塔吊桩基础的设计

塔吊桩基础的设计
【摘要】塔吊基础关系到塔吊的使用安全，在考虑塔吊基础时，应认真对待。

当遇到软弱地基时，仅仅考虑增大基础面积是很危险的，比如一块重物放在豆腐上，一旦倾斜特别是塔吊，后果将不堪设想。

本文仅将某市项目上的一个实例来说明如何设计塔吊的桩基础。

【关键词】桩承载力基础厚度力学性能指标持力层
1．工程概况
某市住宅小区四期工程位于某市某路路东，东侧临河浜，地下水位较浅。

地基承载力较差。

±0.00相当于黄海标高3.80m。

该小区21幢房屋均为砖混7层房屋，房屋建筑总高19.80m。

地基物理力学性质指标：
①填土；灰褐色，松散，层厚0.30-2.70m，暗塘处最深2.70m，平均层厚0.57m，层底平均黄海标高2.82m。

②粉质粘土：承载力特征值建议值70kpa；黄色、黄灰色，软塑，层厚
0.3-1.3m,平均层厚0.63米,层底平均黄海标高2.28m。

承载力特征值建议值70kpa;
③淤泥质粉质粘土与粉砂互层，灰色，具千层饼结构，互层厚度一般为: 1cm-20cm之间；粉砂呈松散饱和状态；淤泥质粉质粘土呈流塑状态，干强度低，韧性低，局部夹粉土，该层层厚，3.7-13.0m，平均层厚9.48m，层底平均黄海标高－7.26m。

承载力特征值建议值55kpa;
④粉细砂夹薄层淤泥质粉质粘土，灰色，粉砂呈稍密+,饱和状态，有微弱光泽反映，摇振反应中等，干强度低，韧性低；局部夹粉土，含云母片，该层层厚1.50-8.80m，平均层厚4.60m,层底平均黄海标高－11.96m。

承载力特征值建议值110kpa;
⑤层粉砂夹淤泥质粉质粘土，灰色，：承载力特征值建议值100kpa。

由于塔吊基础顶面埋深为-1.50m（黄海标高 2.1m）,加上基础厚度，塔吊基础将坐落于③层土上，该层地基承载力差，土层厚，因此需要重新考虑塔吊基础处理。

其中103＃、104＃房中间采用QTZ25型号塔吊；基础位于勘探断面6-6’;7-7’
105＃、106＃房中间采用QTZ40B1型号塔吊。

基础位于勘探断面10-10’;11-11’。

房屋基础采用PHC400（90）－C80型号管桩，桩的极限承载力为210t。

有关地质勘测报告附后
物理力学性质指标统计表
2．塔吊选型
根据楼房大小及需用情况，现场塔吊选用QTZ40,QTZ40A,QTZ40B1、QTZ30、QTZ25型等型号。

塔吊技术参数：（附后）
地基承载力不小于100kpa。

3．荷载
以QTZ40为例：
F v=280 KN
Fg=350 KN
M=611 KN·M
F h=60 KN
QTZ40塔吊基础：
QTZ40塔吊基础
QTZ40A ：塔吊自重26t;最大起重量4t;
塔吊基础自重：(5.7×1×1.2+6×1×1.2+0.5×0.88×0.44×4×1.2)×2.4＝14.9×2.4=35.8t=35.8×9.8=350 KN
固定式基础验算
固定式塔式起重机使用的混凝土基础的设计应满足抗倾翻稳定性和强度条件。

4.1混凝土基础抗倾翻稳定性按下式验算： e=
3
h v g M F h b
F F +•≤+
QTZ40塔： e=
28060 1.2
3.415
0.558m
1.139280350
33
h v g M F h b F F +•+⨯====++m OK! (基础边长系按照基础立方数折成方形面积计算的，实际情况比这有利)
4.2地面压应力按下面公式计算：
2()
[]3B B Fv Fg p p bl
+=
≤ 式中：e---偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离m ； M---作用在基础上的弯矩，KN ·M ； Fv —作用在基础上的垂直荷载，KN, Fh —作用在基础上的水平荷载，KN, Fg —混凝土基础的重力，KN, P B ----地面计算压应力，KPa ；
【P B 】----地面许用压应力，由实地勘探和基础处理情况确定，一般取【P B 】＝200－300 KPa ； 验算：QTZ40塔验算：
2()2(280350)
107[]5533 3.416(3.41620.558)
B B Fv Fg p KPa p KPa bl ++=
===⨯⨯÷- 不满足要求!
由于不满足地基承载力的要求,需要重新设计：
假定1：基础5000×5000×1200 则基础自重：750KN 基础边长b=5m; e=
28060 1.2
5
0.342m
1.667280750
33
h v g M F h b m F F +•+⨯====++ 2()2(280750)
63.6[]55335(2.50.342)
B B Fv Fg p KPa p KPa bl ++=
===⨯⨯-不满足要求！ 假定2：基础6000×6000×1200
则基础自重：1080 KN 基础边长b=6m;
e=
28060 1.2
6
0.259m
22801080
33
h v g M F h b m F F +•+⨯====++ 2()2(2801080)
55[]55336(30.259)
B B Fv Fg p KPa p KPa bl ++=
====⨯⨯- OK!（考虑垫层每侧大100mm,基本满足要求）
但是，虽然通过加大基础面积，使承载力基本满足要求了，但是，由于塔吊荷载属于动荷载，结合临近房屋塔吊基础情况（小区临近3层房屋打39m 长桩5根），还是认为应该加强基础承载能力，采用工程桩类型一致的桩基础（主要是考虑桩制作方便）。

假定3：打桩（采用PHC400（90）－C80管桩）－本项目工程桩型号 测算桩的长度：仅从进入持力层的角度考虑：
住宅小区四期塔吊基础打桩最小长度
桩距：3480（45°线方向） 则单桩最大竖向承载力为： P max =
61160 1.2280350
3543.4822 3.4822
M Fh h Fv Fg KN +•++⨯++=+=⨯⨯ 桩距2461mm （水平线方向） 则单桩最大竖向承载力为： P=
61160 1.2280350
138.8157.5296.32 2.461222 2.46122
M Fh h Fv Fg KN +•++⨯++=+=+=⨯⨯⨯⨯
根据现场工程桩打桩结果，12米管桩进入④层土1.5m 以上,承载力大于460KN 。

桩基承载力按照地基向摩阻力计算承载力：
每米桩长桩接触土壤面积：A=π×0.4=1.26m 2 侧向摩阻力承载力：
塔吊基础顶面计划设计在标高－0.30m 处（考虑塔吊的独立高度和群塔作业），塔吊基础厚1.2m 。

桩顶标高位于－1.50m （黄海高程2.1m ）。

由于②层土底标高在2.28m,基本上可以不考虑，③层土厚9.5m ，④层土厚4.60m,层底标高约－15.50m 。

若打12米桩，则桩的承载力为：
P=22×1.26×9.5＋30×1.26×2.5=263+95=358KN> P MAX =354KN OK ！但安全系数小些。

如果选用15米长的桩，则P=22×1.26×9.5+30×1.26×5.5=263+208=471KN > PMAX=354KN
OK ！安全系数k=471/354=1.33
由此认为，打15米桩，使桩进入持力层④层土1.5m 以上，虽然靠桩自身的承载力安全系数不高，如再考虑地基本身的承载力，我们认为此方
案可保证塔吊安全。

4．实践证明：塔吊基础使用安全。

经过主体结构施工的检验，本工程塔吊使用，没出现其他异常情况。

和临近房屋塔吊基础相比，单塔基础节约桩长24×5＝120米，节约资金12000元；总计节约14.4万元。