某重点工程塔吊基础施工方案，施工方案编制及基础设计

　　本文以某重点工程塔吊基础施工方案为例，讲解塔吊基础施工方案的编制依据、工程地质情况分析、塔吊的选择及平面布置、塔吊基础设计等方面知识，希望给予同行人士以帮助。

一．编制依据

1.1 编制目的

　　该项目基础及地下室结构工程位于成都市青羊区。项目占地面积 37557 平方米，地下室建造面积约为122440 平方米。 地块由四栋塔楼及裙房组成，设四层地下室，四栋塔楼包括一栋酒店、一栋办公楼及两栋住宅。裙房及一层地下室为商场、余下三层地下室及地下室夹层为停车场、后勤区及机电设备用房。地库和裙楼的结构体系为现浇钢筋混凝土框架结构。

　　根据现场实际施工需要以及现场施工工序的穿插安排工作，为了保证塔吊 基础与土方清理、垫层浇筑的同步协调，特编制本方案用于指导现场塔吊基础的施工工作。 根据本工程的特点，本工程现场将配置 5 台塔吊进行配套施工，用于地下室结构工程及未来主体工程的使用。塔吊将安放与地下室底板上，塔吊基础将设置于筏板混凝土内。本次方案编制仅针对2、4、5 号塔吊基础进行编制。

1.2 编制依据

2）业主提供的工程招标及审查图纸（建施、结施、水施、电施、设施）；
3）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）；
4）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；
5）自升式塔式起重机使用说明书；

二．工程概况

2.1 建筑概况

　　场地面积约为37557 ㎡，主要由4 栋超高层建筑组成，各建筑物工程概况见下表： 建筑物工程概况 序号 建筑物 名称 结构 类型 层数 高度（m） 建筑物基础 型式 预计埋深（m） 地上 地下 1 A 栋 框剪 36 4 185.0 筏板 约22 2 B 栋 框剪 28 4 143.0 筏板 约22 3 C 栋 框剪 53 4 190.80 筏板 约22 4 D 栋 框剪 53 4 190.80 筏板 约22 5 纯地下室 框剪 / 4 / 独立 约22

　　根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）第3.3.1 条、第3.3.2 条及第 3.3.3 条拟建建筑工程重要性等级为一级，场地的复杂程度等级为二级，地基的复杂程度等级为二级；根据《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72-2004），该岩土工程勘察等级为甲级。

2.2 工程地质情况

　　塔吊基础埋设土层：

（1）第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl) ⑥-4 密实卵石：卵石粒径一般5～10cm，最大粒径大于15cm，卵石含量＞ 70%。
（2）白垩系上白垩统灌口组泥岩（K2g）

　　⑦-1 中等风化泥岩：紫红色，岩质较硬，主要矿物成分为粘土矿物，节理裂隙较发育，节理面可见灰白色、绿灰色次生粘土矿物，岩芯呈短柱状或长柱状，手掰不易碎，岩体基本质量等级Ⅴ级，层厚0.7~5.4m。
　　⑦-2 微风化泥岩：紫红色，颜色较新鲜，岩质硬，巨厚层构造，块状结构，主要矿物成分为粘土矿物，节理裂隙发育一般，岩芯呈长柱状，岩体基本质量等级Ⅳ级。

　　塔吊基础土层性能： 根据地勘报告显示，采用独立基础，地基承载力特征值按下表取值： 基础持力层 修正后的地基承载力特征值f a （kPa） 稍密卵石层 1051.50 中密卵石层 1231.50 密实卵石层 1581.50 中风化泥岩 1331.50 微风化泥岩 1531.50 根据补堪报告显示，中风化岩石的天然抗压强度标准值为3.14MPa，饱和抗压强度标准值为 2.21MPa；微风化岩石的天然抗压强度标准值为 6.41MPa，饱和抗压强度标准值为3.87MPa。 2、4、5 号塔吊基础地质条件见下图 A4 3.40 k 2g k 2g 微风化泥岩 D16 3.60 k 2g 微风化泥岩 C9~D18 Q 4 al+pl k 2g 微风化泥岩

2.3 塔吊选型

　　本工程需要最高吊装高度为约为232.8m，根据目前合同要求，本次塔吊安装主要以地下室结构施工为主，同时兼顾未来地上塔楼施工的要求， 除了吊装土建工程材料外、还需对钢柱构件，玻璃幕墙、各种临时及永久的机电设备的吊装需要，根据钢构件的分布特点以及重量、各楼层需要吊运材料的工作量，我们拟定5 台塔吊作为主要吊装设备。塔吊编号分别为1~5 号塔吊.

该工程的塔吊选择及平面布置主要遵循以下几项原则：

　1 覆盖原则

　　该工程地下室单层面积约 3.7 万m2,在地下室施工阶段，首先考虑尽量覆盖地下室结构施工区域和地上的塔楼区域，以减少人工搬运，提高施工工效。

　2 满足材料运输原则

　　该工程地下室钢筋总量约为27000t，另外还有大量的周转架料、半成品需要从场外转运。而工程场地十分狭窄，因此需配置起重量大，臂长稍长能够覆盖施工区域及进出口的塔吊。该工程型钢结构构件较多，钢结构量约为 2600t，钢结构柱截面较大，最重约为2.3t/m，塔吊的起重量需满足钢结构吊装的要求。

　3 尽量避开地下室框架结构（后浇带、框架梁、框架柱）

　　该工程场地狭窄，单层面积大，为了满足材料运输的需要，塔吊 均需要布置在地下室范围内，在布置的过程中尽量避开后浇带、框架梁、框架柱，以较少对结构的影响，同时为施工创造便利条件。

　4 避让原则

　　该工程地下室结构施工阶段，塔吊无法进行附着，因此塔吊的自立高度需要错开，塔吊基础埋深约为-22m，周边高压线高度约为 10m，因此部分塔吊需要进行限位，以免对周边建筑物和高压电线以造成影响。客观因素分析： 影响塔吊选择及布置的客观因素一览表 序号

客观因素分析及对策

　1 地下室单层建筑面积约 3.7 万平方米，需要覆盖的面积大。 根据常规施工经验，地下室施工阶段，一台塔吊的所能覆盖的施工面积为5000m2～6000m2，故地下室施工阶段需要的塔吊的数量为5 台，方能满足地下室结构施工的需要。
　2 地下室结构4 层，框架结构对塔吊标准节的位置有影响。 为了避免影响结构施工，在塔吊的安装前，应先对标准节的位置进行规划，尽量使标准节的位置避开框架柱及框架梁的位置。
　3 塔吊的选择和定位受周边环境因素影响大。 该工程场地狭窄，建筑离场地的距离近，基坑深度 22m，在地下室施工阶段，由于需要布置5 台塔吊，塔吊均不具备附着条件，塔吊群必须错开高度以避免相互之间的影响，因此需要选择自立高度较高的塔吊。
　4 塔吊拆除受影响。 由于地下室和塔楼结构施工的需要，为了最大程度的覆盖施工区域，部分塔吊需要布置在裙楼地下室范围内。地下室结构封顶后将结构楼板加固后采用汽车吊拆除塔吊。
　5 电力架空线的影响。 围墙四周均有电力架空线，离基坑底的高度约30m，1 号、 2 号、4 号、5 号塔楼的塔吊布置在水平和垂直方向均应考虑远离高压线一定的距离，高度方向应高出高压线10m 左右。同时均进行限位使用。
　6 型钢构件吊装。 塔吊的选型和布置需要钢构件的吊装。该工程钢构件最大重量约为2.3t/m，塔吊在端部的起重量需要满足吊装的需要。故需选用吊重量较大的塔吊。

根据以上客观条件，塔吊选型如下：

　　塔吊选型一览表 序号 编号 型号 臂长 端部起重量 最大起重量 安装高度 标准节大小 建筑高度 主体施工（参考） 标准节高度 1 1 号 QTZ160 65m 1.7t 10t 42.7m 2m×2m 185 米 217 米 2.8m 2 2 号 C6018 60m 1.8t 10t 50.8m 2m×2m 143.8 米 185.8 米 3m 3 3 号 F0/23C 50m 2.3t 10t 36.8m 1.6m× 1.6m 36.35 米 70 米 3m 4 4 号 C7030 70m 2.7t 16t 43.5m 2m×2m 190.8 米 232.8 米 3m 5 5 号 C7030 70m 2.7t 16t 46.5m 2m×2m 190.8 米 232.8 米 3m

　　注：本方案只针对2、4、5 号塔吊编制塔吊基础方案，其他塔吊基础方案另行编制。 考虑到周边可用场地有限，且塔楼底板钢筋量较大，地上钢构件、模板、钢管扣件等数量较多，1~5 号塔吊在塔楼底板及地下施工阶段即行安装。 根据地下室筏板结构设计情况，现场塔吊基础利用结构筏板结构，只在筏板局部做加深处理。对于遇有后浇带，将后浇带绕过塔吊基础，预留的施工缝后期与后浇带一起再行处理。膨胀加强带处按照设计总说明膨胀加强带大样进行施工。为保证结构安全，塔身尽可能避开框架梁柱部位，在个别穿越部位对梁板另作支撑加固。

　　依据业主提出的总体建设目标、结合现有的施工图纸和现场条件，本着“合理利用空间和平面、优化总体施工进度计划、科学合理部署”的原则，现将塔吊 基础确定如下： 塔吊基础选型表 编号 塔吊型号 基础型号 (m) 面筋 底筋 拉钩钢筋 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 塔吊基础施工方案 7

三．塔吊基础设计

4.1 塔吊机械性能

　　查阅塔吊厂家提供的使用说明书，本工程相关技术参数取值如下： 塔吊 编号 塔吊型号 臂长 (m) 独立高度(m) 工作工况 非工作工况 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 地基承载力计算和稳定性计算

4.2.1 计算公式

1）抗倾覆计算 （1）为使基础稳定，塔式起重机不致倾翻，在各种情况下要求偏心距满足下列条件： e=（M+ET×h）/（P+G）≤1/3B 式中： e—偏心距（m） M—作用于塔身底部的弯距（KN·m） ET—作用于塔身底部的水平力（KN） h—基础底厚（m） P—塔式起机自重（KN） G—砼基础自重（KN） B—砼基础边长（m） 塔吊基础施工方案 8 ET M P P+G Pmax 塔吊砼基础 塔吊标准节
2）地基承载力计算 e＞B/6 Pmax=[2×（P+G）]/（3×L×C）≤f 式中：f—地基允许承载力；C—等于L/2-e。
3）基础抗冲切计算 Fl≤0.7×β hp×ft×am×h0 Β hp—受冲切截面承载力高度影响系数 Ft—混凝土轴心抗拉强度设计值 am—冲切破坏椎体最不利一侧计算长度 h0—基础冲切破坏椎体的有效高度 塔吊基础施工方案 9

4.2.2 基础尺寸选择及力学验算

（1） 2 号塔吊 选择基础截面尺寸为：长×宽×高= 6.45m×6.45m×1.30m 2 号塔吊基础定位图 抗倾覆计算： 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 地基承载力计算 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（中风化泥岩承载力） 受冲切承载力验算 塔吊基础施工方案 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时β hb=1.0，h≥2000mm 时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 满足要求。

（2）4 号塔吊 选择基础截面尺寸为：长×宽×高= 5.9m×5.9m×1.5m 塔吊基础施工方案 11 抗倾覆计算： 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 地基承载力计算 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（根据地勘报告显示，中风化泥岩承载力小于密实卵石层承载力） 受冲切承载力验算 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时β hb=1.0，h≥2000mm 时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 满足要求。 塔吊基础施工方案 12 因4 号塔吊靠近边坡，需对边坡稳定性进行计算。 4 号塔吊基础与基坑关系图 天然放坡支护 ----------------------------------------------------------------------
[ 基本信息 ]

规范与规程 《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-99 基坑等级 二级 基坑侧壁重要性系数γ 0 1.00 基坑深度H(m) 6.000 放坡级数 1 超载个数 1

[ 放坡信息 ]

坡号 台宽(m) 坡高(m) 坡度系数 1 0.000 4.900 1.000

[ 超载信息 ]

超载 类型 超载值 作用深度 作用宽度 距坑边距 形式 长度 序号 (kPa,kN/m) (m) (m) (m) (m) 1 250.000 0.700 5.900 5.000

[ 土层信息 ]

土层数 1 坑内加固土 否 内侧降水最终深度(m) 8.000 外侧水位深度(m) 8.000

[ 土层参数 ]

层号 土类名称 层厚 重度 浮重度 粘聚力 内摩擦角 粘聚力 内摩擦角 (m) (kN/m3) (kN/m3) (kPa) (度) 水下(kPa) 水下(度) 1 微风化岩 8.00 24.0 14.0 200.00 30.00 200.00 30.00

[ 设计结果 ]
[ 整体稳定验算 ]

塔吊基础施工方案 14 天然放坡计算条件: 计算方法：瑞典条分法 应力状态：总应力法 基坑底面以下的截止计算深度: 0.00m 基坑底面以下滑裂面搜索步长: 5.00m 条分法中的土条宽度: 1.00m 天然放坡计算结果: 道号 整体稳定 半径 圆心坐标 圆心坐标 安全系数 R(m) Xc(m) Yc(m) 1 3.226 8.944 1.920 9.836 2 2.935 11.576 -0.145 11.575 边坡稳定性满足要求 （3）5 号塔吊 选择基础截面尺寸为：长×宽×高= 5.9m×5.9m×1.30m（因该塔吊标准节距离基础边缘最短距离为 1.6m，因此该塔吊为偏心，塔吊标准节中心与塔吊基础的中心偏移350mm）