某重點工程塔吊基礎施工方案，施工方案編制及基礎設計

　　本文以某重點工程塔吊基礎施工方案為例，講解塔吊基礎施工方案的編制依據、工程地質情況分析、塔吊的選擇及平面布置、塔吊基礎設計等方面知識，希望給予同行人士以幫助。

一．編制依據

1.1 編制目的

　　該項目基礎及地下室結構工程位于成都市青羊區。項目占地面積 37557 平方米，地下室建造面積約為122440 平方米。 地塊由四棟塔樓及裙房組成，設四層地下室，四棟塔樓包括一棟酒店、一棟辦公樓及兩棟住宅。裙房及一層地下室為商場、余下三層地下室及地下室夾層為停車場、后勤區及機電設備用房。地庫和裙樓的結構體系為現澆鋼筋混凝土框架結構。

　　根據現場實際施工需要以及現場施工工序的穿插安排工作，為了保證塔吊 基礎與土方清理、墊層澆筑的同步協調，特編制本方案用于指導現場塔吊基礎的施工工作。 根據本工程的特點，本工程現場將配置 5 臺塔吊進行配套施工，用于地下室結構工程及未來主體工程的使用。塔吊將安放與地下室底板上，塔吊基礎將設置于筏板混凝土內。本次方案編制僅針對2、4、5 號塔吊基礎進行編制。

1.2 編制依據

2）業主提供的工程招標及審查圖紙（建施、結施、水施、電施、設施）；
3）建筑地基基礎設計規范（GB50007-2002）；
4）混凝土結構設計規范（GB50010-2002）；
5）自升式塔式起重機使用說明書；

二．工程概況

2.1 建筑概況

　　場地面積約為37557 ㎡，主要由4 棟超高層建筑組成，各建筑物工程概況見下表： 建筑物工程概況 序號 建筑物 名稱 結構 類型 層數 高度（m） 建筑物基礎 型式 預計埋深（m） 地上 地下 1 A 棟 框剪 36 4 185.0 筏板 約22 2 B 棟 框剪 28 4 143.0 筏板 約22 3 C 棟 框剪 53 4 190.80 筏板 約22 4 D 棟 框剪 53 4 190.80 筏板 約22 5 純地下室 框剪 / 4 / 獨立 約22

　　根據《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）第3.3.1 條、第3.3.2 條及第 3.3.3 條擬建建筑工程重要性等級為一級，場地的復雜程度等級為二級，地基的復雜程度等級為二級；根據《高層建筑巖土工程勘察規程》（JGJ72-2004），該巖土工程勘察等級為甲級。

2.2 工程地質情況

　　塔吊基礎埋設土層：

（1）第四系全新統沖洪積層(Q4al+pl) ⑥-4 密實卵石：卵石粒徑一般5～10cm，最大粒徑大于15cm，卵石含量＞ 70%。
（2）白堊系上白堊統灌口組泥巖（K2g）

　　⑦-1 中等風化泥巖：紫紅色，巖質較硬，主要礦物成分為粘土礦物，節理裂隙較發育，節理面可見灰白色、綠灰色次生粘土礦物，巖芯呈短柱狀或長柱狀，手掰不易碎，巖體基本質量等級Ⅴ級，層厚0.7~5.4m。
　　⑦-2 微風化泥巖：紫紅色，顏色較新鮮，巖質硬，巨厚層構造，塊狀結構，主要礦物成分為粘土礦物，節理裂隙發育一般，巖芯呈長柱狀，巖體基本質量等級Ⅳ級。

　　塔吊基礎土層性能： 根據地勘報告顯示，采用獨立基礎，地基承載力特征值按下表取值： 基礎持力層 修正后的地基承載力特征值f a （kPa） 稍密卵石層 1051.50 中密卵石層 1231.50 密實卵石層 1581.50 中風化泥巖 1331.50 微風化泥巖 1531.50 根據補堪報告顯示，中風化巖石的天然抗壓強度標準值為3.14MPa，飽和抗壓強度標準值為 2.21MPa；微風化巖石的天然抗壓強度標準值為 6.41MPa，飽和抗壓強度標準值為3.87MPa。 2、4、5 號塔吊基礎地質條件見下圖 A4 3.40 k 2g k 2g 微風化泥巖 D16 3.60 k 2g 微風化泥巖 C9~D18 Q 4 al+pl k 2g 微風化泥巖

2.3 塔吊選型

　　本工程需要最高吊裝高度為約為232.8m，根據目前合同要求，本次塔吊安裝主要以地下室結構施工為主，同時兼顧未來地上塔樓施工的要求， 除了吊裝土建工程材料外、還需對鋼柱構件，玻璃幕墻、各種臨時及永久的機電設備的吊裝需要，根據鋼構件的分布特點以及重量、各樓層需要吊運材料的工作量，我們擬定5 臺塔吊作為主要吊裝設備。塔吊編號分別為1~5 號塔吊.

該工程的塔吊選擇及平面布置主要遵循以下幾項原則：

　1 覆蓋原則

　　該工程地下室單層面積約 3.7 萬m2,在地下室施工階段，首先考慮盡量覆蓋地下室結構施工區域和地上的塔樓區域，以減少人工搬運，提高施工工效。

　2 滿足材料運輸原則

　　該工程地下室鋼筋總量約為27000t，另外還有大量的周轉架料、半成品需要從場外轉運。而工程場地十分狹窄，因此需配置起重量大，臂長稍長能夠覆蓋施工區域及進出口的塔吊。該工程型鋼結構構件較多，鋼結構量約為 2600t，鋼結構柱截面較大，最重約為2.3t/m，塔吊的起重量需滿足鋼結構吊裝的要求。

　3 盡量避開地下室框架結構（后澆帶、框架梁、框架柱）

　　該工程場地狹窄，單層面積大，為了滿足材料運輸的需要，塔吊 均需要布置在地下室范圍內，在布置的過程中盡量避開后澆帶、框架梁、框架柱，以較少對結構的影響，同時為施工創造便利條件。

　4 避讓原則

　　該工程地下室結構施工階段，塔吊無法進行附著，因此塔吊的自立高度需要錯開，塔吊基礎埋深約為-22m，周邊高壓線高度約為 10m，因此部分塔吊需要進行限位，以免對周邊建筑物和高壓電線以造成影響。客觀因素分析： 影響塔吊選擇及布置的客觀因素一覽表 序號

客觀因素分析及對策

　1 地下室單層建筑面積約 3.7 萬平方米，需要覆蓋的面積大。 根據常規施工經驗，地下室施工階段，一臺塔吊的所能覆蓋的施工面積為5000m2～6000m2，故地下室施工階段需要的塔吊的數量為5 臺，方能滿足地下室結構施工的需要。
　2 地下室結構4 層，框架結構對塔吊標準節的位置有影響。 為了避免影響結構施工，在塔吊的安裝前，應先對標準節的位置進行規劃，盡量使標準節的位置避開框架柱及框架梁的位置。
　3 塔吊的選擇和定位受周邊環境因素影響大。 該工程場地狹窄，建筑離場地的距離近，基坑深度 22m，在地下室施工階段，由于需要布置5 臺塔吊，塔吊均不具備附著條件，塔吊群必須錯開高度以避免相互之間的影響，因此需要選擇自立高度較高的塔吊。
　4 塔吊拆除受影響。 由于地下室和塔樓結構施工的需要，為了最大程度的覆蓋施工區域，部分塔吊需要布置在裙樓地下室范圍內。地下室結構封頂后將結構樓板加固后采用汽車吊拆除塔吊。
　5 電力架空線的影響。 圍墻四周均有電力架空線，離基坑底的高度約30m，1 號、 2 號、4 號、5 號塔樓的塔吊布置在水平和垂直方向均應考慮遠離高壓線一定的距離，高度方向應高出高壓線10m 左右。同時均進行限位使用。
　6 型鋼構件吊裝。 塔吊的選型和布置需要鋼構件的吊裝。該工程鋼構件最大重量約為2.3t/m，塔吊在端部的起重量需要滿足吊裝的需要。故需選用吊重量較大的塔吊。

根據以上客觀條件，塔吊選型如下：

　　塔吊選型一覽表 序號 編號 型號 臂長 端部起重量 最大起重量 安裝高度 標準節大小 建筑高度 主體施工（參考） 標準節高度 1 1 號 QTZ160 65m 1.7t 10t 42.7m 2m×2m 185 米 217 米 2.8m 2 2 號 C6018 60m 1.8t 10t 50.8m 2m×2m 143.8 米 185.8 米 3m 3 3 號 F0/23C 50m 2.3t 10t 36.8m 1.6m× 1.6m 36.35 米 70 米 3m 4 4 號 C7030 70m 2.7t 16t 43.5m 2m×2m 190.8 米 232.8 米 3m 5 5 號 C7030 70m 2.7t 16t 46.5m 2m×2m 190.8 米 232.8 米 3m

　　注：本方案只針對2、4、5 號塔吊編制塔吊基礎方案，其他塔吊基礎方案另行編制。 考慮到周邊可用場地有限，且塔樓底板鋼筋量較大，地上鋼構件、模板、鋼管扣件等數量較多，1~5 號塔吊在塔樓底板及地下施工階段即行安裝。 根據地下室筏板結構設計情況，現場塔吊基礎利用結構筏板結構，只在筏板局部做加深處理。對于遇有后澆帶，將后澆帶繞過塔吊基礎，預留的施工縫后期與后澆帶一起再行處理。膨脹加強帶處按照設計總說明膨脹加強帶大樣進行施工。為保證結構安全，塔身盡可能避開框架梁柱部位，在個別穿越部位對梁板另作支撐加固。

　　依據業主提出的總體建設目標、結合現有的施工圖紙和現場條件，本著“合理利用空間和平面、優化總體施工進度計劃、科學合理部署”的原則，現將塔吊 基礎確定如下： 塔吊基礎選型表 編號 塔吊型號 基礎型號 (m) 面筋 底筋 拉鉤鋼筋 2 C6018 6.45× 6.45× 1.3 25@200 28@200 20@400×400 4 C7030 5.9×5.9 ×1.5 28@200 28@200 20@400×400 5 C7030 5.9×5.9 ×1.3 28@200 28@200 20@400×400 塔吊基礎施工方案 7

三．塔吊基礎設計

4.1 塔吊機械性能

　　查閱塔吊廠家提供的使用說明書，本工程相關技術參數取值如下： 塔吊 編號 塔吊型號 臂長 (m) 獨立高度(m) 工作工況 非工作工況 P(Kg) M(Kg·m) ET(Kg) P(Kg) M(Kg·m) ET(Kg) 2 C6018 60 50.8 88314 219448 4302 75242 415681 16106 4 C7030 70 43.5 125987 298634 7856 98654 240624 14121 5 C7030 70 46.5 130507 324277 8119 100606 286266 14322 注：1、ET—剪力、P—重量、M—最大力矩；

4.2 地基承載力計算和穩定性計算

4.2.1 計算公式

1）抗傾覆計算 （1）為使基礎穩定，塔式起重機不致傾翻，在各種情況下要求偏心距滿足下列條件： e=（M+ET×h）/（P+G）≤1/3B 式中： e—偏心距（m） M—作用于塔身底部的彎距（KN·m） ET—作用于塔身底部的水平力（KN） h—基礎底厚（m） P—塔式起機自重（KN） G—砼基礎自重（KN） B—砼基礎邊長（m） 塔吊基礎施工方案 8 ET M P P+G Pmax 塔吊砼基礎 塔吊標準節
2）地基承載力計算 e＞B/6 Pmax=[2×（P+G）]/（3×L×C）≤f 式中：f—地基允許承載力；C—等于L/2-e。
3）基礎抗沖切計算 Fl≤0.7×β hp×ft×am×h0 Β hp—受沖切截面承載力高度影響系數 Ft—混凝土軸心抗拉強度設計值 am—沖切破壞椎體最不利一側計算長度 h0—基礎沖切破壞椎體的有效高度 塔吊基礎施工方案 9

4.2.2 基礎尺寸選擇及力學驗算

（1） 2 號塔吊 選擇基礎截面尺寸為：長×寬×高= 6.45m×6.45m×1.30m 2 號塔吊基礎定位圖 抗傾覆計算： e=（M+ET×h）/（P+G） =（4156.81+161.06×1.30）/(883.14+6.45×6.45×1.3×25) =1.95m＜1/3B=2.15m 地基承載力計算 Pmax=2（P+G）/3LC =2(883.14+6.45×6.45×1.3×25)/ 3｛6.45×（6.45/2-1.95）｝ 181.2Kpa＜1331.5Kpa（中風化泥巖承載力） 受沖切承載力驗算 塔吊基礎施工方案 10 Fl≤0.7×β hp×ft×am×h0 =0.7×0.96×1.71×(2+2+2×1.3)/2×1.24 =4702.20kN β hb 按照h≤800mm時β hb=1.0，h≥2000mm 時β hb=0.9 按插值法求得β hb=0.96 Pmax=2（P+G）/3LC =181.2kpa Fl=PjAl =（Pmax-25×1.3）×｛（2+1.3×2+2）×1.3÷2+0.925×6.45｝ =(181.2-25×1.3) ×｛（2+1.3×2+2）×1.3÷2+0.925×6.45｝ =1525.10KN 滿足要求。

（2）4 號塔吊 選擇基礎截面尺寸為：長×寬×高= 5.9m×5.9m×1.5m 塔吊基礎施工方案 11 抗傾覆計算： e=（M+ET×h）/（P+G） =（2986.34+141.21×1.5）/(1259.87+5.9×5.9×1.5×25) =1.25m＜1/3B=1.96m 地基承載力計算 e=1.25m>b/6=0.98m Pmax=2（F+G）/3la =2(1259.87+5.9×5.9×1.5×25)/3[5.9×(5.9/2-1.25）] =170.5Kpa＜1331.5kpa（根據地勘報告顯示，中風化泥巖承載力小于密實卵石層承載力） 受沖切承載力驗算 Fl≤0.7×β hp×ft×am×h0 =0.7×0.942×1.71×(2+2+2×1.5)/2×1.44 =5682.97kN β hb 按照h≤800mm時β hb=1.0，h≥2000mm 時β hb=0.9 按插值法求得β hb=0.942 Pmax=2（F+G）/3la =170.5kpa Fl=PjAl =（Pmax-25×1.5）×｛（2+1.5×2+2）×1.5÷2+0.45×5.9｝ = (170.5-25×1.5) ×｛（2+1.5×2+2）×1.5÷2+0.45×5.9｝ =133×7.905 =1051.365KN 滿足要求。 塔吊基礎施工方案 12 因4 號塔吊靠近邊坡，需對邊坡穩定性進行計算。 4 號塔吊基礎與基坑關系圖 天然放坡支護 ----------------------------------------------------------------------
[ 基本信息 ]

規范與規程 《建筑基坑支護技術規程》 JGJ 120-99 基坑等級 二級 基坑側壁重要性系數γ 0 1.00 基坑深度H(m) 6.000 放坡級數 1 超載個數 1

[ 放坡信息 ]

坡號 臺寬(m) 坡高(m) 坡度系數 1 0.000 4.900 1.000

[ 超載信息 ]

超載 類型 超載值 作用深度 作用寬度 距坑邊距 形式 長度 序號 (kPa,kN/m) (m) (m) (m) (m) 1 250.000 0.700 5.900 5.000

[ 土層信息 ]

土層數 1 坑內加固土 否 內側降水最終深度(m) 8.000 外側水位深度(m) 8.000

[ 土層參數 ]

層號 土類名稱 層厚 重度 浮重度 粘聚力 內摩擦角 粘聚力 內摩擦角 (m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 水下(kPa) 水下(度) 1 微風化巖 8.00 24.0 14.0 200.00 30.00 200.00 30.00

[ 設計結果 ]
[ 整體穩定驗算 ]

塔吊基礎施工方案 14 天然放坡計算條件: 計算方法：瑞典條分法 應力狀態：總應力法 基坑底面以下的截止計算深度: 0.00m 基坑底面以下滑裂面搜索步長: 5.00m 條分法中的土條寬度: 1.00m 天然放坡計算結果: 道號 整體穩定 半徑 圓心坐標 圓心坐標 安全系數 R(m) Xc(m) Yc(m) 1 3.226 8.944 1.920 9.836 2 2.935 11.576 -0.145 11.575 邊坡穩定性滿足要求 （3）5 號塔吊 選擇基礎截面尺寸為：長×寬×高= 5.9m×5.9m×1.30m（因該塔吊標準節距離基礎邊緣最短距離為 1.6m，因此該塔吊為偏心，塔吊標準節中心與塔吊基礎的中心偏移350mm）