海域條件下淺覆蓋層塔吊基礎設計

高 健

中鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司，黑龍江哈爾濱 150000

我國沿海區(qū)域廣闊，多受臺風干擾，且一年中風力較強月份較多。隨著建筑行業(yè)的不斷擴大發(fā)展，塔吊的使用也越來越頻繁，由于受到不同環(huán)境的影響，需在海域條件下設立塔吊，且滿足抵抗臺風的干擾及在風力較強環(huán)境下橋梁施工需求。

平潭海峽公鐵兩用跨海大橋跨度大，海域環(huán)境復雜，搭設鋼棧橋高度有限，汽車吊、履帶吊無法滿足橋梁施工過程中的重要要求。塔吊的使用已經(jīng)成為必選項目，塔吊基礎的正確選擇不僅能節(jié)約項目經(jīng)費，而且也能為施工提供便利。

1 工程概況

平潭海峽公鐵兩用跨海大橋 （B0～B58） 位于平潭縣穿越山谷，連接大練鄉(xiāng)與蘇澳鎮(zhèn)兩地，水陸交通較不便主體位于東海海域，水位受潮汐影響。下部施工搭設鋼棧橋作為施工平臺，鐵路梁采用雙孔連做造橋機進行節(jié)段梁架設，公路梁采用懸臂現(xiàn)澆法施工。由于鋼棧橋高度有限，汽車吊、履帶吊無法滿足公路連續(xù)梁施工過程中的起重要求，需在海中設立塔吊，以滿足公路梁施工需求。

2 塔吊基礎結(jié)構(gòu)設計

淺覆蓋層區(qū)域鋼管樁不能提供抗拔力，利用鋼管樁群共同抵抗傾覆荷載。鋼管樁端面為與巖層的接觸面為傾覆節(jié)點，再放置配重塊，使鋼管樁只抗壓不抗拉。

抗臺塔吊基礎采用9根Φ720×14mm的鋼管樁，按照正方形的對角線布置，中心1根，兩個對角線各4根，最外側(cè)樁距里側(cè)樁3.5m，里側(cè)樁距中心樁2.5m，樁頂對角線方向由2根雙拼56b工字鋼做主梁，配重分配梁由12根雙拼40b工字鋼組成，鋼管樁之間的平聯(lián)和斜撐由雙拼28b工字鋼組成。

3 基礎計算

3.1 塔吊基礎的材料參數(shù) （見表1）

表1 塔吊基礎材料參數(shù)

3.2 荷載組合

本次驗算選取TC7035B-16型70m臂長塔吊，節(jié)數(shù)為16節(jié)是最不利荷載 （見表2）。計算鋼管樁，使其僅受壓不抗拔，并考慮非工況與工況。

非工況：塔吊處于非工作狀態(tài)，并且承受14級風荷載。

工況：塔吊處于工作狀態(tài)，并且承受8級風荷載。

表2 塔吊基礎荷載

計算主梁及配重分配梁按承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)。

工況1：承載能力極限狀態(tài) （恒載+活載）。

工況2：正常使用極限狀態(tài) （恒載+1.4活載）。

3.3 計算結(jié)果

塔吊基礎計算采用midas Civil有限元分析軟件進行計算，鋼管樁采用梁單元模擬，根部固結(jié)，主梁、配重分配梁采用梁單元模擬，主梁與鋼管樁連接采用節(jié)點連接，主梁與配重分配梁采用節(jié)點連接。

3.3.1 配重塊計算

配重塊由C30的鋼筋混凝土澆筑而成，厚度為0.3m。每塊配重塊重：0.5× （1.642+9.114） ×3.736×0.3×26=313.438kN。3.3.1.1 工況下配重塊計算

鋼管樁的最大壓力為455.5kN，最大拉力為225.7kN，在不加配重塊時有部分樁將抗拔，所以需要加配重塊來平衡鋼管樁的拉拔力。

總拉拔力：222.2+225.7+63.4+41.9=553.2kN，故需要兩塊配重塊來平衡鋼管樁的拉拔力。

當加上配重塊后鋼管樁將不產(chǎn)生拉拔力，全部為壓力，滿足要求。此時的鋼管樁最大應力為151.3MPa＜195MPa，故滿足要求。

3.3.1.2 非工況下配重塊計算

塔吊在非工況荷載下，且不放配重塊時，鋼管樁的最大壓力為473.1kN，最大拉力為303.4kN，及在不加配重塊時有部分樁將抗拔，所以需要加配重塊來平衡鋼管樁的拉拔力。

總拉拔力：222.2+225.7+63.4+41.9=553.2kN，故需要兩塊配重塊來平衡鋼管樁的拉拔力。

將配重塊加載到模型上，通過計算得出鋼管樁的豎向力，當加上配重塊后鋼管樁將不產(chǎn)生拉拔力，全部為壓力，滿足要求。此時的鋼管樁最大應力為154.8MPa＜195MPa，故滿足要求。

綜上所述：為保證塔吊基礎在工況及非工況荷載下只抗壓不抗拔，每側(cè)需要2塊，共需8塊配重塊。

3.3.2 主梁計算

（1） 主梁強度計算。主梁在承載能力極限狀態(tài)下主梁的最大應力為195 MPa≤195MPa，故符合要求。

（2） 主梁變形計算。主梁在正常使用極限狀態(tài)下的最大變形為1.45mm＜L/400=30mm，故符合要求。

3.3.3 分配配重梁計算

（1） 配重梁強度計算。主梁在承載能力極限狀態(tài)下配重梁的最大應力為142MPa≤195MPa，故符合要求。

（2） 配重梁變形計算。配重梁在正常使用極限狀態(tài)下的最大變形為1.45mm＜L/400=8.84mm，故符合要求。

經(jīng)過上述計算：主梁及配重分配梁在承載能力極限狀態(tài)下的強度和正常使用極限狀態(tài)下的變形都滿足要求。

3.3.4 鋼管樁基礎計算

由模型可知鋼管柱基礎所承受的單根樁的最大荷載783kN，故單樁樁頂荷載設計值F=783kN。鋼管樁基礎采用樁長為10m，直徑為0.72m的鋼管樁。

由《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》 （JTG D63—2007）得，αi、αr=1.0；qrk=200kPa。

［Ra］=0.5×[3.14×0.72×1.0× （55×5.3+90×4.7）+1.0×0.722×3.14/4×200]=848.4kN。

故，塔吊基礎鋼管樁承載能力容許值為848.4kN≥783kN，滿足承載能力要求。

4 施工

鋼平臺基礎承臺尺寸8.485m×8.485m×0.56m，主梁采用2I56工字鋼，次梁采用2I40b工字鋼連接。鋼平臺主梁嵌入鋼管樁560mm。剪刀撐采用雙拼28b工字鋼、25槽鋼、20b工字鋼。塔機腳柱與主梁采用焊接方式連接，腳柱之間采用L75×75×7角鋼加固；塔機鋼平臺增加壓重；標準節(jié)與鋼平臺之間設置斜支撐，標準節(jié)安裝抱箍，與斜支撐焊接，使用2I28工字鋼。塔吊基礎底部與剛橫梁采用焊接連接，其焊縫總長度不小于40cm，焊接不足面積出采用加勁板補強，且焊縫角尺寸不的小于6mm。鋼管對接采用全熔透對接焊，剪刀撐與鋼管樁之間連接采用角焊縫，焊縫角尺寸不得小于較薄板的板厚。

淺覆蓋層區(qū)域鋼管樁插打施工時，以振動錘的錘擊力來校核鋼管樁端截面承載力。

5 結(jié)語

這種塔吊基礎解決了淺覆層鋼管樁不能承受拉力的問題，并且滿足的抗強臺風的使用需求，不僅解決了海上施工面臨的諸多的問題，還通過材料的周轉(zhuǎn)使用節(jié)約了成本。

[1] TB 10002.2—2005（2），鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[2] GB 50009—2010，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3] GB 50068—2001，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準[S].

[4] GB 50017—2003，鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

[5] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].