塔吊基础压浆隐形承台技术方案

塔吊基础压浆隐形承台技术2007.7.1.塔吊基础压浆隐形承台技术1、概况本项目在坐落地点交通流量大、人口稠密，很不利于施工。根据甲方提供的工程建筑施工图纸，本工程地下三层，裙房二～三层，裙房以上为七栋14～34层高楼构成，均为框剪结构，建筑面积约150000ｍ２(其中地下室约30000ｍ２，裙房部分约20000ｍ２)。由于土地被开发到尽值，拟建物周围上方高层林立，下方多层群房满布，又有立交桥、海河、地铁、项目地处古文化街旅游区，地下挖空，造成施工环境困难，加工场地狭小，坑边无法安装大型机械。若在坑边安装塔吊够不到那四个高层楼。土方工程一次开挖，涉及格构柱、环梁、支护、打井排水、防水、钢筋、模板、大体积砼工程量巨大，没有塔吊是无法进行这样浩大工程的。为了适应这种新的情况，必须采用全新立塔技术来适应新的施工挑战。将施工最重要大型机械塔吊安装于基坑内部，但采用什么工艺、在什么时间立塔，关系到工程的安全、质量、进度、造价和我公司施工技术实力的问题。解决方法是要找出问题，设计全新方案。2、塔吊基础问题分析2.1、工期问题，若在土方工程后在基坑底做塔吊基础连桩承台，则在最急需用塔吊时确没有塔进行土方开挖、格构柱、环梁、支护、打井排水、防水、钢筋、模板、大体积砼工程等施工。因为制作支护冠梁15d、挖土23d、塔吊承台砼养护最少28ｄ，加之立塔７ｄ（电缆架设、闸箱安装、安全防护等），总和要扔掉二个半月（80ｄ），这是关键工期的损失，安全度的损失，同时效益和公司形象的损失。地下土方工程是全工程的最危险的施工部位，与边坡变形、排水降水、雨季施工、土方塌方、工程桩位移等危险紧密关联。应以最快速度施工，脱离危险地带。要努力提高施工效率，快速完成地下工程量是至关重要的，没有垂直和水平运输工具是不可能的。要考虑塔吊的附着问题，因为拟建物是多层群房加高层，现场在整个施工期中几乎无平地可用，应特别注意塔吊的基桩、承台选择和结构安全的相关计算，同时考虑拆卸问题，若汽车吊无法靠近欲拆部位，会造成施工后的困难。立塔时还要考虑到塔吊附着问题，否则，会造成施工过程中的麻烦。考虑多机种作业，要对多塔作业、机械与建筑物的关系加以充分考虑。如塔吊与架子、支护冠梁、格构柱格构柱、外爬架、外跨电梯、卸料平台、龙门架和其它加工机械位置、安全与结构关系。安全问题，在基础施工阶段，塔吊是抢险救灾的最实用有效的机械。总之确定高效、安全、快速、方便又能抢回工期的立塔方案，就是要创造一项新技术方案，即：在地面高程无承台的逆施法新工艺来立塔。2.6、塔吊承台作用为安全性、可行性特进行如下讨论：首先讨论塔吊承台作用，承台分高承台（也称高桩承台）和低承台（也称低桩承台，包括我们要新设计埋在土中的称作隐形承台）。分析一下高、低桩台对比试验结果，决定优劣、取舍。承台有承上启下的上下结构的连接作用，并产生群桩效应的水平结构的连接作用（分为刚性和柔性连接）；承台有较大的重量，能调节建筑物或构筑物的重心，进一步调整整体稳度，阻尼水平位移和竖直沉降。高承台悬于基坑中的桩顶，一般重量70至近百吨，且塔吊自重也百吨左右。在没有承台底摩阻、侧土抗，且有塔吊冲击荷载，水平荷载，这样对基桩的腰部会产生较大的弯矩水平位移，并会有较大桩周边土扰动和后续施工结构扰动。是安全的隐患。低承台底面有摩阻和侧向土抗对抵抗水平外力的作用是明显的。有关单位所进行的单、群桩、高低桩台对比试验结果、看出群桩基础中一根基桩的平均水平承载力均比独立单桩高。3桩基础承台有摩阻与土侧抗的低承台其水平承载力比高承台提高93％，低承台底摩阻与土侧抗使水平承载力比独立单桩提高133％。由此可见，低承台底摩阻与侧向土抗力对抵抗水平外力的作用是应予考虑的。桩间土的作用不能忽视，它的重量与承台共同起调节整体稳度和重心作用，阻尼冲击荷载作用。均匀土层中桩侧阻力的分布根据建筑桩基技术规范JGJ94－94（下简称桩规范），桩侧阻力分布实质上就是土沿着桩身的极限抗剪强度或土与桩的粘着力问题。桩在极限荷载作用下，对于较软的土．由于剪切面一般都发生在邻近桩表面的土内，极限侧阻力即为桩周上的抗剪强度。对于较硬的土．剪切面可能发生在桩与土的接触面上，这时极限侧阻力要略小于土的抗剪强度。土受剪时剪应变随剪应力的增大而发展，故桩身各点侧阻力的发挥．主要决定于桩、土间的相对位移(极限位移)大量试捡和分析表明，一般当桩顶沉降在4—10mm时。侧阻力即可达极限值。根据已有资料分析，在均匀土层中侧阻力的分布大致有以下特点：对于支承于硬质岩层上的端承桩，可视桩端处为固定支承点（即假定桩端下土没有沉降），桩主要由于桩身的弹性压缩对周围的土发生剪切位移。这种位移称为弹性位移。由弹性位移产生侧阻力，如图1曲线a所示。对于软土中的纯摩擦桩(桩尖阻力近于零)，假定将桩视为刚体，当桩受荷后，桩身每一点与土之间均产生等量的剪切位移，这种位栘可称为刚性位移(或叫刺入变形，由刚性位移产生的侧阻力如图1中曲线b所示。对于中间状态的桩．即一般所称的摩擦桩（侧阻力与桩端阻力同时存在），则可认为是上述两种作用的综合，桩侧阻力的分布如图1曲线c所示．即由曲线a与曲线b叠加而成（是本工程特点，桩顶沉降允许在4—10mm）。工程经验或已有的事故调查表明。受冲击荷载或地震水平力作用下的桩基，其破坏位置，几乎都集中于桩顶或桩的上段部位．因此，在考虑冲击荷载或抗震设计时，桩上段部位的桩径直加大或加强。本项目采取相应的构造措施，是在桩顶或桩的上段部位进行后压浆工艺，形成塔吊隐形承台构造，用逆施法立塔方法。3、桩侧注浆的塔吊隐形承台原理、技术特点和适用范围桩钢筋笼上设置带单向阀的注浆管4根（或5根），在桩底注浆前数天，进行桩侧非破损注浆(不破坏保护层)，桩侧注浆阀可根据本工程土层分布特点及所计算的弯矩距桩顶距离，沿要求横断面呈花瓣形设置(如横向布4个注浆点)，并沿桩长纵向呈波形设置。设置于桩身内部的注浆钢管与钢筋笼处在同一圆周上，与加劲筋焊牢。3.1注浆压力：搅浆泵的出口应加滤网，以防水泥纸袋等杂物进入注浆管，注浆管的额定压力不低于6Mpa（主要考虑抵抗压浆的冲击荷载），流量为50~150L／min。2水灰比：通过其他工程实践结果可知，采用0.5一0.55的水灰比可获最佳的注浆效果。3.3注浆顺序：应先进行桩侧注浆，当有两个以上桩侧注浆断面时，应先上后下，3d左右之后4d再进行桩底注浆，以防浆液沿桩顶大量冒出，尤其是L／D较小的短桩更应如此。当进行群桩注浆时，宜先外后内，先上后下，以减少浆液流失。3.4形成隐形承台：压密注浆〔图2〕将极稠的浆液，在压力作用下强行挤向注浆点附近的土层薄弱区，形成隐形承台效应。如果是饱和的弱透水性土，则浆液不能产生渗入性注浆，而是在注浆点集中形成球形浆液泡．通过浆泡挤压相邻土体，注浆压力越大，球形泡半径也越大，使土体孔隙水压力升高，随着超静孔隙水压力的消散，使土体被压密。但是除非桩身上部先行桩侧注浆，形成牢固封堵，否则在稠浆、细黏土的条件下不能发生压密注浆效应，难形成隐形承台。塔吊隐形承台作用有抗弯（抗塔吊倾翻）、利用重心调整塔吊稳度、阻尼水平冲击荷载。但不抗沉降，是利用微沉降（沉降趋势）产生桩侧阻，达到抵抗沉降作用。设计沉降量6～10ｍｍ。当桩端持力层为粗粒土或虽为细粒上但桩身穿越粗粒上，或混凝土浇筑过程有离析发生时,则桩底注浆以渗入注浆为主，随后将出现桩底土一定范围的劈裂注浆(细粒土)及沿桩身向上10-20m高度的劈裂注浆。当桩端持力层及桩侧均为细粒土时，桩底注浆开始为渗入注浆，随后转化为劈裂注浆。5适用范围：此方案适用于大土方量工程一次开挖的大基坑，地下一层以上，并有多个高层建筑的工程。承台逆施法立塔方案：4.1建立立塔方案物理模形（请见图4）选择合理塔吊位置，经计算设计制定桩形、打桩，在打桩时同时将格构柱、后压浆管做入桩中。做格构柱的目的是要不破坏拟建物结构钢筋的受力。在适当时间后压浆形成隐形承台，并进行养护到设计要求。做塔桩连接组件制造，立塔、电缆架设、闸箱安装、安全防护。调试达到使用标准，投入使用。开始挖土施工，每1.25米一步不得超挖。塔吊周围先挖成浅坑，不允许挖成突出孤岛破坏群桩受力结构。在1.25米范围内做塔吊基础桩格构柱腹杆连接，形成钢承台的群桩效应受力结构。4.2立塔方案工艺构思：制定方案审核报批收集地质、、环境、拟建物图纸参数信息、设计桩形和结构。确立每台塔位置，（综合考虑：拆塔、附着、多塔、多机种作业的安全性、可行性和与拟建物的结构关系）放线、定点座标。制定方案审核报批收集地质、、环境、拟建物图纸参数信息、设计桩形和结构。确立每台塔位置，（综合考虑：拆塔、附着、多塔、多机种作业的安全性、可行性和与拟建物的结构关系）放线、定点座标。桩侧压浆后养护28天做试块效核强度，塔桩连接组件制造。打桩后1－4周内做桩侧压浆隐形承台图纸交底、打桩桩侧压浆后养护28天做试块效核强度，塔桩连接组件制造。打桩后1－4周内做桩侧压浆隐形承台图纸交底、打桩挖土施工1.25米一步不得超挖。塔吊周围先挖成浅坑，不允许挖成突出孤岛破坏群桩受力结构。在1.25米范围内做塔吊基础桩格构柱腹杆连接形成钢承台的群桩效应受力结构。立塔、电缆架设、闸箱安装、安全防护。调试达到使用标准，投入使用。挖土施工1.25米一步不得超挖。塔吊周围先挖成浅坑，不允许挖成突出孤岛破坏群桩受力结构。在1.25米范围内做塔吊基础桩格构柱腹杆连接形成钢承台的群桩效应受力结构。立塔、电缆架设、闸箱安装、安全防护。调试达到使用标准，投入使用。随基础底板大体积砼施工，将塔吊基础钢承台格构柱一体浇筑，成形基础底板塔吊承台。土方工程进行到基坑底部标高时对格构柱做钢承台阻水结构。随基础底板大体积砼施工，将塔吊基础钢承台格构柱一体浇筑，成形基础底板塔吊承台。土方工程进行到基坑底部标高时对格构柱做钢承台阻水结构。4.3针对立塔物理模形图的详细构思计算：格构柱砼灌注桩：格构柱砼灌注桩的钢结构格构柱，按《钢结构设计规范》(GB50017-2003)设计：格构柱截面的力学特性：格构柱的截面尺寸为0.40×0.40m；主肢选用:16号角钢b×d×r=160×14×16mm；缀条选用:6.3号角钢b×d×r=63×6×7mm；主肢的截面力学参数为A0=43.30cm2，Z0=4.47cm，Ix0=1048.36cm4，Iy0=1048.36cm4；缀条的截面力学参数为At=7.29cm2；格构柱截面示意图5格构柱的y-y轴截面总惯性矩：格构柱的x-x轴截面总惯性矩：经过计算得到：Ix=4×[1048.36+43.30×(40/2-4.47)2]=45962.11cm4；Iy=4×[1048.36+43.30×(40/2-4.47)2]=45962.11cm4；格构柱的长细比计算：格构柱主肢的长细比计算公式：其中H──格构柱的总高度（长度），取14.00m；I──格构柱的截面惯性矩，取,Ix=45962.11cm4，Iy=45962.11cm4；A0──一个主肢的截面面积，取43.30cm2。经过计算得到x=85.94,y=85.94。换算长细比计算公式：其中A──格构柱横截面的毛截面面积，取4×43.30cm2；5、QT80A型塔吊基本参数：自重(包括压重)F1=1322.00kN,最大起重荷载F2=80.00kN塔吊倾覆力距M=2289.00kN.m,塔吊起重高度H=150.00m,塔身宽度B=1.7m桩直径d=0.70m,桩间距a=1.75m（重点考虑塔身宽度）,基础埋深D=0.00m（主要考虑最不利塔吊稳度因素）,保护层厚度:50mm。塔吊基础连接组件顶面的竖向力与弯矩计算塔吊自重(包括压重)F1（150米）=1322.00kN；F1（10米）=912KN（独立塔）-标准节重8.53KN×12节=809.64kN塔吊最大起重荷载F2=80.00kN作用于桩基连接组件顶面的竖向力F（150米）=1.2×(F1+F2)=1682.40kNF（10米）=1.2×(809.64+80)=1067.57kN塔吊的最大倾覆力矩M（150米）=1.4×6、注意事项6.1要特别注意塔吊垂直度、沉降的测量，应有应急处理方案。6.2注意塔吊要有良好接地，地极要在打桩时一起做好。在土方开挖前做电闸箱，布缆。6.3格构