地质科技情报， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 9 5 9 8 【6 黄建光 改进的钻孔灌注桩施工技术在铁板砂地层中 应用 J 1 石家 庄铁道学院学报： 自 然科学版， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 1 1 0 1 1 2 7 黄祥志，余成学基 于可拓理论的围岩稳定分类方法的研究 J 岩土力 学， 2 0 0 6 ( 1 0 ) ：1 8 0 0 1 8 0 4 8 周占 山某教学楼改造地基基础方案的 优选J 勘察科学 技术， 2 0 1 3 ( 1 ) ： 3 9 - 4 2 2 工程概 况 西南城一期项 目位于广汉市经济开 发区 内，是 由西 南城控股有 限公 司开发的大型商业集群 ，总建筑面积约 4 O万m ，包含联排商铺、风情商业街、多层配套商业、立 体停车楼、小高层办公楼等多种 类型的建筑 ，单体工程数 量众多，超过7 0栋。该工程的主要建筑特点是建筑物高度 较低 ，单体工程多，同时根据施工合同要求 ，本工程采取 分区、分片开工的方式施工。 根据上述特点 ，在项 目策划时考虑使用混凝土预制拼 装多用塔机基础 ，在场内进行多次周转使用 ，以节约工期 及降低成本。 3 塔基安装施工工艺 3 1 安装塔基的技术参数 ( a)塔基安装位置6 5 m x6 5 m，基础尺寸6 0 m x 6 0 m，地基承载力 0 1 2 MP a，基坑深度0 71 O m。 根 据 本工 程地 勘 报告 ，土 质情 况 良好 ，地 基承 载 力 为 0 1 6 0 2 4 MP a ，满足施工要求。 ( b) 垫层 混凝土强度C 2 0 ，厚度不小于1 O 0 mm，垫 层平整度 及高度 差均不大于4 mm，表面均匀摊铺厚2 3 c m细砂。 ( c)现场道路满 足4 0 t 、长1 4 m吊车达到塔基垫层 0 5 m以内 ；在距塔基安装位置2 0 m内有三相3 8 0 v电源 ， 满足3 k W电机使用。 3 2 塔基的安装 ( a ) 做好正式安装前的一切准备工作，对已经过培训 确认能完成安装任务的人 员进行技术交底 ，并提 出安装 的 技术和质量要求。 ( b)在经过验收的垫层上铺厚23 c m细砂 ，用刮尺 将细砂刮平，并在上面弹好十字轴线和各构件的位置线。 ( c )吊装工艺 ：吊装中心件 ( 即标注的0 件 ) 对准弹 好的中心轴放好一按顺序 吊装1 件 ( 4件 ) 分4个方向对应 O 件组合好一再按顺序 吊装2 件 ( 4件 ) 对应1 件组合好一 吊配重压在 四角 ( 8件 ) 一 穿钢绞线、上锚具、张拉达到 设计值 ，张拉结束后钢绞线抹油一 吊装配重件一 拼装地脚 螺栓。 ( d) 检查各构件的连接缝隙是否达到要求。 ( e) 做 好钢绞线 的防腐工作 ，如固定端 的密封和 张 拉端的保护封闭等。 ( f)质量要求：各构件连接缝隙为O，达到无缝隙配 合 ，地脚螺栓水平距离允许偏差2 mm，钢绞线张拉值允许 偏差 2 k N，塔基四周砌筑挡土墙并预留排水洞 口。 4 预制拼装塔机基础验算 4 1 作用在预制塔机基础上的荷载及其荷载效应组合 预制塔机基础验算各受力取值如下 ： + 6 k ( 1) Mk = -Ml t+ F h l t ， 1 ( 2) 式中： 塔机作用在基础顶面上的垂直荷载标； 隹值 ； 6 预 制塔 机 基 础 自重 及 配 重 的标 ； 隹值 ，取 4 0 0 k N； M L预制塔机基础作用在其基础底面上的弯矩标 准值 ： M 塔 机 作 用 在 基 础 上 的 弯 矩 标 ； 隹值 ，取 6 0 0 k N m ： F v t_ 一 塔式起重机作用在基础顶面上的垂直荷载标 ； 隹值 ，取3 5 0 k N F h 卜塔机作用在基础顶面上的水平荷载标准值， 取4 Ok N： n 预制塔机基础梁截面高度 ，取7 5 0 mm。 则 ：F v k b = 7 5 0 k N，Mk b = 6 3 0 k N m。 预制塔机基础抗倾覆验算时应采用荷载基本组合设计 值。倾覆力矩与抗倾覆力矩按下式计算 ： M贴= 0 9 o F v k ( 3) M d = 1 4 lMlt + 1 0 F h k t h ( 4) 广 二 o = 半 ( + b 。 ) ( 5 ) 式中：M 预 制塔机基础抵抗倾覆的力矩值 ( k N m)； M 塔式起重机作用在基础上的倾覆力矩值 ( k N m )： 0 预制塔机基础最小的抗倾覆力臂 ( m m )； 6 厂基础端件的宽度 ，取1 9 0 0 mm； f _ 一 预制塔机基础底面的长度，取6 3 0 0 mm。 则 ： o = 2 8 9 9 1 4 mm，M； t b =1 9 5 6 9 2 k N m，M = 8 7 0 k N m 。 预制塔机基础进行截面承载力计算时 ，垂直荷载设计 值和弯矩设计值按下式计算： F v = 1 3 5 F v k ( 6) M= I 4 Mlc t + 1 0 F h k t ， ， ( 7 ) 式中：F 塔式起重机作用在基础顶面上的垂直荷载设 计值 ( k N) ； M塔式起重机作用在基础底面上的弯矩设计值 ( k N m )。 则 ：F v = 4 7 2 5 0 k N，M= 8 7 0 k N m。 4 2 预制塔机基础验算 4 2 1 抗倾覆及地基承载力验算 混凝土基础的抗倾覆稳定性公式：e b= ， ，代入验算得 e= = 一o 8 4， = 2 0 1 3 1 0 B u il d i n g C 。 n s t r u c t i 。 n I 9 4 7 6 3 ： 1 4 8 ，满足上述公式 e b 要求， 混 凝土抗侧覆稳定验算合格。并且计算得到P 。 = 8 0 7 4 k P a ， 小于地基承载力1 9 2 k P a ，因此地基承载力满足要求。 4 2 2 预制塔机基础 抗倾覆稳定性验算 抗倾覆稳定性应符合 tb 瓦M st b，计算得 到 M s t b 2 2 5， b = 2 2 ，满足公式 t b MM ds l s t b要求。 4 2 3 倒T 形预制件受拉翼缘 受力钢筋验算 根据塔 机基础说 明书及安 装检测报告 ，其倒T 形预 制 梁下部 配制 1 4根 1 6 mm三级钢 筋 ，其抗 拉强度 为 1 2 9 8 k N m，远大于基础设计最大弯矩。 4 2 4 地脚 螺栓 强度验算 级c 1 5 ；基础尺寸为4 5 m4 5 r n x 1 2 m，混凝土强度等 级C 3 5，；配筋双层双向 2 0 mm1 5 0 mm ( H R B 3 3 5)， 拉筋 8 mm1 5 0 mm1 5 0 mm ( H P B 2 3 5)。每个现浇 混凝 土塔 吊基础费用包括材料费 1 7 2 5 8 2 1元与人 工费 3 7 8 3 2 5元。而塔吊基础拆 除费用为每个2 6 0 4 1 4 8元 ， 而每 个活动式塔 吊的费用为8 5 0 0元 ，节约成 本总计 ： ( 2 60 4 1 4 8 - 8 5 0 0)4 = 7 0 1 6 5 9 2元。 此外 ，混凝土预制拼装多用塔机基础 ，实现 了工厂 化、标准化流水线生产，拼装完成后可立即装机使用。采 用了扩展基础技术，可使混凝土预制拼装多用塔机基础适 应于地基承载力8 O一1 0 0 k P a 的软弱地基 ，一台基础可适用 于Q T z 6 3 以下多种型号不 同承载力的塔机 ，采用模块化拼 装，基础的利用率达1 0 0 ，省工、省时、节能、环保。 地 脚 撇 按 孚 鸺 计 辅u 7 西 南 城 一 舡程 中的实践 可 慌 旱 ， r地 脚 螺 往 拉 Y 3设 计 僵 N=96 25 kN ， 满 足 公 式 竽 F y 的 要 求 。 4 2 5 预应力钢 绞线验算 预应力钢绞线截面强度按 M m a x ，Ap = n 计 算 。 通 过 计 算 得 出 预 应 力 钢 绞 线 的 截 面 面 积 为 5 0 2 6 5 5 mm2 ,满足公式 的要求。 5塔机基础 的拆卸 当塔机结构全部拆卸完毕之后 ，方可进行塔机基础的 拆卸。清除基础上的砂石或其他杂物 ，使基础裸露在表面 的固定端、张拉端留有工作空间 ，然后把张拉端的封闭保 护套筒拆下后用千斤顶进行退张 ，使钢绞线完全卸荷。当 钢绞线全部卸荷之后 ，从固定端把钢绞线抽出，单根卷成 直径大于1 5 m的圆盘 ，用铁丝绑牢 ，涂油入库。其他配件 ( 如承压圈、锚环锚片、防护套筒 、活垫板及地脚螺栓、 垫圈等 )清点数 目，清理上油入库 ，以备再用。构件分解 顺序与安装安全相反 ，不可颠倒。构件装车运走之后 ，对 基坑 回填 ，恢复原来地貌 ，至此塔机基础拆除工作全部结 束 。 6 经济效益 以本工程B 1 区8栋楼 为例进行说 明。B 1 区含8栋楼 ， 全 部 为排铺 ，3层 ，框 架结 构 ，最高 的建筑 总高度 为 1 2 8 5 m。根据工程需要选用4台Q T Z 4 2 1 0 型塔吊，塔 吊基 础采用国家专利技术的活动式塔 吊基础 ，使用周期为3个 月 。 按照常规混凝 土基础做 法 ，基础 垫层混凝土强度等 9 4 8 I 建 筑 施 工第 3 5 卷第 1 o 期 凝 土预制拼 装多用塔机基础对现场地基承载力的要求较 低 ，预制块利用工厂化生产保证了质量要求，采用预制件 拼装 的方式 ，从根本上消除了现场生产的湿作业，大大提 升了安装速度。在工地现场利用无粘结预应力钢绞线将其 组合 ，实现了无缝连接 ，螺栓定位精确 ，将基础和塔机 紧 密相连 ，实现了共同工作。现场安装时整块拼接，没有噪 声和 扬尘 ，便于 现场组织 。塔基可重复使用 ，节约项 目 成本，在符合其使用条件的建筑集群内使用 ，经济效益更 佳。 1 岳晨晚 从卫民 混凝土预制拼装多用塔机基础的技术研究 J 】 建 筑科学，2 0 0 5 ( 5 ) ： 9 6 9 9 2 岳晨曦， 丛卫民 混凝土预制拼装多用塔机基础底面形状的优化 J 建筑技术开发， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 3 1 5 3 】王军平 预制拼装塔机基础在工程中的应用 J 山西建筑， 2 0 1 2 ( 1 0 ) ： 26 2 2 63 【 4 刘淑英 混凝土预制拼装塔机基础的应用 J 山西建筑， 2 0 1 2 ( 3 6 ) ： 8 0 8 1 5 夏傻钱邱益 成军 塔式起重机固定基础的重复利用 J 施工技术， 2 0 0 1 ( 2 ) ：3 6 3 7 6 袁士达， 赵林塔式起重机塔身下部设置斜撑利弊浅析 J 建筑安全 2 0 0 1 ( 5 ) ：2 0 2 2 7 叶哲人， 罗 大方塔吊 基础的设计、 施工方案J 】 建筑安垒2 0 0 1 ( 1 0 ) ： 3 7 - 3 9 8 何学功， 冯功斌， 孙刚 塔机十字形基础力学分析及抗倾翻稳定性 计算 J 建筑机械， 2 0 0 1 ( 1 ) ：2 7 3 0 ， 4 【 9 冷连富， 李斌搭 式起重机基础的力学状态及形式的研究 J 】 _ 建筑 机械 ， 1 9 9 9 ( 5 ) ： 5 0 5 2 1 o 朱森林塔式起重机基础的设计计算 建筑机械， 1 9 9 7 ( 6 ) ： 2 8 - 3 2