復(fù)雜天然地基條件下塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算分析

王澤厚 （安徽新宇環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆不?合肥 230041）

0 引言

在建筑工程施工過程中，受場(chǎng)地環(huán)境影響，一般情況下塔式起重機(jī)布置在地下室基坑周邊，同時(shí)，受到相鄰建筑物造型及高度影響，造成塔吊吊臂的回轉(zhuǎn)半徑受到制約，實(shí)際情況下，不能充分滿足塔吊使用說明書相關(guān)要求。因此，有必要提前對(duì)塔吊受力進(jìn)行驗(yàn)算、對(duì)塔吊基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能有效保證后期使用過程中的安全性能。

1 工程概況

某項(xiàng)目位于安徽省合肥市巢湖市烔煬鎮(zhèn)，該工程的重要等級(jí)設(shè)為二級(jí)，場(chǎng)地原始地貌和地基土質(zhì)復(fù)雜程度為二級(jí)。根據(jù)合肥市氣象局統(tǒng)計(jì)的歷史天氣數(shù)據(jù)資料，本地區(qū)常年平均溫度為15.9℃，在每年的7～8 月份氣溫達(dá)到最高值。平均年降雨量在990mm 左右，且分布較不均勻。每年約在5～8 月份會(huì)出現(xiàn)集中降雨，常年的平均降雨量在520mm左右，占全年的總降雨量52.5%。

擬建構(gòu)筑物所處的場(chǎng)地各土層的地基承載力特征值fak和壓縮模量Es0.1-0.2可按表1進(jìn)行取值[1]。

表1 擬建場(chǎng)地各層土物理指標(biāo)

參考地質(zhì)地貌情況和巖土體組合等各方面性能指標(biāo)，依照實(shí)際場(chǎng)外鉆孔取樣、土工試驗(yàn)等資料，勘察相應(yīng)深度范圍內(nèi)的地基土體類型及其物理力學(xué)性質(zhì)如下。

①層雜填土：屬高壓縮性欠固結(jié)土，場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，厚度不等，結(jié)構(gòu)狀態(tài)呈松散。工程性能評(píng)價(jià)為“差”，杜絕使用在工程中，建議清除或進(jìn)行地基處理。

②層黏土：場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，硬塑狀態(tài)，承載力較高，工程性能評(píng)價(jià)為“好”，可為擬建多層建筑物及地下室的地基基礎(chǔ)持力層。

③層黏土夾砂礫石：場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，可塑至硬塑狀態(tài)，承載力高，工程性能評(píng)價(jià)為“好”，可為擬建建筑物及地下室的基礎(chǔ)持力層。

④層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，承載力較高，工程性能評(píng)價(jià)為“好”。

⑤層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，承載力高，工程性能評(píng)價(jià)為“好”。

2 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)情況

為保證施工進(jìn)度，根據(jù)本工程建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，計(jì)劃布置一臺(tái)QTZ80（TC6012-6）[2]（1#塔吊）以滿足本項(xiàng)目施工材料和設(shè)備垂直運(yùn)輸?shù)男枰?。塔吊選型如表2所示。

表2 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本信息（單位：m）

1#塔機(jī)型號(hào)QTZ80（TC6012-6），獨(dú)立式最大起升高度為42.0m，根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，塔吊基礎(chǔ)形式尺寸為6.0m×5.8m×1.4m，基礎(chǔ)底標(biāo)高-4.6m，如圖1所示。

圖1 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)尺寸及配筋

本機(jī)塔吊基礎(chǔ)形式采用預(yù)埋螺栓固定式基礎(chǔ)，基本要求如下：本機(jī)械使用的基礎(chǔ)為鋼筋混凝土一次性澆筑完成；基礎(chǔ)下方土質(zhì)要求均勻密實(shí)，開挖至老土找平，地耐力應(yīng)不小于180kN/m2；塔吊基礎(chǔ)混凝土標(biāo)號(hào)不得低于C35，養(yǎng)護(hù)期大于15 天；鋼筋混凝土基礎(chǔ)能夠承受的壓力必須大于30t/m2；鋼筋混凝土基礎(chǔ)完成面的平整度控制在1/1000 以內(nèi)；地腳螺栓的垂直度誤差不大于2mm；每?jī)筛啬_螺栓底部均設(shè)置一根直徑25mm×600mm（2# 塔吊為30mm×1000mm）長(zhǎng)的螺紋鋼在地腳螺栓彎鉤內(nèi)；縱、橫筋和豎筋采用HRB400 20mm鋼筋。

3 塔吊的基礎(chǔ)承受壓力計(jì)算分析

參照《塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T187-2019）相關(guān)要求[3]。

3.1 基本信息

3.1.1 參數(shù)信息

見表3。

表3 塔吊設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1.2 計(jì)算簡(jiǎn)圖

見圖2。

圖2 受力計(jì)算簡(jiǎn)圖

3.2 荷載計(jì)算

3.2.1 塔機(jī)基礎(chǔ)豎向荷載

塔機(jī)正常工作情況下豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值FK=P1=661.5kN；

塔機(jī)停止工作情況下豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值FK=P1=563.5kN；

基礎(chǔ)以及覆土自重標(biāo)準(zhǔn)值Gk=6×5.8×1.4×25=1218kN。

3.2.2 塔機(jī)基礎(chǔ)水平荷載

正常工作情況下塔機(jī)基礎(chǔ)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fkv=P2=28.42kN；

停止工作情況下塔機(jī)基礎(chǔ)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fkv=P2=73.5kN。

3.2.3 傾覆力矩

正常工作情況下，傾覆力矩的參考值為M=1665kN·m；

停止工作情況下，傾覆力矩的參考值為M=2243kN·m。

3.3 基礎(chǔ)承載受力驗(yàn)算

依照《塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》（JGJT 187-2019）的相關(guān)要求。

①正常工作情況下

如果是軸心受力時(shí)，PK=（FK+GK）/BL=（661.5+1218）/（6×5.8）=54.01kN/m2；如果是偏心受力時(shí)，Pkmin=（Fk+Gk）÷A-Mkx÷Wx-Mky÷Wy=（661.5+1218）/（6×5.8）-2×（1665×1.414/2）/27.73=-30.89kN/m2。

由于Pkmin＜0，所以按下文來計(jì)算Pkmax：

?=(Mk+Fkv×h)÷(Fk+Gk)=（1665+28.42×1.4）/（661.5+1218）=0.91m≤0.25B=1.50m，正常工作情況下，其偏心矩滿足要求。

B′=B÷2-?÷=3-0.64=2.36m，L′=L÷2-?÷=2.9-0.64=2.26，B′L′=2.36×2.26=5.33≥0.125BL=4.35，正常工作情況下，B′L′均滿足設(shè)計(jì)要求。

Pkmax=(Fk+Gk)÷3b′l′=（661.5+1218）/（3×2.36×2.26）=117.46kN/m2。

②停止工作的情況下

如果是軸心受力時(shí)，Pk=(Fk+Gk)÷bl=（563.5+1218）/（6×5.8）=51.19kN/m2；如果是偏心受力時(shí)，Pkmax=(Fk+Gk)÷A-Mkx÷Wx-Mky÷Wy=（563.5+1218）/（6×5.8）-2×（2243×1.414/2）/27.73=-63.18kN/m2。

由于Pkmin＜0 所以按下文來計(jì)算Pkmax：

?=(Mk+Fkv×h)÷(Fk+Gk)=（1665+73.5×1.4）/（563.5+1218）=0.99m≤0.25B=1.5m，非工作狀態(tài)偏心矩滿足要求。

B′=B÷2-?÷=3-0.7=2.3m，L′=L÷2-?÷=2.9-0.7=2.2，B′L′=2.3×2.2=5.06≥0.125BL=4.35，停止工作情況下，B′L′均滿足設(shè)計(jì)要求。

Pkmax=(Fk+Gk)÷3b′l′=（563.5+121）/（3×2.3×2.2）=117.35kN/m2。

3.4 地基承載力驗(yàn)算

依照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5007-2011）相關(guān)要求，其計(jì)算公式為：

fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)。

求得修正之后的地基承載力特征數(shù)值fa=309kPa，則實(shí)際可取值fa=309kPa。

當(dāng)軸心受力時(shí)，由于fa＞Pk=54.01kPa，則滿足設(shè)計(jì)要求。

當(dāng)偏心受力時(shí)，由于1.2fa＞Pkmax=117.35kPa，則滿足設(shè)計(jì)要求。

3.5 受沖切承載力驗(yàn)算

依照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5007-2011）相關(guān)要求，其計(jì)算公式為F1≤0.7hpftamho

實(shí)際的沖切承載力為F1=230×4.8=1104kN；允許沖切力設(shè)計(jì)值為0.7×0.97×1.57×3000×1400=4477.32kN＞F1=1104kN。由于實(shí)際的沖切力小于允許沖切力設(shè)計(jì)值，則能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3.6 基礎(chǔ)的配筋驗(yàn)算

依照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 5007-2011）和《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2019）[4]相關(guān)要求。

抗彎計(jì)算，其計(jì)算公式為：

配筋面積計(jì)算，其計(jì)算公式為：

αs=1984.58×106/（1.00×16.70×6×103×（1.4×103）2=0.010105。

η=1-(1-2×0.010105)0.5

=0.010154。

γs=1-0.010154/2=0.994923。

As=1984.58×106/(0.994923×1.4×103×360.00)=3957.75mm2。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋼筋選用直徑為20mm，由于最小配筋率是0.15%，那么計(jì)算的最小配筋面積是6000×1400×0.15%=12600mm2，實(shí)際配筋面積為As0=3142×6=18852mm2＞12600mm2。

通過以上計(jì)算可知，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際配筋面積大于最小配筋面積，則滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目情況，通過理論數(shù)據(jù)驗(yàn)算，有效分析塔吊基礎(chǔ)受力情況。在施工過程中，涉及鋼筋、混凝土等復(fù)雜的專業(yè)工程，必須認(rèn)真對(duì)待設(shè)計(jì)相關(guān)要求及施工質(zhì)量環(huán)節(jié)，加強(qiáng)管控，才能真正做到安全生產(chǎn)管理。