塔吊基础设计(单桩)

一、工程概况：

某工程位于梅县府前大道西侧，框剪结构，地下1层，地上17层，其中A、B、C栋建筑面积地上28259.60M2，地下4888.76M2，地下室层高4.2米，建筑标高60.5米，首层层高4.8米，2层层高4.2米，3～17层层高3米，梯间4.5米。D栋总建筑面积12319.4m2（地上面积10846.4m2，地下室面积为1473m2），地上14层，地下一层，建筑高度49.75m，地下室层高4.2m，首层5.4m，2～3层层高3.6m，4～13层层高3.35m，14层层高3.45m。由兴建，勘察，设计、监理、公司承建。

工程采用钻孔灌注桩，地下室底板为-4.2米（标高77.1米）。

塔吊位置在1-28～1-29/1-N～1-M轴之间。

二、地质状况

依据广东宏图建筑设计有限公司提供的《岩土工程勘察报告》，在场地勘探深度内地层分布如下：

第1层人工素填土层：杂色，由粘土、少量碎石组成，层厚约0.80米～3.2米。

第2层耕土层：灰色，湿，松软、可塑，粉质粘土；埋深标高77.46米～79.1米，层厚约0.5米～0.9米。

第3层淤泥质粉质粘土：灰色，软塑。标高77.4米～78.86米，层厚0.5米～3.1米。

第4层粉质粘土层：褐黄色、暗黄色，湿，可塑。埋深标高75.6米～79.05米，层厚1.0米～6.0米，埋深和厚度变化较大，地基承载力特征值fak=155kPa。

第5层淤泥质粘土层：灰色，饱和，软塑，含较多腐殖质。埋深标高72.95米～74.96米，层厚1.0米～2.5米，地基承载力特征值fak=50kPa。

第6层细中砂层：褐黄色，灰白色，饱和，稍密。不均匀，含粘土。埋深标高71.3米～76.8米，层厚0.6米～2.5米，埋深和厚度变化较大，地基承载力特征值fak=86.8kPa。

第7层中粗砂层：褐黄色，饱和，稍密。不均匀，含少量粘土、少量砾石、卵石。埋深标高71.6米～76.1米，层厚1米～3米，地基承载力特征值fak=180kPa。

第8层卵石层：褐黄色，饱和，中密。亚圆，不均匀，卵石含50%左右，粒径2～4cm居多，埋深标高70米～74.4米，层厚1.6米～6.1米，地基承载力特征值fak=400kPa。

第9层白垩系强风化泥岩：紫红色、棕红色，埋深标高67.6米～69.96米，层厚0.9米～17.2米，地基承载力特征值fak=500kPa。

第10层白垩系中风化泥岩：紫红色，埋深标高51.9米～67.6米，层厚0.6米～23.73米，埋深和厚度变化较大，岩石饱和单轴抗压强度标准值建议采用frk=4.0MPa。

第11层白垩系中风化泥质砂岩：灰紫、紫红色，埋深标高52.08米～61.96米，层厚2.3米～8.51米，岩石饱和单轴抗压强度标准值，建议采用frk=4.0MPa。

第12层白垩系中风化粉砂质泥岩：棕红色、紫红色，埋深标高47.98米～67米，层厚2.82米～21.9米，埋深和厚度变化较大。岩石饱和单轴抗压强度标准值，建议采用frk=6.0MPa。

三、地下水概况：

根据《岩土工程勘察报告》所知，上部人工填土，含水量少，属上层滞水，主要受大气降水的影响，含水量与季节有关。耕作土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、淤泥质粘土为弱透水层，水赋存于其孔隙间。细中砂、中粗砂层、卵石层，含水量丰富，透水性，涌水量大，属孔隙型潜水，微承压。稳定水位为78.26m～79.1m。场地地下水环境类型属Ⅱ类。

四、编制依据

1、施工图纸；、

2、《岩土工程勘察报告》；

3、机械设备有限公司提供的TC6013-6塔式起重机说明书；

4、建设工程施工安全辅助设计系统2012  V4.00；

五、塔吊基础设计(单桩)计算书

1.计算参数

（1）基本参数

采用1台QTZ80塔式起重机，塔身尺寸1.70m,基坑开挖深度-4.20m；现场地面标高0.00m,承台面标高-4.20m；采用钻（冲）孔基础，地下水位-5.30m。

（2）计算参数

1）塔机基础受力情况

比较桩基础塔机的工作状态和非工作状态的受力情况，塔机基础按工作状态计算如图

Fk=684.50kN，Fh=22.80kN，M=2152.00+22.8×1.25=2180.50kN.m

Fk‘=684.50×1.35=924.08kN，Fh，=22.80×1.35=30.78kN

Mk=(2152.00+22.8×1.25)×1.35=2943.68kN.m

2）桩顶以下岩土力学资料

基础桩采用1根φ1400钻（冲）孔灌注桩，桩顶标高-5.45m，桩端不设扩大头，桩端入卵石 4.70m；桩混凝土等级C30，fC=14.30N/mm2 ,EC=3.00×104N/mm2；ft=1.43N/mm2，桩长13.10m；钢筋HRB335,fy=300.00N/mm2 ,Es=2.00×105N/mm2

承台尺寸长(a)=5.50m、宽(b)=5.50m、高(h)=1.35m；桩中心与承台中心重合,承台面标高-4.20m；承台混凝土等级C35,ft=1.57N/mm2,fC=16.70N/mm2,γ砼=25kN/m3。

Gk=abhγ砼=5.50×5.50×1.35×25=1020.94kN

2.桩顶作用效应计算

（1）轴心竖向力作用下：Nk=(Fk＋Gk)/n=(684.50+1020.94)/1=1705.44kN 

（2）水平力作用下：Hik=Fh /n=22.80/1=22.80kN

3.桩基竖向承载力验算

（1）单桩竖向极限承载力标准值计算

hr=4.70m,d=1.40m=1400mm,hr/d=4.70/1.40=3.36,查表得，ζr=1.01

Ap=πd2/4=3.14×1.96/4=1.54m2    

Qsk=u∑qsiki =πd∑qsiai=3.14×1.40×1092.40=4802.19kN

Qrk=ζrfrkAp=1.01×400×1.54=622.16kN，Quk=Qsk+Qsk=4802.19+622.16=5424.35kN

Ra=1/KQuk=1/2×5424.35=2712.18kN

4.桩基竖向承载力计算

轴心竖向力作用下

    Nk=1705.44kN＜Ra=2712.18kN,竖向承载力满足要求。

5.桩基水平承载力验算

（1）单桩水平承载力特征值计算

αE=Es/Ec=2.00×105/3.00×104=6.67,γm=2,ζN=0.50

ρg=0.2+(2000-1400)/(2000-300)×(0.65-0.2)=0.36%

Wo=πd/32[d2＋2(ES/EC－1)ρgd02]

=3.14×1.40/32×(1.402+2×(6.67-1)×0.36%×(1.40-2×0.10)2)=0.28m3

Io=Wod/2=0.28×1.40/2=0.19m4

EI=0.85ECIo=0.85×3.00×107×0.19=4845000kN.m2

查表得:m=35.00×103kN/m4 ， bo =0.9(d+1)=2.16m

α=(mbo/ECI)0.2=(35.00×1000×2.16/4845000)0.2=0.44

αL=0.44×13.10=5.70＞4，按αL=4 查表得: Vm=0.768

Nk=(Fk’＋1.2Gk)/n=(924.08+1.2×1020.94)/1=2149.21kN    

An=πd2/4[1＋(Es/Ec-1)Pg]=1.54×(1+5.67×0.36%)=1.57m2

RHa=(0.75×αγmftW0/Vm)(1.25+22ρg)(1+ζNN1k/γmftAn)

=(0.75×0.44×2×1.43×1000×0.28／0.768)

×(1.25 + 22×0.36/100)×[1 + 0.50×2149.21/(2×1.43×1000×1.57)]=109.56kN

(2)桩基水平承载力

Hik=22.80kN＜Rha=109.56kN,水平承载力满足要求。

6.抗拔桩基承载力验算

（1）抗拔极限承载力标准值计算

Tgk=1/nu1ΣλiqsikLi=1.40×4×710.58=3979.25kN

Tuk=ΣλiqsikuiLi=710.58×3.14×1.40=3123.71kN

(2)抗拔承载力计算

Ggp=5.50×5.50×13.00×(18.80-10)/1=3460.60kN

Gp=3.14×0.7×0.7×13.10×(25-10)=302.33kN

Tgk/2+Ggp=3979.25/2+3460.60=5450.23kN，Tuk/2+Gp=3123.71/2+302.33=18.19kN

7.抗倾覆验算

bi=5.50/2=2.75m

倾覆力矩M倾=M＋Fhh=2152.00+22.80×(4.20-4.20)=2152.00kN.m

抗倾覆力矩M抗=（Fk＋Gk）bi＋(Tuk/2+Gp)bi

=(684.50+1020.94)×2.75+(3123.71/2+302.33)×2.75=9816.47kN.m

M抗/M倾=9816.47/2152.00=4.56

抗倾覆验算4.56＞1.6,满足要求。

8.桩身承载力验算

(1)正截面受压承载力计算

Nk =(Fk’＋1.2Gk)/n=(924.08+1.2×1020.94)/1=2149.21kN

Ψc=0.70,ΨcfcAp=0.70×14.30×1000×1.54=15415.40kN

正截面受压承载力=15415.40kN＞NK=2149.21kN,满足要求。

（2）配筋计算

采用HRB335钢筋,fy=300.00N/mm2,按照配筋率ρ=ρg=0.36%计算：

As1=ρAP=0.36%×1.54×106=5544mm2 

桩身钢筋抗拔计算

As2=2M倾/dfy=2×2152.00×106/(1400×300)=10248mm2

比较As1和As2,按As2配筋，取18 18 (满足要求)

9.承台受冲切承载力验算

只考虑塔身边冲切承载力计算

Fι=F－1.2ΣQik=Fk’=924.08kN，ho=1.35-0.10=1.25m=1250mm

βhp=1.0+(2000-1350/(2000-800)×(0.9-1.0)=0.95

а0=(5.50-1.80)/2=1.85m,λ=а0/ho=1.85/1.25=1.48

β0=0.84/(1.48+0.2)=0.50

um=4×(1.80+1.85)=14.60m

βhpβ0umftho=0.95×0.50×14.60×1.57×1000×1.25=13609.94kN

     承台受冲切承载力=13609.94kN＞Fk=924.08kN,满足要求。

10. 承台受剪切承载力计算

V=Nk’=Fk’/n=924.08/1=924.08kN

βhs=(800/ho)1/4=(800/1250)0.25=0.,λ=а0/ho=1.85/1.25=1.48

α=1.75/(λ+1)=1.75/(1.48+1)=0.71,b0=5.50m=5500mm

βhsαftb0ho=0.×0.71×1.57×1000×5.50×1.25=6820.57kN

     承台受剪切承载力=6820.57kN＞V=924.08kN,满足要求。

11.承台配筋计算

（1）承台弯矩计算

Ni=Fk=924.08kN，xi =0.70m

M=Nixi=924.08×0.70=6.85kN.m

（2）承台配筋计算

基础采用HRB335钢筋，fy=300N/mm2,最小配筋率ρ=0.15%计算配筋

As1=M/0.9fyho=6.85×106/(0.9×300×1250)=1917mm2

As2=ρbho=0.0015×5500×1250=10313mm2

比较As1和As2，按As2配筋,取28 25@201mm (钢筋间距满足要求)  

As=28×491=13748 mm2

承台配筋面积=13748mm2＞10313mm2,满足要求。

12.计算结果

（1）基础桩

1根φ1400 钻（冲）孔灌注桩，桩端不设扩大头,桩顶标高-5.45m，桩长13.10m，桩端入卵石 4.70m；桩混凝土等级C30,桩身钢筋采用18 18,箍筋采用φ8mm@250mm。

（2）承台

长(a)=5.50m、宽(b)=5.50m、高(h)=1.35m；桩中心与承台中心重合，承台面标高-4.20m；混凝土等级C35,承台底钢筋采用双向28 25@201mm。