董京京（中鐵建設集團有限公司，江蘇 昆山 215332 ）

1 工程概況

蕭政儲出（2013）40 號地塊一標段工程位于杭州蕭山奧體博覽城板塊，總建筑面積 190 619 m2，其中地上 137 141 m2，地下 53 478 m2。地上為 3 棟超高層，T 3 塔樓地上 54 層，建筑高度 199.800 m，T 4、T 5 塔樓地上 48 層，建筑高度 191.4 m。車庫區(qū)域地下 3 層，主樓區(qū)域地下 4 層，自然地坪標高 -0.650 m，車庫底板標高 -13.300 m，塔樓底板標高 -15.500 m，電梯坑底標高 -19.850 m，基坑開挖深度為 12.650～19.200 m。工程為樁筏基礎、框剪結構，工程樁為鉆孔灌注樁?；又ёo形式設計為內撐式排樁墻+一道鋼筋混凝土支撐，支撐頂標高為 -4.000 m。

充分考慮本工程的各因素，布置 3 臺中聯(lián)重科 TC 7030 B 型塔吊，T 3、T 4、T 5 塔樓各布置一臺。

2 塔吊基礎設計

本工程基坑深，土方開挖量大，開挖周期長，為使深基坑開挖期間塔吊可提前投入使用，選用鉆孔灌注樁+鋼格構柱 + 混凝土承臺組合式塔吊基礎，下文以 T 3 塔樓 1 號塔吊為例進行分析。

結合本工程地勘報告土壤物理力學性能參數、塔機荷載參數及杭州市關于鋼格構柱組合塔吊基礎的文件要求，計算后選用 4 根 ? 900 鉆孔灌注樁，樁間距 3 200 mm，有效樁長 27 m，樁身縱向配筋為 16 C 25，螺旋箍 ? 10@200；樁頂下 4.5 m 范圍內按 ? 10 @ 100 加密；樁身混凝土強度 C 40，樁端進入 ⑨-2 圓礫層 ≥5 m。鉆孔灌注樁內鋼格構柱組合截面為 520 mm×520 mm，分肢采用 4 L 200 mm×20 mm 角鋼，綴板 500 mm×350 mm×10 mm@ 400。鋼格構柱間水平支撐及斜支撐采用 L 160 mm×60 mm 角鋼，材質均為 Q 235 B，鋼格構柱長度 11.600 m，下端錨入鉆孔灌注樁內 4 m，上端錨入基礎承臺內 0.800 m。基礎承臺尺寸為 5 000 mm×5 000 mm×1 600 mm，混凝土強度 C 30?？紤]杭州地區(qū)臺風不安全因素，同時結合該地區(qū)的專家論證要求，將基礎承臺設置于地下二層間，未設置于地面位置。塔吊基礎相關設計圖紙見圖 1、圖 2。

圖1 塔吊基礎立面圖

3 塔吊基礎相關計算

該種組合式塔吊基礎主要分 3 部分進行計算，即鋼格構柱的計算、灌注樁的計算、鋼筋混凝土基礎承臺的計算。

3.1 基礎頂部荷載的確定

塔吊處于最大獨立高度時，彎矩最大，所產生的效應荷載也最大，附墻后彎矩減小，最不利荷載應取塔吊最大獨立高度時產生的荷載。查廠家提供的中聯(lián)重科 TC 7030 B 型塔吊說明書，確定工作及非工作 2 種工況下塔機傳遞至基礎頂部最不利荷載標準值，見表 1。

表1 塔基傳遞至基礎頂部荷載標準值

根據 JGJ 94—2008《建筑樁基技術規(guī)范》5.2 條樁基豎向承載力計算得出軸心豎向力作用下：荷載效應標準組合偏心豎向力作用下：

圖2 基礎相關節(jié)點詳圖

荷載效應基本組合偏心豎向力作用下：

式中：Gk—承臺及其上土的自重荷載標準值/kN；

GP2—鋼格構柱總重標準值/kN；

G —承臺及其上土的自重荷載設計值/kN；

F —豎向荷載設計值/kN；

n —樁數/根；

H0—鋼格構柱長度/m；

hr—鋼格構柱伸入灌注樁的錨固長度/m；

h —鋼格構柱頂部承臺厚度/m；

L —樁對角線距離/m。

3.2 格構柱的計算

(1) 格構式鋼柱換算長細比驗算。式

中：λ0max—格構式鋼柱繞兩軸下 x，y 的換算長細比中 大值；

[λ]—軸心受壓構件允許長細比，取 150。

(2) 格構式鋼柱受壓穩(wěn)定性驗算。

λ0max(fy/235)0.5=64.916

查 GB 50017—2017《鋼結構設計標準》附錄 C 可得出：φ=0.78

滿足要求。

式中：fy —鋼材屈服強度/ N·mm-2；

φ —軸心受壓構件的穩(wěn)定系數；

A —構件毛截面面積，即分肢毛截面面積之和 /mm2。

(3) 格構式鋼柱分肢的長細比驗算。

λ1=10.178≤min(0.5 λ0max，40)=32.458，滿足要求。

(4) 綴件及焊縫驗算。

綴件及焊縫按照 GB 50017—2017 內容進行。

(5) 柱頂水平位移驗算。

格構柱在水平風荷載作用下的柱頂水平位移 s 應滿足 s≤Hz/500，Hz取塔基底與工程基礎墊層底凈高的 2 倍，其水平位移值 s 按式（8）計算。

式中：VH—作用于基礎頂面的水平力設計值，

K —格構柱抗側剛度，K 可按式（9）計算。

式中：EI —格構柱抗彎剛度/ N·mm2，

經計算 s =13.302 mm＜Hz/500=27.2 mm，滿足要求。

3.3 灌注樁的計算

(1) 計算參數的確定。

查巖土工程勘察報告地基土物理力學指標設計參數，得出鉆孔灌注樁設計參數見表 2。

表2 地基土樁基設計參數

土層厚度應根據樁頂、樁底標高結合工程地質剖面圖中各土層高程計算確定，工程地質剖面圖應選擇距離所計算塔吊基礎最近勘探孔的地質剖面圖。

(2) 樁基豎向抗壓承載力計算。

樁基豎向抗壓承載力應符合 JGJ/T—187—2009《塔式起重機混凝土基礎工程技術規(guī)程》中 6.3.3 條公式要求：Qk≤Ra；Qkmax≤1.2 Ra；

式中：u—樁身周長/m；

li—第 i 層巖土的厚度/m；

Ap—樁底端橫截面面積/m2。

經計算 Ra=2 925.103 kN，

Qk=536 kN≤Ra=2 925.103 kN，

Qkmax=1 540.092 kN≤1.2 Ra=3 510.124 kN，滿足要求。

(3) 樁基豎向抗拔承載力計算。

樁的抗拔承載力應符合 Q'k=≤R'a要求。

式中：GP—樁身的重力標準值/kN，水下部分按浮重度計。

經計算 R'a=1 312.257 kN，

按荷載效應標準組合計算的樁基拔力：

Q'k=-Qkmin=468.092 kN，

Q'k≤Ra'，滿足要求。

(4) 樁身承載力計算。

① 軸心受壓樁樁身承載力應符合式（12）規(guī)定：

② 軸心抗拔樁樁身承載力應符合下式規(guī)定：

Q'≤fyAS

荷載效應基本組合下的樁頂軸向拉力設計值：

Q'=-Q'kmin=669.424 kN＜fyAS=2 356.194 kN，滿足要求。

式中：Q —荷載效應基本組合下的樁頂軸向壓力設計值 /kN；

ψc—基樁成樁工藝系數；

fc—混凝土軸心抗壓強度設計值/N·mm-2；

APS—樁身截面面積/mm2；

Q ' —荷載效應基本組合下的樁頂軸向拉力設計值 /kN；

f 'y—縱向主筋抗壓強度設計值/ N·mm-2；

A's —縱向主筋截面面積/mm2；

fy—普通鋼筋抗拉強度設計值/ N·mm-2；

AS—普通鋼筋的截面面積/mm2。

③ 軸心抗拔樁的裂縫控制宜按三級裂縫控制等級計算，根據 JGJ 94—2008 的 5.8.8 條規(guī)定進行計算。

3.4 承臺計算

(1) 受彎及受剪切計算 。

高樁承臺應進行受彎、受剪承載力計算，應將塔機作用于承臺的 4 根標準節(jié)立柱所包圍的面積看作柱截面，受彎、受剪承載力配筋按 GB 50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》的規(guī)定計算。

(2) 受沖切計算 。樁基承臺厚度應滿足基樁對承臺的沖切承載力要求。對位于塔機塔身柱沖切破壞錐體以外的基樁，承臺受角樁沖切的承載力應按 JGJ/T—187—2009 中 6.4.7 條規(guī)定計算。

3.5 計算注意事項

(1) 格構式鋼柱換算長細比驗算。浙江省工程建設標準 DB 33/T1053—2008《固定式塔式起重機基礎技術規(guī)程》與國標 JGJ/T—187—2009 中對格構式鋼柱換算長細比 λ0max計算具有一定差別（以下簡稱浙江省地標和國標）。

當格構式鋼柱的綴件形式為綴板時：

式中：H0—格構式鋼柱的計算長度/m，取承臺厚度中心至格構式鋼柱底的長度。

λx(λy) —整個構件對 x 軸（y 軸）的長細比；

λ1—格構式鋼柱分肢對最小剛度軸的長細比；

Ix(Iy) —格構式鋼柱對 x 軸（y 軸）的慣性矩/m4；

A0—格構式鋼柱分肢的截面面積/m2。

以本工程 11.6 m 長格構柱為例對比：

以浙江省地標計算得：HZ=13.6m，λ0max=64.916，

以國標計算得：H0=11.6 m，λ0max=55.624。

通過上述對比可知，浙江省地標較國標對于組合式塔吊基礎中格構式鋼柱換算長細比驗算控制更為嚴格，在國標的基礎上對格構柱的計算長度進行了放大處理。

(2) 柱頂水平位移驗算。柱頂水平位移驗算為浙江省地標中增加的驗算要求，國標中無此驗算規(guī)定。

(3) 樁基豎向抗壓、抗拔承載力計算。單樁豎向抗拔及抗壓承載力驗算時應計算特征值，公式中帶入土層的側阻力及端阻力特征值計算， 應注意區(qū)分巖土工程勘察報告地基土物理力學指標設計參數中提供的土層側阻力及端阻力是極限值還是特征值，若未提供特征值，應將極限值除以安全系數 K=2 得出特征值。

(4) 樁身承載力計算。樁身承載力驗算應取荷載效應基本組合下的樁頂軸向壓力設計值、軸向拉力設計值與樁身軸心抗壓、抗拔樁樁身承載力并進行比較，在非效應標準組合下取值。

4 施工注意事項

(1) 鋼格構柱的加工。鋼格構柱加工前應對鋼格構柱進行深化設計，出具深化加工圖，支撐與格構柱焊接部位的綴板高度應在設計計算的基礎上結合支撐焊縫驗算長度要求增大處理，以滿足支撐焊接焊縫長度要求。水平剪刀撐之間應通過連接板轉接焊接，剪刀撐與角部 4 根格構柱間通過角托板轉接焊接連接，便于焊接且滿足焊縫長度。格構柱相關節(jié)點見基礎相關節(jié)點詳見圖 3。

圖3 基礎相關節(jié)點詳圖

格構柱應由專業(yè)資質等級的鋼結構公司在工廠進行組焊制作，禁止在現(xiàn)場進行焊接制作，焊縫按規(guī)范規(guī)定進行探傷試驗。格構柱分肢角鋼接長焊縫等級為二級，其余焊縫等級均為三級，二級焊縫按規(guī)范規(guī)定進行探傷試驗。在角鋼長度滿足的情況下，盡量選擇整長角鋼進行制作，本工程格構柱長度 11.600 m，選用 12 m 長角鋼進行制作，避免了分肢角鋼出現(xiàn)對接焊縫。

(2) 鉆孔灌注樁的施工。鉆孔灌注樁嚴格按照施工方案進行施工，根據地質條件選擇不同施工工藝，本工程正循環(huán)鉆施工工藝，重點控制以下內容：① 灌注樁成孔的樁位、成孔深度、樁身垂直度允許偏差應滿足 JGJ 94—2008 中表 6.2.4 灌注樁成孔施工允許偏差要求。② 鋼筋籠的制作安裝質量應滿足 JGJ 94—2008 中 6.2.4 條要求。③ 灌注樁的成渣厚度應 ≤50 mm。

(3) 鋼格構柱的吊裝定位。鋼格構柱吊裝定位應重點控制格構柱的垂直度及方正位置，確保相鄰格構柱外側處于同一個豎直面。因鋼格構柱設計頂標高在自然地坪以下，格構柱吊裝定位工程中極易發(fā)生扭轉，導致開挖后支撐焊接困難，焊縫長度不滿足設計要求，實際的工況與設計計算工況發(fā)生偏差，實際承載力減小。

本工程在鋼格構柱吊裝前，采用同截面尺寸的舊鋼格構柱對塔吊基礎格構柱進行了接長，使其柱頂標高在自然地以上 500 mm。同時采用鋼格構柱定位導向架輔助鋼格構柱定位，鋼格構柱吊裝進入樁孔內，由 2 名測量人員使用 2 臺經緯儀通過雙方向控制調整鋼格構柱位置，直至偏差滿足規(guī)范要求。土方開挖至設計樁標高后，可拆除上部接長格構柱。

(4) 支撐的焊接。土方開挖至相應標高后，鋼格構柱間水平及豎向支撐應及時進行焊接施工，確保 4 根鋼格構柱及時形成幾何空間不變體系，增強塔吊基礎整體穩(wěn)定性，以抵抗塔機轉動時產生的扭轉荷載。

5 結 語

組合式塔吊基礎施工一定程度上采用了逆作法，深基坑工程采用此類組合式塔吊基礎可在土方開挖至基礎底板標高前安裝塔吊，塔吊可提前投入使用，可節(jié)省部分吊車機械費用，且塔吊拆除后鋼格構柱可周轉使用，優(yōu)勢較為明顯。華東地區(qū)深基坑工程使用此類組合式塔吊基礎較多，此類組合式塔吊基礎較常規(guī)塔吊基礎在受力計算及施工環(huán)節(jié)較為復雜，尤其是浙江省地標對其受力計算要求較國標要求更為嚴格。

蕭政儲出 [2013]40 號地塊一標段工程 3 臺塔吊均采用此類組合式塔吊基礎，使用安全、穩(wěn)定，目前 3 棟塔樓主體結構已封頂。

本工程組合式塔吊基礎的設計與施工可為同類工程提供一定借鑒和參考。