混凝土灌注高桩承台塔基的研究与应用

....混凝土灌注高桩承台塔基的研究与应用郑宏（天津二建建筑工程有限公司邮编300141联系电话26293359）[摘要]本文重点介绍了大面积地下工程塔吊承台基础设立的研究与应用情况。[关键词]混凝土灌注桩、基槽内、塔基、研究应用一、基槽内立塔的意义当今随着建筑用地日趋紧张，建筑空间不断向高空和地下发展已成为必然趋势。人们不难发现，各新建高层建筑周边及各建筑之间的地下空间已逐步被连成整体的大面积地下车库、地下人防、设备用房等地下工程所占据，此建筑形式的出现对于缓解地面用地空间的压力，改善建筑功能和人们的生活居住环境具有明显的效果，但同时也给建筑施工中塔式起重机的设置带来了一定的难度：1、面对上述建筑形式的工程，如按常规将塔吊设在基槽边缘，大面积的地下工程作业面将无法有效覆盖，地下工程施工进度将非常缓慢。更主要的是，往往因塔吊与主楼水平距离过大，导致塔吊无法与主楼正常附着而影响主体施工。2、如待地下工程完成后再将塔吊立在临近主楼的地下室顶板上，一是地下工程施工困难进度缓慢，二是地下室顶板结构的承载能力一般不能满足承受塔吊荷载的要求，还需在楼板下加设竖向支撑，也具有一定的技术难度和安全风险。因此，在基坑开挖前即在槽心内立塔方案往往成为唯一可选择的施工技术途径。他不仅解决了地下工程施工期间的水平及垂直运输问题，加快了施工进度，而且由于塔吊位置选择余地较大，便于主楼施工中塔吊附着杆件的安装。二、基槽内塔吊基础的常用形式及其利弊槽心立塔虽已出现多年，但无外乎以下几种形式，并各有利弊：1、钢平台塔基钢平台塔基出现较早，属高架基础形式。施工顺序为：施工混凝土灌注桩时上端预埋钢格构柱→格构柱上焊接钢平台→立塔→基坑分步开挖→随开挖随焊钢斜撑此方法用钢量大，费用高，钢平台与塔身的连接技术难度较大，近年已基本无人采用。2、混凝土钢管高桩塔基混凝土钢管高桩塔基属高架基础形式。施工顺序：施工混凝土灌注桩时上端预埋钢管柱→钢管柱上端焊接桩帽→下钢筋笼→预埋塔身地脚→浇筑混凝土→立塔→随基坑开挖随焊钢斜撑混凝土钢管高桩塔基安全度较高，但用钢量大，工序多费用高，后期拆除难度大。....3、深埋桩承台塔基此方案的思路是：在正式工程开槽前，将塔基深埋在地下室底板以下提前立塔。塔基灌注桩施工→塔基开槽→塔基承台施工→立塔该方法虽看似工序简单，但塔基基坑太深，在软土高水位地区施工十分困难，甚至单为塔基基坑开挖而进行边坡支护，可操作性不强。三、混凝土灌注高桩承台塔基的分析应用基于以上各种槽心立塔方案的利弊分析，为了选择更加理想的槽心立塔基础形式，我单位在真理道经济适用房高层建筑工程施工中，自行研究设计了混凝土灌注高桩承台塔吊基础，并经过实际检验，证明该方法施工简便、经济安全、技术可行。1、工程概况：该工程为高层剪力墙结构建筑群，地上26～32层，地下整体车库一层，局部设备间二层，底板下皮标高-7.1m。为在地下工程施工中利用塔吊进行水平及垂直运输，就必须在地下室房心内开槽前立塔。2、混凝土灌注高桩承台塔基构造：该塔基利用φ600混凝土灌注桩作为支撑桩，为尽量减少塔基占地面积同时又能有效地抵抗塔吊倾覆力矩，支撑桩中心距取为2800㎜，上托4000×4000厚度1400㎜钢筋混凝土承台。为便于塔吊的安拆及混凝土承台的后期拆除，承台底标高位于地下室顶板以上，支撑桩暴露在槽底以上高度6250㎜。为保证高桩承台的整体稳定性，灌注桩施工时提前在钢筋笼上预埋封闭铁箍，作为桩与斜向钢支撑的连接点。随基坑开挖随在各桩间加焊斜向钢支撑。3、混凝土灌注高桩承台塔基受力状态：塔基灌注桩伸入槽底以下部分与土体结合获得桩侧摩阻力及桩端阻力，用以承担塔吊的自重以及倾覆力矩。当前端的桩受到压力时，后端的桩则受到拉力。随着塔吊的转动，桩的受力状态也相应的在受压与受拉之间转换。灌注桩在槽底以上悬臂部分除起到对承台的支撑作用以外，还要抵抗塔吊转动时产生的水平扭矩，以及风荷载作用所产生的水平推力。因此在桩之间加焊斜向钢支撑，使悬臂部分形成三角形几何不变的空间结构体系，来保证高桩承台的整体稳定性。承台是高桩与塔身之间的转换层，它不仅将塔吊的自重、倾覆力矩、水平力、扭矩传递给灌注桩，它还起到连结桩身并对塔身起到锚固作用。因此它是水平受弯、竖向受剪切构件。4、真理道经济适用房工程塔吊高桩承台基础图如下：....φ12＠400真理道经济适用房工程地块塔吊高桩基础图注：、×450φ600封闭铁箍用钢筋头焊在灌注桩预制钢筋笼上，并与钢筋笼同心，不得偏移.、桩间角钢斜撑四面均设，必须随开挖随向下加焊斜撑。3、斜撑与结点板连接用贴角焊缝满焊，焊缝厚度不小于8mm，每侧焊缝长度不小于1204、桩及承台砼强度等级5、塔身直埋节由塔吊专业人员负责埋设，确保精度。φ600砼灌注桩——主筋φ通长螺旋筋φ8＠200×450封闭铁箍φ600结点板×400×200φ600砼灌注桩×450铁箍φ600砼灌注桩桩甩筋长度连接板双根80×8角钢承台平面地下室顶板φ25＠200双向φ25＠200双向塔身直埋节5、混凝土灌注高桩承台塔吊基础桩受力计算塔吊技术参数：塔吊型号FH6018,自由高度状态下塔吊自重800kN,塔吊最大倾覆力矩2600kN-m.承台技术参数：承台边长4000×4000㎜，厚度1400㎜，混凝土强度等级C35。桩技术参数：桩直径600，桩中心距2800，混凝土强度等级C35。桩悬臂部分高度6250㎜，不参加承载力计算。利用施工计算专业软件计算报表如下：....FH60186008002.82600996.504-316.501.416.906001③1-11.2040.02③24.5034.03③3-11.4045.04④3.1048.05⑤1-11.7058.06⑤25.0058.0227128-1368.4890.01611011996.50(kN)1001.20(kN)≥996.50合格-316.50(kN)-1057.42(kN)≥-316.50合格-1368.48≥-316.50合格四桩承台塔吊基础桩受力计算工程名称真理道甲1号经济适用房B地块塔吊基础受力计算基础承台边长B(m)单桩受到压力N压=0.25F+6.25B2h+0.707M/C=桩身有效长度H(m)承台厚度h(m)1001.20-1057.42单桩承载力计算结果单桩受到压力N压（kN）桩身直径D（mm）单桩受到拉力N拉（kN）承台埋深（m）桩中心距C(m)塔吊型号自由高度塔吊自重F(kN)塔吊倾覆力矩M(kN-M)桩周地质情况序号土层编号厚度hi(m)桩侧摩阻力qsik(kPa)桩端阻力qpk(kPa)500抗拔承载力设计值NL(kN)抗压承载力设计值Na(kN)桩直径D(mm)桩筋抗拔强度验算桩筋直径d(mm)桩筋根数n（根）桩筋抗拔力P（kN）配筋率验算桩甩筋抗拔力P=0.075d2πn=单桩抗拔承载力NL=(πD∑qsik×hi+6.25πD2H)/1.65=单桩抗压承载力Na=(πD∑qsik×hi+qpkπD2/4)/1.65=单桩受到拉力N拉=0.25F+6.25B2h－0.707M/C=计算结果显示6、施工效果在施工进度方面，塔基桩与工程桩采用同一工艺同时施工，不增加任何施工难度，施工简便快捷，几乎不增加工期。而相邻的某施工单位采用深埋桩承台塔基方案，在深槽泥水中作业十分困难，致使开槽时间比我们拖延了20天。在塔基安全方面，在基坑开挖过程中，桩间焊斜支撑及时跟进，确保了塔基整体稳定。无论是在塔吊自由高度状态下还是在主体施工附着状态下，未出现任何异常现象。6、相邻结构的处理（1）地下室底板：底板施工时在塔基桩穿越部位留出4×4米方洞，施工缝甩筋处理与其它混凝土后浇带相同，方洞下的底板混凝土垫层加厚至200㎜，面层做聚胺脂防水。待主体工程竣工塔基拆除后，将桩头剔除至底板以下200㎜，清理方洞施工缝，补好垫层及防水层，将底板钢筋焊接整齐，浇筑膨胀混凝土。....（2）地下室顶板：顶板施工时在塔基桩穿越部位留出4×4米方洞，施工缝甩筋处理与其它混凝土后浇带相同，塔基拆除后将方洞补齐。四、对比分析混凝土灌注高桩承台塔吊基础与深埋桩承台塔基、钢平台塔基及钢管高桩塔基相比：1、虽加大了灌注桩悬臂长度部分的费用，但节省了为施工深埋桩承台塔基而先行支护、开挖基坑、降水的施工工期及费用。2、最主要的是承台在地表施工，大大降低了施工难度，加快了施工进度，施工质量易于保证。3、混凝土灌注高桩用钢量小，造价明显低于相同高度的钢结构。4、混凝土灌注高桩承台塔吊基础采用常规施工工艺，施工难度小，质量易于保证，施工简便快捷。5、从后期塔基拆除的难度来讲，混凝土灌注高桩比钢管混凝土桩简单。6、从基桩的安全度来讲，钢管混凝土桩无疑要优于混凝土灌注桩，但计算表明混凝土灌注桩的承载力已满足安全要求，过大的安全储备是没有必要的。综上所述：混凝土灌注高桩承台塔吊基础与其它基槽立塔基础形式相比，造价低，施工简便，占用工期短，优势明显。如能大量应用，必然带来可观的经济效益和社会效益，因此应大力提倡推广。