塔吊基础预应力桩施工方案.docx
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塔吊基础预应力桩施工方案
五矿·麓谷科技产业园1~6号塔吊基础
专
项
方
案
编制人：
审核人：
审批人：
编制单位：
五矿二十三冶建设集团五矿·麓谷科技产业园项目经理部
编制时间：
二○一四年三月一日
目录
●工程概况…………………………………………………………1
●设计依据…………………………………………………………2
●塔吊基础施工计划………………………………………………3
●塔吊基础设计计算………………………………………………6
●塔吊基础配筋图…………………………………………………15
●塔吊基础施工……………………………………………………19
●沉降观测…………………………………………………………22
●附件（地质勘查报告、塔吊布置图）
一、工程概况
由湖南金拓置业有限公司投资建设的五矿·麓谷科技产业园项目位于长沙市岳麓区，北侧邻岳麓大道，东侧邻麓枫路，南侧邻麓天路，西侧邻麓谷大道。
该产业园由B、C、D区组成，总建筑面积约109466m2。
本工程计划采用8台TC5610（QTZ63）型塔式起重机，用于垂直运输施工，8台塔吊分布覆盖情况详见附图（施工总平面布置图）。
其中1~7号塔吊基础为预应力方桩基础，7号、8号塔吊基础为人工挖孔灌注桩基础。
本方案为1~6号塔吊基础的设计及施工方案。
塔吊（覆盖）建筑物一览表
区号
栋号
建筑面积
层数
建筑高度
塔吊名称
塔吊型号
臂长
备注
B区
B-1
8283m2
6F
24.2m
4号塔吊
TC5610
56m
该区塔吊基础为
预应力管桩基础，5号塔吊与6号塔吊均覆盖B-2栋。
B-2
8283m2
6F
24.2m
B-3
8283m2
6F
24.2m
3号塔吊
TC5610
56m
B-4
15147m2
6F
24.2m
5号塔吊
TC5610
56m
B-5
15147m2
6F
24.2m
6号塔吊
TC5610
56m
C区
C-1~C-4
8236m2
6F
22.9m
1号塔吊
TC5610
56m
该区塔吊基础为
预应力方桩基础。
C-5~C-7
8428m2
6F
22.9m
C-8~C-10
6109m2
6F
22.9m
2号塔吊
TC5610
56m
C-11、C-12
5528m2
6F
22.9m
D区
D-1
9829m2
7F/1D
31.9m
8号塔吊
TC5610
56m
该区塔吊基础为人工挖孔灌注桩基础。
塔吊均附着于建筑。
D-2
10389m2
7F/1D
31.9m
7号塔吊
TC5610
56m
二、设计依据
2.1塔吊布置原则
2.1.1最大限度的满足垂直运输的要求和服务半径，满足现场施工需求。
2.1.2两台塔吊之间的距离最大限度的满足安全规范的要求；
2.1.3塔吊附着满足塔吊性能要求；
2.1.4满足塔吊安装和拆卸的工作面要求，保证塔吊安装拆卸的可
行性。
2.2编制依据
2.2.1《建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安全技术规程》JGJ196-2010
2.2.2《塔式起重机设计规范》GB/T13752-1992
2.2.3《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
2.2.4《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（06版本）
2.2.5《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
2.2.6《建筑桩基技术规范》JGJ97-2008
2.2.7中南标图集12ZTG208《预应力混凝土空心方桩》
2.2.8《金拓麓谷科技产业园地勘报告》
2.2.9五矿·麓谷科技产业园项目《施工组织设计》及其建筑、结构施工图纸
2.2.10TC5610塔式起重机《使用说明书》
三、塔吊基础施工计划
3.1地质条件
根据《金拓麓谷科技产业园地勘报告》土质情况如下表：
指标名称
地层名称
承载力
特征值
fak
（kPa）
压缩
模量
Es
（MPa）
人工挖孔桩
预应力管桩
固结快剪
标准值
桩侧阻力特征值（kPa）
桩端端阻力特征值（kPa）
桩侧阻力特征值（kPa）
桩端端阻力特征值（kPa）
内摩
擦角φ
（ο）
凝聚力C
（kPa）
人工填土①
/
/
10
/
15
/
8
10
粉质粘土②
160
6.14
20
/
25
1000
17
37
强风化板岩③
450
/
45
2500
50
2600
16
31
中风化板岩④
1000
/
120
3500
130
4000
/
/
从地质报告看，塔吊地基基础采用天然地基基础时，承载力不能满足塔吊使用说明书中关于地基承载力要求（20t/m2），故采用矩形板式承台桩基础。
3.2土质参数计算选择
根据勘探钻孔柱状图选择距塔吊较为接近的ZK26、ZK37、ZK38、ZK69、ZK72、ZK73、ZK86、ZK95、ZK99进行比较，并取最不利值，以上钻孔各土层厚度情况如下表：
钻孔
土层
1号塔吊
2号塔吊
3号塔吊
4号塔吊
5号塔吊
6号塔吊
ZK37
ZK38
ZK26
ZK95
ZK86
ZK99
ZK72
ZK73
ZK68
ZK69
人工填土
6m
14m
9.4m
11.5m
10.9m
11.1m
10.5m
11.7m
10.1m
10.6m
粉质粘土
8.2m
6m
3.8m
3.4m
1.8m
2.6m
2m
1.5m
2.1m
1.9m
强风化板岩
8.8m
7.4m
5.4m
6m
10.1m
9.8m
11.5m
9.6m
9.6m
10.7m
中风化板岩
4m
4.3m
2.85m
4.95m
5.25m
9.85m
2.55m
3.75m
6.4m
由桩基竖向抗压承载力公式：
Ra=uΣqsia·li+qpa·Ap；选取强风化板岩作为持力层并取最不利钻孔ZK68土层进行计算。
u:
桩身周长；qsia：
各土层桩侧阻力特征值；
li:
各土层厚度；qpa:
持力层桩端端阻力特征值；
Ap：
桩端面积
3.3桩型选择
B区、C区工程桩均采用预应力混凝土空心方桩，选自中南标图集12ZTG208《预应力混凝土空心方桩》桩编号为PHS300（130）A，为便于施工，选用同编号方桩进行计算。
预应力混凝土空心方桩参数表
序号
PHS300（130）A
混凝土等级
预应力
钢筋
单桩竖向抗压承载力特征值
单桩竖向抗拔承载力特征值
边长
内径
桩长
箍筋
纵筋
1
300mm
150mm
13m-15m
C80
Ab4
8AD7.1
1326KN
159KN
3.4塔吊基础标高及定位
3.4.1根据总建筑平面图的室外地坪标高，各栋号建筑正负零标高以
及塔吊说明书，设计塔吊基础标高如下表：
塔吊名称
1号塔吊
2号塔吊
3号塔吊
4号塔吊
5号塔吊
6号塔吊
承台高度（m）
1
1
1
1
1
1
承台面设计标高（绝对标高）
54
54.4
53.4
53.4
53.5
53.5
承台底设计标高（绝对标高）
53
53.4
52.4
52.4
52.5
52.5
桩顶设计标高（绝对标高）
53.1
53.5
52.5
52.5
52.6
52.6
3.4.21~6号塔吊均为独立式，塔吊基础均位于室外，塔吊中心距建筑外边3.5m。
基础具体定位详见塔吊基础平面布置图。
3.5材料计划
3.5.1钢材进场时，按相关规定进行取样检验，检验合格后方可使用。
3.5.2焊接材料的品种、规格、性能等符合国家产品标准和设计要求。
焊条等焊接材料与母材的匹配符合设计要求及现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定，焊接接头需经取样检验合格。
3.5.3混凝土采用商品混凝土，每个基础留设一组试块，基础混凝土强度经检验合格后，方可安装塔吊。
3.5.4塔吊地脚螺栓，由设备厂家提供。
四、塔吊基础设计计算
1~6号塔吊的旋转半径均为55米，型号相同。
土质取最不利ZK68进行计算，则以下计算书适用于1~6号塔吊。
4.1塔机属性
塔机型号
TC5610
塔机独立状态的最大起吊高度H0（m）
40.5
塔机独立状态的计算高度H（m）
43
塔身桁架结构
型钢
塔身桁架结构宽度B（m）
1.6
4.2塔机荷载
4.2.1由塔吊租赁公司提供的塔吊说明书，塔机基础受力情况如下：
工况
塔机垂直力
G（KN）
水平力
F（KN）
倾覆力矩
M（KN·m）
扭矩
（KN·m）
工作状态
511.2
18.3
1335
269.3
非工作状态
464
73.9
1552
0
4.2.2塔机传递至基础荷载设计值
工作状态
塔机自重设计值F1（kN）
1.35Fk1＝1.35×511.2＝690.12
起重荷载设计值FQ（kN）
1.35FQk＝1.35×60＝81
竖向荷载设计值F（kN）
690.12+81＝771.12
水平荷载设计值Fv（kN）
1.35Fvk＝1.35×18.3＝24.7
倾覆力矩设计值M（kN·m）
1.35Mk＝1.35×1335＝1802.25
非工作状态
竖向荷载设计值F'（kN）
1.35Fk'＝1.35×511.2＝690.12
水平荷载设计值Fv'（kN）
1.35Fvk'＝1.35×73.9＝99.77
倾覆力矩设计值M'（kN·m）
1.35Mk＝1.35×1552＝2095.2
4.3桩顶作用效应计算
承台布置
桩数n
4
承台高度h（m）
1
承台长l（m）
5
承台宽b（m）
5
承台长向桩心距al（m）
4
承台宽向桩心距ab（m）
4
桩直径d（m）
0.3
承台参数
承台混凝土等级
C35
承台混凝土自重γC（kN/m3）
25
承台上部覆土厚度h'（m）
0
承台上部覆土的重度γ'（kN/m3）
19
承台混凝土保护层厚度δ（mm）
50
配置暗梁
否
矩形桩式基础布置图
承台及其上土的自重荷载标准值：
Gk=bl（hγc+h'γ'）=5×5×（1×25+0×19）=625kN
承台及其上土的自重荷载设计值：
G=1.35Gk=1.35×625=843.75kN
桩对角线距离：
L=（ab2+al2）0.5=（42+42）0.5=5.66m
4.3.1荷载效应标准组合
轴心竖向力作用下：
Qk=（Fk+Gk）/n=（511.2+625）/4=284.05kN
荷载效应标准组合偏心竖向力作用下：
Qkmax=（Fk+Gk）/n+（Mk+FVkh）/L
=（511.2+625）/4+（1552+73.9×1）/5.66=571.47kN
Qkmin=（Fk+Gk）/n-（Mk+FVkh）/L
=（511.2+625）/4-（1552+73.9×1）/5.66=-3.37kN
4.3.2荷载效应基本组合
荷载效应基本组合偏心竖向力作用下：
Qmax=（F+G）/n+（M+Fvh）/L
=（690.12+843.75）/4+（2095.2+99.77×1）/5.66=771.49kN
Qmin=（F+G）/n-（M+Fvh）/L
=（690.12+843.75）/4-（2095.2+99.77×1）/5.66=-4.55kN
4.4桩承载力验算
桩参数
桩混凝土强度等级
C80
桩基成桩工艺系数ψC
0.85
桩混凝土自重γz（kN/m3）
25
桩混凝土保护层厚度б（mm）
35
桩入土深度lt（m）
>13米
桩配筋
自定义桩身承载力设计值
是
桩身承载力设计值
1326
地基属性
是否考虑承台效应
否
土名称
土层厚度li（m）
侧阻力特征值qsia（kPa）
端阻力特征值qpa（kPa）
抗拔系数
承载力特征值fak（kPa）
杂填土
9
15
0
0.3
-
粉质粘土
2.1
25
1000
0.6
-
强风化板岩
9.6
50
2600
0.6
-
4.4.1桩基竖向抗压承载力计算
桩身周长：
u=4d=4×0.3=1.2m
桩端面积：
Ap=d2=0.32=0.09m2
Ra=uΣqsia·li+qpa·Ap
=1.2×（9×15+2.1×25+1×50）+2600×0.09=519kN
Qk=284.05kN≤Ra=519kN
Qkmax=571.47kN≤1.2Ra=1.2×519=622.8kN
满足要求！
4.4.2桩基竖向抗拔承载力计算
Qkmin=-3.37kN<0
按荷载效应标准组合计算的桩基拔力：
Qk'=3.37kN
桩身的重力标准值：
Gp=ltApγz=13×0.07×25=22.97kN
Ra'=uΣλiqsiali+Gp=0.94×（0.3×8.6×15+0.6×2.1×25+0.6×2.3×50）+22.97
=154.17kN
Qk'=3.37kN≤Ra'=154.17kN
4.4.3桩身承载力计算
纵向普通钢筋截面面积：
As=nπd2/4=4×3.14×162/4=804mm2
4.4.3.1轴心受压桩桩身承载力
荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值：
Q=Qmax=771.49kN
桩身结构竖向承载力设计值：
R=1326kN
满足要求！
4.4.3.2轴心受拔桩桩身承载力
荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值：
Q'=-Qmin=4.55kN
fyAS=360×804.25×10-3=289.53kN
Q'=4.55kN≤fyAS=289.53kN
满足要求！
4.5承台计算
承台配筋
承台底部长向配筋
HRB400C25@200
承台底部短向配筋
HRB400C25@200
承台顶部长向配筋
HRB400C25@200
承台顶部短向配筋
HRB400C25@200
4.5.1荷载计算
承台有效高度：
h0=1000-50-25/2=938mm
M=（Qmax+Qmin）L/2=（771.49+（-4.55））×5.66/2=2169.22kN·m
X方向：
Mx=Mab/L=2169.22×4/5.66=1533.87kN·m
Y方向：
My=Mal/L=2169.22×4/5.66=1533.87kN·m
4.5.2受剪切计算
V=F/n+M/L=690.12/4+2095.2/5.66=542.91kN
受剪切承载力截面高度影响系数：
βhs=（800/938）1/4=0.96
塔吊边缘至角桩内边缘的水平距离：
a1b=（ab-B-d）/2=（4-1.6-0.3）/2=1.05m
a1l=（al-B-d）/2=（4-1.6-0.3）/2=1.05m
剪跨比：
λb'=a1b/h0=1050/938=1.12，取λb=1.12；
λl'=a1l/h0=1050/938=1.12，取λl=1.12；
承台剪切系数：
αb=1.75/（λb+1）=1.75/（1.12+1）=0.83
αl=1.75/（λl+1）=1.75/（1.12+1）=0.83
βhsαbftbh0=0.96×0.83×1.57×103×5×0.94=5842.77kN
βhsαlftlh0=0.96×0.83×1.57×103×5×0.94=5842.77kN
V=542.91kN≤min（βhsαbftbh0，βhsαlftlh0）=5842.77kN
满足要求！
4.5.3受冲切计算
塔吊对承台底的冲切范围：
B+2h0=1.6+2×0.94=3.48m
ab=4m>B+2h0=3.48m，al=4m>B+2h0=3.48m
角桩内边缘至承台外边缘距离：
cb=（b-ab+d）/2=（5-4+0.3）/2=0.65m
cl=（l-al+d）/2=（5-4+0.3）/2=0.65m
角桩冲跨比：
λb''=a1b/h0=1050/938=1.12，取λb=1；
λl''=a1l/h0=1050/938=1.12，取λl=1；
角桩冲切系数：
β1b=0.56/（λb+0.2）=0.56/（1.12+0.2）=0.42
β1l=0.56/（λl+0.2）=0.56/（1.12+0.2）=0.42
[β1b（cb+alb/2）+β1l（cl+all/2）]βhp·ft·h0=[0.42×（0.65+1.05/2）+0.42×（0.65+1.05/2）]×0.98×1570×0.94=1444.38kN
Nl=V=542.91kN≤[β1b（cb+alb/2）+β1l（cl+all/2）]βhp·ft·h0=1444.38kN
满足要求！
4.5.4承台配筋计算
4.5.4.1承台底面长向配筋面积
αS1=My/（α1fcbh02）=1533.87×106/（1.03×16.7×5000×9382）=0.02
ζ1=1-（1-2αS1）0.5=1-（1-2×0.02）0.5=0.02
γS1=1-ζ1/2=1-0.02/2=0.99
AS1=My/（γS1h0fy1）=1533.87×106/（0.99×938×360）=4590mm2
最小配筋率：
ρ=max（0.2,45ft/fy1）=max（0.2,45×1.57/360）=max（0.2,0.2）=0.2%
梁底需要配筋：
A1=max（AS1,ρbh0）=max（4590,0.002×5000×938）=9380mm2
承台底长向实际配筋：
AS1'=12763mm2≥A1=9380mm2
满足要求！
4.5.4.2承台底面短向配筋面积
αS2=Mx/（α2fcbh02）=1533.87×106/（1.03×16.7×5000×9382）=0.02
ζ2=1-（1-2αS2）0.5=1-（1-2×0.02）0.5=0.02
γS2=1-ζ2/2=1-0.02/2=0.99
AS2=Mx/（γS2h0fy1）=1533.87×106/（0.99×938×360）=4590mm2
最小配筋率：
ρ=max（0.2,45ft/fy1）=max（0.2,45×1.57/360）=max（0.2,0.2）=0.2%
梁底需要配筋A2=max（9674,ρlh0）=max（9674,0.002×5000×938）=9380mm2
承台底短向实际配筋：
AS2'=12763mm2≥A2=9380mm2
满足要求！
4.5.4.3承台顶面长向配筋面积
承台顶长向实际配筋：
AS3'=12763mm2≥0.5AS1'=0.5×12763=6382mm2
满足要求！
4.5.4.4承台顶面短向配筋面积
承台顶长向实际配筋：
AS4'=12763mm2≥0.5AS2'=0.5×12763=6382mm2
满足要求！
4.5.4.5承台竖向连接筋配筋面积
承台竖向连接筋为双向Φ10@500。
五、塔吊基础配筋图
5.1桩顶与承台连接详图：
说明：
1.本节点采自12ZTG208《预应力混凝土空心方桩》P30页。
2.其中
为4C16；
为2A8：
为A6@200
3.锚固钢筋锚固至承台长度为500mm
5.2塔吊基础承台配筋图
说明：
1.承台采用C35混凝土
2.承台垫层采用C15混凝土
3.承台顶部钢筋保护层厚度为50mm
4.承台底部钢筋保护层厚度为100mm
六、塔吊基础施工
6.1工艺流程
6.1.1预应力混凝土方桩施工流程：
定位放线→桩基调整→吊装定位→垂直检查→沉桩贯入→吊入上桩→垂直检查→焊接接桩→沉桩贯入→收锤→测定记录→桩基移位。
6.1.2桩承台施工流程：
塔基土方开挖→垫层施工→弹线放样→钢筋绑扎→预埋螺栓→支模→隐蔽验收→浇捣砼及养护→拆模→土方回填
6.2预应力方桩施工
预应力混凝土方桩委托工程桩基施工单位负责施工，按工程桩施工质量及验收标准组织施工，确保桩基质量。
6.3承台基础施工
6.3.1按设计承台标高控制桩顶标高，露出桩主筋不小于500mm。
6.3.2地脚螺栓定位由专业测量人员配合施工，相互之间的尺寸允许偏差为±2mm，垂直允许偏差在1：
200以内，固定采用22＃火烧丝进行绑扎固定，绑扎方式为缠扣式。
分别于上下层钢筋交叉处、地脚螺栓处绑扎。
6.3.3承台基础采用实心页岩砖砌筑砖胎模，厚度为240mm。
6.3.4浇筑混凝土采用强度等级C35，分层振捣，分层厚度500mm，以塔吊中心为混凝土浇筑范围的中心，具体浇筑尺寸为5000x5000；（塔吊基础混凝土与底板混凝土之间周圈做钢板止水带）按1：
6的斜坡向前推进，振动器插点要均匀排列，振动器的操作，要做到“快插慢拔”，一般每点振捣时间应视混凝土表面呈水平不再显著下沉，不再出现气泡，表面泛出灰浆为准。
基础表面层采用一次振捣提浆、刮平、抹光。
6.3桩基检查验收
6.3.1预应力混凝土管桩施工过程中需进行下列检验：
6.3.1.1打入深度、停锤标准、静压终止压力值及桩身（或架）垂直度检查；
6.3.1.2接桩质量、接桩间歇时间及桩顶完整状况；
6.3.1.3每米进尺锤击数、最后1.0m锤击数、总锤击数、最后三阵贯入度及桩尖标高等。
6.3.2成桩桩位偏差的检查按现行国家标准《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202和行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定执行。
6.3.3桩基宜随同主体结构基础的工程桩进行承载力和桩身质量检验。
6.3.4桩基与承台的连接构造以及主筋的锚固长度符合《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187和现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94的规定。
6.4螺栓平面位置校正
6.4.1根据轴线控制桩采用J2经纬仪将地脚螺栓十字中心线投测到地脚螺栓定位架上，并依此调整螺栓就位，直至满足精度要求（±2mm）。
然后固定螺栓并焊牢，同时记录偏差数据。
6.4.2砼浇注过程中，在地脚螺栓纵横两个方向架设经纬仪，对螺栓进行实时监测校正。
6.4.3砼凝固后放样出地脚螺栓十字中心线，并弹出墨线，同时再次测量螺栓偏差，编制螺栓埋设平面偏差资料。
6.5螺栓标高控制
6.5.1以基坑高程水准点为基准，采用S3水准仪测量出螺栓标高并指挥安装人员进行校正。
6.5.2砼浇注过程中，用S3水准仪测量螺栓标高并进行实时校正。
6.5.3砼凝固后，用S3水准仪测出螺栓标高，计算出螺栓埋设标高偏差，编制螺栓埋设标高偏差资料。
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