塔吊基础计算

1．基础
1．1 固定式基础
现在不少塔式起重机生产厂提供的说明书中，对基础的地耐力要求很高，不现实，笔者认为只要符合GB／T 13752中抗倾翻稳定性和地面压应力的要求即可，如图1。

1．1．1 混凝土基础的抗倾翻稳定性
1．1．2 地面压应力
式中：e —偏心距，即地面反力的合
力至基础中心的距离，m；
M —作用在基础上的弯距，N•m；
Fv —作用在基础上的垂直载荷，N；
Fh —作用在基础上的水平载荷，N；
Fg —混凝土基础的重力，N；
pB —地面计算压应力，Pa；
[pB] —地面许用压应力，由工程地质勘探和基础处理情况确定，Pa；
b —混凝土基础的截面尺寸，m；
h —混凝土基础的厚度（高度），m；
M、Fv、Fh、Fg均可在塔式起重机说明书中找到。

1． 2 钻孔灌注桩基础
有时，地面许用压应力很低或塔式起重机安装的
地理位置太小，不能使用占地面积较大的固定式基础，
此时使用钻孔灌注桩是一种很好的解决问题的方法。

在计算时，水平力和扭矩可以略去不计，主要考虑
塔式起重机的重力Fv和倾翻力矩M，如图2。

每根钻孔灌注桩的轴向力：
式中：n —桩的根数；
X —每根桩到基础（塔机）中心的距离，m；1．2．1 轴向承压验算
根据经验公式和地质勘探资料：
Pa=πdΣLi•f i+A•Rj＞N压 (6)
式中：Pa —桩的轴向受压允许承载能力，N；
d —桩的直径，m；
Li —桩的入土范围第i层的厚度，m；
f i —桩的入土范围第i层的允许摩擦阻力，N／㎡；
A —桩的横截面积，㎡；
Rj —桩的底端土的允许端承载力，N／㎡；1．2．2 抗拔验算
根据经验公式：
N=λπdΣLi•f i+0.9Gs＞N拉 (7)
式中：λ—抗拔允许摩阻力与受压摩阻力比例系数；Gs —桩的自重，N；（地下水位以下取浮容重）2．附墙
在施工过程中，很多情况塔
式起重机的附墙杆件需要加长，
随机的附墙杆件不能使用，因此
附墙杆件必须重新计算。

2．1 公式推导
如图 3 ，根据EJy″=M得
EJy″
式中：E —弹性模量；
J —截面惯性矩；
q —附墙杆件单位长度自重；
P —轴向力。

解（8）式得：
y＂
很显然杆件中点C，即当时，杆件的弯矩最大，挠度最大。

式中 F —杆件截面积；
W —截面抗弯模量。

2．2 方程（8）是考虑自重时的平面曲杆微分方程，当P接近临界压力时，杆件失稳。

2．3 在q、P共同作用下，变形是非线性的。

2．4 当λ＞130时，建议在计算长附墙杆件时要考虑自重，笔者曾经计算当λ=140时的长附墙杆件，考虑自重与不考虑自重，Mc误差23．2%，误差8．5%。

3．结束语
塔式起重机的基础与附墙如处理不好，后果不堪设想，因此在制定方案时必须谨慎从事，马虎不得。

QT40塔吊受力情况
型式与工况
载荷Q T40A Q T40
工作工况非工作工况工作工况非工作工况
混凝
土基
础载
荷垂直P(kN) 296.82 264.49 282.61 250.28
水平H(KN) 17.717 68.691 15.789 60.192
倾覆My(KN•m) 872.112 1471.65 783.2 1090.07
扭矩Mz(KN•m) 27.079 0 27.079 0
QT40A塔吊安装高度36米，臂长40米。

QT40塔吊安装高度31米，臂长40米。

独立固定式。

常见的有2个方法，1是将塔吊基底的面积括大，意思就是（给你计算过程）A=原底面积*160/200 *1.05（安全系数）
2是加强基底的承载力，主要有2种方法：采用强夯，使局部的承载力达到要求还有就是打桩法：就是用方木制成1米长的木桩，按每平方米不少于12根打入地下，在木桩上施工塔吊基础
就你的情况看，建议采用第一种，安全，经济，快捷
QTZ40型塔吊基础剖面图适用于地基承载力≥200kPa情况但根据该项目岩土工程勘察报告，拟设置塔吊处的地基承载能力仅为75kPa。

因此，需要对基础进行重新设计。

根据该塔吊使用手册上提供的数据，塔吊工作期间承受的上部荷载为：竖向力280KN，竖向倾履力矩611kN.M，水平力60.5kN，水平扭矩98.6kN.M，如下图所示： QTZ40型塔吊基础所受的上部荷载对此情况进行基础重新设计，有两种方案，一是加大基础与地基的接触面积，由于该方案施工速度较快，且施工方便，一般情况下会优先考虑。

二是对地基进行强化处理，一般采用桩基础方案。

为方便施工，本处先采用加大基础截面的方案进行试算，原塔吊基础方案中塔吊基础的中心距结构边缘4M，根据该塔吊使用手册，基础边缘距结构应留有不小于300㎜。

为方便使用原塔吊厂家提供的附墙，拟采用的方案基础中心距结构边缘也采用4M，先按7M×7M×1M的钢筋混凝土基础计算方形基础方案的可行性
当无法满足塔机生产厂提供的基础图中对地耐力的要求时需对地基进行加固处理，常用的方法如下：
1）地基处理。

可采取夯实法、换土垫层法。

排水固结法、振密挤密法、置换及拌人法等。

不同的方法对土类、施工设备、技术有不同的要求，成本不一。

最常用的是换土垫层法，其成本较低，但仅局限于地基软弱层较薄的地区。

2）桩基加固。

成本较高，但处理效果较好，适用于浅层土质不能满足塔机基础对地基承载力的要求而又不适宜采用地基处理方法时，特别适用于现场地下水位较高的情况。

3）合理利用建筑物的永久设施。

在便于安装。

拆卸塔机的前提下，充分借助建筑物的基础、底板、顶板等构筑物，把塔机基础与之有机结合起来。

此种方案成本低，比较理想，但因对构筑物增加了荷载，应慎重采用需经计算决定是否对其加固处理，并应征得建筑物设计部门的许可。

4）加大塔机基础底面积，不再对地基进行加固处理。

由于加大塔机基础时受塔机安装位置的限制，此方案仅适用于现场地耐力与基础图中所要求的地耐力值相差不大时的情况。

加大塔机基础时其内部配筋需重新设计计算。

软弱地基塔吊综合加固方法
工程往往因地基勘察或结构设计失误、施工中地基处理或桩基质量失控、盲目施工等原因导致荷载超出地基基础或结构本身的承受能力，从而产生严重的安全隐患甚至发生事故。

本文所要介绍的是塔吊基础未经桩基施工，而将塔吊直接安装在钢筋混凝土基础平台，从而导致塔吊垂直度出现异常的加固处理方法。

一、塔吊倾斜的原因分析
太仓港区海关监管大楼，是一座主楼带裙房的框剪结构，主楼二十层含一层地下室，裙房四层含一层地下室，裙房布置在主楼南、西、北三侧。

根据建筑布置及建筑高度，本工程在主楼南侧离入口4米处布置塔吊基础，塔身将穿过裙房楼层，最终顶升高度为95米。

由于之前已考虑到塔吊基础的下卧地基为淤泥质土（设计承载力为50KPA），故将承台扩大到5米×5米×1.4米，承台中间再增设一道φ20@200钢筋，埋深3.4米，其下还打入5米的松木桩。

根据计算，承台本身的承载力和抗剪力完全符合塔吊本身使用要求，但忽略了地基承载能力，故在安装7节塔吊节并使用近一个月后，其垂直度向南偏7.5厘米，向东偏
6.8厘米，超过了规范要求，为此必须进行加固，以清除隐患。

二、加固方案的选用
地基基础的加固应遵循“安全适用，经济合理，技术先进”的原则，同时还应考虑加固时施工的难易程度。

常用的方法有扩大基础底面积法，其适用范围为刚性基础或扩展基础。

锚杆静压桩法，其适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土和人工填土等地基土上。

树根桩法，一般适用于淤泥质土、非粘土、粉土、砂土及人工填土等地基土上，作为基础加固或基坑边坡稳定加固之用。

注浆加固法，一般适用于砂土、粉土、粘土、粘性土和人工填土等地基加固。

本工程塔吊基础下卧地基为软弱地基，属淤泥质土，若要用注浆法，会因为注浆质量难于控制而影响加固效果。

同样采用树根法，由于工序多，施工工期将难以预计而影响整个施工进度，故采用扩大基础底面积方法。

本工程通过在原基础增设厚80厘米每边宽1米的新基础，将使底面积扩大70%，从而大大降低单位面积地基荷载。

在此基础上，通过预留孔处打入锚杆桩。

进一步提高基础荷载的抗载能力，从而使塔吊基础得到有效加改善。

三、加固方案实施
1.采用沙包堆载进行塔身纠偏，加载第一天为500千克，而后每天递增250千克，直至2吨为止，并按监测数据进行调整。

2.在原塔吊基础四周，挖宽1.2米深与原基础垫层同标高的基槽。

浇垫层和砖胎模，使基槽净宽达1米，当遇到工程桩承台
时，留100毫米间距即可，并将原砼接触面凿毛并洗刷干净。

3.钻两排植筋孔，深度大于15d，排距200毫米，上下孔位要确保钢筋保护层厚度。

为增加结合部位抗剪效果，在新基础侧
面中间再均布二道长15d深植筋孔。

4.待孔内尘土用高压气冲净后，孔壁均匀涂抹一层胶液，并将与原基础钢筋同规格的φ20螺钢粘上专用胶进行植筋。

上下二
排分布筋预留长近1000毫米，中间二排预留长为15d.当抗拔试验合格后，再绑扎双层双向φ20@150的配筋。

5.安装桩基预埋螺栓M25×400，立锚杆桩预留孔模板。

预留孔模板上口每边净宽300毫米，下口每边净宽450毫米，为拆
模方便，每块模板中间锯开，在立模时用钉子钉牢。

预留孔共计8只，其布置尽量使受力均衡。

6.浇C30砼。

坍落度控制在120±20毫米，振捣时注意保护预留孔模板。

砼面至少二次抹面，待12h或1.2Mpa后拆模并养
护。

7.砼强度达到设计值75%以上后，再安装锚杆桩机，并固定机身。

8.压入第一节锚杆桩，焊接接桩，再压入第二节锚杆桩，依次类推，直至入桩长度和承载力符合设计要求。

9.压桩完毕后，压桩孔内用C30微膨胀早强砼浇筑密实，封桩孔再用2φ16钢筋交叉焊于锚杆上，并在桩孔顶面以上浇150
毫米的桩帽。

四、施工要点
1.必须先进行纠偏，纠偏可采用沙包堆载，重量应逐渐加大。

2.基础新旧砼结合面是基础抗剪的薄弱部位，为使此部位砼结合良好，必须对旧砼面进行凿毛处理，同时剔除松动石子并冲
洗干净。

砼浇筑时，此处捣浇必须密实。

3.植筋质量是确保钢筋骨架整体受力的关键，由于采用常规植筋方式往往造成抗拔力不足，为此待钢筋穿过后应再用胶枪高
压注入，来确保胶液饱满密实。

4.在锚杆桩施工时，必须严格控制压桩力不得大于该加固部位的结构自重，同时做到压桩次序对称进行，入时速度缓慢匀速，
一次成桩减少中途停歇时间，若通过四角沉降观察发现有异常，应加大自重荷载，调整施工方案。

5.在加固过程中，塔吊应停止作业，并进行基础沉降、塔身垂直度的监测。

在加固后使用过程中，尚需加大监测频次，发现
异常及时采取措施。