塔吊基础设计排水方案

CHINA STATE CONSTRUCTION ENGRG.CORP.

锦绣香江配套中小学工程 塔吊基础设计排水方案

中 建 二 局

第三建筑工程有限公司

2011年5月20日

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塔 吊 基 础 设计排水 方 案

工程名称：锦绣香江配套中小学

工程地点：广州市番禺区南村镇里仁洞村

施工单位：中建二局第三建筑工程有限公司

编制单位：锦绣香江配套中小学项目部

编 制：

审 核：

审 批：

审批日期： 年 月 日

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一、工程概况

本工程位于广州市番禺区南村镇。工程总用地面积为52755平方米，总建筑面积41794平方米，共包括6栋单体建筑。各单体建筑的概况见下表：

单体名称 中学部行政楼 中学部图书馆 中学部教学实验楼 中学部宿舍和食堂 小学部教学实验楼 中小学体育馆 建筑层数 3 4 5 5/1 5 3 檐口高度 13.9 19.8 21.5 25.3 21.5 25.3 建筑总高度 16.678 22.55 25.028 28.95 25.028 28.29 基础形式 静压桩 静压桩 静压桩 天然基础 天然基础 天然基础 备注 26.3 26.6 26.7 25.7 24.7 24.4 备注一栏中的绝对标高为各栋建筑的±0.00的标高。

各栋单体在拟建场地内的分布情况见总平面图所示。根据施工需要，现计划安装三台QT80型塔式起重机（自由高度46米），其中1#、2#塔吊臂长为60米，3#塔吊臂长为50米，塔式起重机的安装见下图所示：

中学部教学实验楼1#塔吊基础定位平面图

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在进场后，首先安排1#~3#塔吊基础的施工，以便塔吊能够及早投入使用，有利于工程的开展。

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二、塔吊基础形式确定 1、1#塔吊

根据华南理工大学建筑设计研究院勘察有限公司出具的锦绣香江配套中小学岩土勘察报告提供的中学部教学实验楼ZK5和ZK12孔的地质勘查报告，因1#塔吊位于这两个孔的中间部位，因此塔吊基础的地质情况参照这两个孔的地质情况确定。

Zk5在21.36米以上为素填土层，21.36米以下为粉质粘土层；ZK12在21.43米以上为素填土层，20.23米~21.43米之间为细砂层，20.23米以下为粉质粘土层。根据地质勘察报告，粉质粘土层的承载力特征值为190KPa（地质勘查报告第14页），可以作为塔吊基础的持力层，但拟建建筑物的±0.00的标高为26.3~26.7，故塔吊基础采用四桩静压预应力管桩基础，塔吊基础面标高为中学部行政楼±0.00（绝对标高26.3米）。

2、3#塔吊

2#塔吊位于中学部宿舍和食堂ZK31和ZK41之间，故塔吊基础部位的地质情况参照这两个孔的地质情况确定。

ZK41从25.88米以下为砂质粘性土，ZK31自26.52米以下为砂质粘性土，根据地质勘察报告显示，砂质粘性土的承载力特征值为200KPa,可以作为持力层，故基础采用天然基础。2#塔吊基础定位见上图。2#塔吊基础面标高为-4.25米（绝对标高21.45米）。

3、2#塔吊

3#塔吊位于ZK35和ZK39之间，ZK35在28.75米处即为粉质粘土，ZK39在25.98米处即为粉质粘土，可以作为塔吊基础的持力层，故采用天然基础。综合考虑确定3#塔吊基础面标高同体育馆的±0.00（绝对标高24.4米）相同。

塔吊编号 1# 3# 2# 基础面基础形式 标高 桩基础 天然基础 26.3米 21.45米 初始安装高度 36.4米 36.4米 30.8米 覆盖范围 行政楼 图书馆 教学实验楼 食堂和宿舍 小学实验楼 小学实验楼 体育馆 最终安装高度 36.4米 36.4米 30.8米 安装完成后大臂朝向 塔吊大臂的绝对标高 62.7米 南北 东西 南偏东10度 57.8米 55.2米 天然基础 24.4米 说明：2#塔吊的安装高度含地下室部分。

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三、塔吊基础设计

根据地质勘察报告，ZK5的地质情况与1#塔吊基础最接近，因此参考ZK5的地质条件。1#塔基础采用静压高强预应力管桩基础，基础下设4根直径为500mm的C80预应力管桩，桩尖入强风化层内1.5米，初步确定桩长为20~25米长，实际桩长按照现场需要确定，现场据此进行桩基础施工。塔吊基础承台为5000mm×5000mm×1350mm。

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本塔吊基础的±0.00相当于绝对标高的26.3米。

3#塔吊基础面标高与地下室结构底板面标高一致。在塔吊基础施工完成后，回填塔吊基础四周的土方至基础面高度，塔吊基础尺寸为6000mm×6000mm×1350mm。

2#塔吊基础持力层标高为22.95米，基础面标高为24.4米，塔吊基础施工完成后，基础四周的作业面进行回填。塔吊基础尺寸为6000mm×6000mm×1350mm。

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四、塔吊基础排水措施

1）1#塔吊基础离钢筋加工场相对位置比较近，在塔吊四周砌筑300×400的明沟，再与钢筋制作房，成品材料堆场周围的排水沟连成一起，最后排入市政管网，3#塔吊基础由于在建筑物外侧，础顶标高和筏板顶标高一致，位置相对于正负零比较底，故采用在基础中心位置预留一个300×300×400（深）的集水坑，在用水泵把集水坑中的水排入基坑顶四周的明沟。如下图：

2）2#塔吊基础在中小学体育馆与教学楼之间，塔吊基础面标高24.4m在四周砌筑300×300的明沟，排水坡度0.5%,排入基坑顶明沟，经沉砂池过滤后，排入市政雨水管。

五、塔吊基础设计计算书

6.1 1#塔吊桩基础结构计算书

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2009)。 （1）参数信息

塔吊型号：QTZ80（TC6013A-6） 塔机自重标准值：Fk1=340.70kN 起重荷载标准值：Fqk=60.00kN 塔吊最大起重力矩：M=9.00kN.m 塔吊计算高度：H=36.4m 塔身宽度：B=2.00m

非工作状态下塔身弯矩：M1=-411.94kN.m 桩混凝土等级：C80

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承台混凝土等级：C35 保护层厚度：50mm 矩形承台边长：5.0m 承台厚度：Hc=1.350m 承台箍筋间距：S=200mm 承台钢筋级别：HRB335 承台顶面埋深：D=0.000m 桩直径：d=0.500m 桩间距：a=4.000m 桩钢筋级别：HPB235 桩入土深度：20.00m 桩型与工艺：预制桩 桩空心直径：0.250m 计算简图如下：

（2）荷载计算 1）自重荷载及起重荷载 ○1塔机自重标准值 Fk1=340.7kN

○2基础以及覆土自重标准值 Gk=5×5×1.35×25=843.75kN

承台受浮力：Flk=5×5×0.85×10=212.5kN ○3起重荷载标准值 Fqk=60kN

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2）风荷载计算

○1工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值 塔机所受风均布线荷载标准值 (Wo=0.2kN/m2)

=0.8×1.59×1.95×1.2558×0.2=0.62kN/m2

=1.2×0.62×0.35×2=0.52kN/m 塔机所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qsk×H=0.52×36.20=18.94kN 基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×18.94×36.40=344.71kN.m

○2非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值 塔机所受风均布线荷载标准值 (本地区 Wo=0.50kN/m2)

=0.8×1.65×1.95×1.2558×0.50=1.62kN/m2

=1.2×1.62×0.35×2.00=1.36kN/m 塔机所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qsk×H=1.36×36.40=49.504kN 基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×49.504×36.40=900.97kN.m 3）塔机的倾覆力矩

工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值 Mk=-411.94+0.9×(9+342.88)=755.25kN.m 非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值 Mk=-411.94+900.97=4.03kN.m （3）桩竖向力计算 非工作状态下：

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Qk=(Fk+Gk)/n=(340.7+843.75)/4=296.11kN Qkmax=(Fk+Gk)/n+(Mk+Fvk×h)/L

=(340.7+843.75)/4+(477.60+49.504×1.35)/5.66=392.30kN Qkmin=(Fk+Gk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L

=(340.7+843.75-212.5)/4-(477.60+49.504×1.35)/5.66=146.82kN 工作状态下：

Qk=(Fk+Gk+Fqk)/n=(340.7+843.75+60)/4=311.11kN Qkmax=(Fk+Gk+Fqk)/n+(Mk+Fvk×h)/L

=(340.7+843.75+60)/4+(755.25+18.94×1.35)/5.66=449.16kN Qkmin=(Fk+Gk+Fqk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L

=(340.7+843.75+60-212.5)/4-(755.25+18.94×1.35)/5.66=119.94kN （4）承台受弯计算 1）荷载计算

不计承台自重及其上土重，第i桩的竖向力反力设计值： 工作状态下：

最大压力 Ni=1.35×(Fk+Fqk)/n+1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×(340.7+60)/4+1.35×(755.25+18.94×1.35)/5.66=321.61kN 最大拔力 Ni=1.35×(Fk+Fqk)/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×(340.7+60)/4-1.35×(755.25+18.94×1.35)/5.66=-51.13kN 非工作状态下：

最大压力 Ni=1.35×Fk/n+1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×340.7/4+1.35×(477.60+49.504×1.35)/5.66=244.85kN 最大拔力 Ni=1.35×Fk/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×340.7/4-1.35×(477.60+49.504×1.35)/5.66=-14.87kN

2）弯矩的计算依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》第6.4.2条

其中 Mx,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)； xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；

Ni──不计承台自重及其上土重，第i桩的竖向反力设计值(kN)。

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由于工作状态下，承台正弯矩最大： Mx=My=2×321.61×1.00=3.21kN.m 承台最大负弯矩:

Mx=My=2×-51.13×1.00=-102.27kN.m 3）配筋计算

根据《混凝土结构设计规程》GB50010-2002第7.2.1条

式中 1──系数，当混凝土强度不超过C50时，1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，

1取为0.94,期间按线性内插法确定； fc──混凝土抗压强度设计值； h0──承台的计算高度；

fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300N/mm2。 底部配筋计算：

s=3.21×106/(1.000×16.700×5000.000×13002)=0.0046 =1-(1-2×0.0046)0.5=0.0046 s=1-0.0046/2=0.9977

As=3.21×106/(0.9977×1300.0×300.0)=1653.0mm2 顶部配筋计算：

s=102.27×106/(1.000×16.700×5000.000×13002)=0.0007 =1-(1-2×0.0007)0.5=0.0007 s=1-0.0007/2=0.9977

As=102.27×106/(0.9996×1300.0×300.0)=262.3mm2 （5）承台剪切计算 最大剪力设计值： Vmax=321.61kN

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)的第7.5.7条。 我们考虑承台配置箍筋的情况，斜截面受剪承载力满足下面公式：

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式中 ──计算截面的剪跨比,=1.500

ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，ft=1.570N/mm2； b──承台的计算宽度，b=5000mm；

h0──承台计算截面处的计算高度，h0=1300mm； fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300N/mm2； S──箍筋的间距，S=200mm。

经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋! （6）承台受冲切验算

角桩轴线位于塔机塔身柱的冲切破坏锥体以内，且承台高度符合构造要求，故可不进行承台角桩冲切承载力验算

（7）桩身承载力验算

桩身承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-2008)的第5.8.2条 根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1.35×449.16=606.37kN

桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：

其中 c──基桩成桩工艺系数，取0.85

fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=35.9N/mm2； Aps──桩身截面面积，Aps=147262mm2。 经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求

由于桩的最小配筋率为0.45%，计算得最小配筋面积为663mm2 综上所述，全部纵向钢筋面积663mm2 （8）桩竖向承载力验算

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2009)的第6.3.3和6.3.4条

轴心竖向力作用下，Qk=311.11kN；偏向竖向力作用下，Qkmax=449.16kN.m

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桩基竖向承载力必须满足以下两式：

单桩竖向承载力特征值按下式计算：

其中 Ra──单桩竖向承载力特征值；

qsik──第i层岩石的桩侧阻力特征值；按下表取值； qpa──桩端端阻力特征值，按下表取值； u──桩身的周长，u=1.57m； Ap──桩端面积,取Ap=0.20m2； li──第i层土层的厚度,取值如下表； 厚度及侧阻力标准值表如下：

序号 土层厚度(m) 侧阻力特征值(kPa) 端阻力特征值(kPa) 土名称 1 4.8 10 0 粘性土 2 8.9 35 1000 粉土或砂土 3 3.9 35 1000 粉土或砂土 4 4.4 40 1900 密实粉土 5 6 70 2500 密实粉土 由于桩的入土深度为20m,所以桩端是在第4层土层。 最大压力验算：

Ra=1.57×(4.8×10+8.9×35+3.9×35+2.4×40)+1900×0.20=1302.98kN 由于: Ra = 1302.98 > Qk = 311.11,所以满足要求! 由于: 1.2Ra = 1563.57 > Qkmax = 449.16,所以满足要求!

6.2 2#、3#塔吊天然基础计算书

因3#塔吊的安装高度低于2#塔吊，因此在计算时以2#塔吊为计算模型，计算结果适用于3#塔吊。

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2009)。

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（1）参数信息

塔吊型号：QTZ80（TC6013A-6） 自重(包括压重)：F1=350.70kN 最大起重荷载：F2=60.00kN 最大起重力距：M=9.00kN.m 塔吊起重高度：H=36.4m 塔身宽度：B=2.00m

非工作状态塔身弯矩：-411.94kN.m 混凝土强度等级：C35 钢筋级别：HRB335

地基承载力特征值：190.00kPa 承台宽度：Bc=6.00m 承台厚度：h=1.35m 基础埋深：D=0.00m 计算简图：

（2）荷载计算 1）自重荷载及起重荷载 ○1塔机自重标准值 Fk1=350.7kN

○2基础以及覆土自重标准值 Gk=6×6×1.35×25=1215kN

承台受浮力：Flk=6×6×0.85×10=306kN ○3起重荷载标准值

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Fqk=60kN 2）风荷载计算

○1工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值 塔机所受风均布线荷载标准值 (Wo=0.2kN/m2)

=0.8×1.59×1.95×1.31×0.2=0.65kN/m2

=1.2×0.65×.35×2=0.55kN/m 塔机所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qsk×H=0.55×42=22.93kN 基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×22.93×42=481.47kN.m

○2非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值 塔机所受风均布线荷载标准值 (本地区 Wo=0.50kN/m2)

=0.8×1.65×1.95×1.31×.5=1.69kN/m2

=1.2×1.69×.35×2=1.42kN/m 塔机所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qsk×H=1.42×42=59.48kN 基础顶面风荷载产生的力矩标准值 Msk=0.5Fvk×H=0.5×59.48×42=1249.10kN 3）塔机的倾覆力矩

工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值 Mk=-411.94+0.9×(9+481.47)=879.98kN.m 非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值 Mk=-411.94+1249.10=837.16kN.m 三. 地基承载力计算

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依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2009)第4.1.3条承载力计算。

塔机工作状态下： 当轴心荷载作用时：

=(350.7+60+909)/(6×6)=36.66kN/m2 当偏心荷载作用时：

=(350.7+60+909)/(6×6)-2×(879.98×1.414/2)/36.00 =2.09kN/m2

由于 Pkmin≥0 所以按下式计算Pkmax：

=(350.7+60+909)/(6×6)+2×(879.98×1.414/2)/36.00 =71.22kN/m2 塔机非工作状态下： 当轴心荷载作用时：

=(350.7+909)/(6×6)=43.49kN/m2 当偏心荷载作用时：

=(350.7+909)/(6×6)-2×(837.16×1.414/2)/36.00 =2.11kN/m2

由于 Pkmin≥0 所以按下式计算Pkmax：

=(350.7+909)/(6×6)+2×(837.16×1.414/2)/36.00 =67.87kN/m2

（4）地基基础承载力验算

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地基基础承载力特征值计算依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002第5.2.3条。

计算公式如下：

其中 fa──修正后的地基承载力特征值(kN/m2)； fak──地基承载力特征值，取0.00kN/m2； b──基础宽度地基承载力修正系数，取0.00； d──基础埋深地基承载力修正系数，取0.00； ──基础底面以下土的重度，取20.00kN/m3； γm──基础底面以上土的重度，取20.00kN/m3； b──基础底面宽度，取6.00m； d──基础埋深度,取0.00m。

解得修正后的地基承载力特征值 fa=0.00kPa 实际计算取的地基承载力特征值为:fa=190.00kPa

轴心荷载作用：由于 fa≥Pk=36.66kPa 所以满足要求！ 偏心荷载作用：由于1.2×fa≥Pkmax=71.22kPa 所以满足要求！ （5）承台配筋计算

依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002第8.2.7条。 1）抗弯计算，计算公式如下：

式中 a1──截面I-I至基底边缘的距离，取 a1=2.00m； a'──截面I-I在基底的投影长度,取 a'=2.00m。 P──截面I-I处的基底反力；

工作状态下：

P=(6-2.00)×(71.22-2.09)/6+2.09=48.18kN/m2；

M=2.002×[(2×6+2)×(1.35×71.22+1.35×48.18-2×1.35×909.00/62)

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+(1.35×71.22-1.35×48.18)×6]/12 =496.30kN.m 非工作状态下：

P=(6-2.00)×(67.87-2.11)/6+2.11=45.95kN/m2；

M=2.002×[(2×6+2)×(1.35×67.87+1.35×45.95-2×1.35×909/62) +(1.35×67.87-1.35×45.95)×6]/12 =452.13kN.m

2）配筋面积计算公式如下：

依据《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002

式中 1──系数，当混凝土强度不超过C50时，1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，

1取为0.94,期间按线性内插法确定； fc──混凝土抗压强度设计值； h0──承台的计算高度。

经过计算得 s=496.30×106/(1.00×16.70×6.00×103×13002)=0.003 =1-(1-2×0.003)0.5=0.003 s=1-0.003/2=0.999

As=496.30×106/(0.999×1300×300.00)=1274.42mm2。 六. 地基变形计算

规范规定：当地基主要受力层的承载力特征值(fak)不小于130kPa或小于130kPa但有地区经验，且黏性土

的状态不低于可塑（液性指数IL不大于0.75）、砂土的密实度不低于稍密时，可不进行塔机基础的天然地基变形验算，其他塔机基础的天然地基均应进行变形验算。

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