苏鹏飞，黄伟，王景明，杨匀氨
（中建四局土木工程有限公司深圳分公司，广东深圳，518000）
摘要：设置塔吊位置考虑到垂直运输、场地需求等因素，实际塔吊基础的设置会存在与原有筏板多桩承台基础呈现嵌入关系。因此本文以云筑花园2-8幢、地下室B区项目为例，对此方面进行分析和研究，在地下室基础结构上，灵活应用筏板及多桩承台结构进行塔吊基础的选型和布设。
关键字：筏板多桩承台；嵌入关系；选型和设置
引言：考虑结构设计时，筏板多桩承台本身就存在富余承载力，在承台效应下，多桩承台承载力余量更大。本工程单桩静压桩施工均达到5500KN以上，即实际单桩承载力特征值比设计要大1150KN以上。
1.工程概况
本工程包含6幢住宅+1栋幼儿园+2层地下室，建筑面积约116031m2，结构高约99m。根据施工运输需要，现场布置3台塔吊（2台W6013-6A(1#\2#)、1台T6513-8B(3#)），其中1#塔吊基础处筏板无承台结构，2#塔吊基础处存在筏板六桩承台，3#塔吊基础处存在筏板三桩承台。
2.重难点分析
（1）根据地勘报告，1#基础承台埋深范围土层为粉质黏土；2#基础承台埋深范围土层为粉质黏土底部，淤泥质黏土顶部；3#基础承台埋深范围土层为淤泥质土。地基承载力特征值均在60～80kpa之间，原状土体承载性差，须选用合适的塔吊基础结构形式。
（2）塔吊基础定位后，存在原有筏板多桩承台嵌入塔吊基础的情况，必须考虑对塔吊基础的影响作用，并进行相应基桩优化。
3.方案设计
3.1设计思路
按照所在天然地基承载力和地层的厚度，分为三类：
一、直接利用天然地基做塔吊承台：适用于土质条件较好的场地，塔吊承台埋深范围内稳定原土层最薄处≥2.0m ，地基承载力特征值≥190kPa 。二、换填垫层作为地基承载塔吊承台：适用于土质条件较差的场地，如果直接利用天然地基，则不能够满足塔吊承台对地耐力的要求，需采用承载力≥190kpa的垫层材料将塔吊承台以下部分原土层加以置换, 换填垫层的厚度及平面范围须经验算确定。三、利用桩基承载塔吊承台：适用于土质条件差的场地，且在塔吊承台埋深适用范围内且不满足上述要求的情况下，选用与地下室筏板工程桩同类型桩型作为塔吊承台地基以利于施工方便，原则上，桩数≥4根，以作为塔吊基础的承载桩。
本工程根据塔吊位置所在土层的参数和基础工程桩类型，1～3#塔吊基础选用四根管桩承载塔吊承台的结构模型。考虑存在筏板多桩承台嵌入塔吊基础的情况，按所在位置的不同，分为三种情况：
一、不在塔吊基础承台范围内：现场按原塔吊设计基础结构进行施工。二、嵌入塔吊承台范围（不影响塔吊基础桩施工）：多桩承台对塔吊基础的影响小，采取先绑扎多桩承台钢筋，再按塔吊设计基础承台钢筋下料，钢筋锚入长度和搭接长度按设计和规范要求。三、嵌入塔吊基础桩位置：在多桩承台中补桩，造成桩浪费。
结合实际，利用嵌入的筏板多桩承台桩基等效替代此位置一根塔吊承台的基桩。借用原结构，需验算此多桩承台的桩承载力，是否满足设计要求。
3.2方案确定（塔吊基础设计的相关参数）
（1）桩基要求：采用四管桩桩基，桩端进入持力层≥1.5m，持力层为强风化泥质粉砂岩。管桩PHC（抗拔桩），外径φ500，壁厚125，桩混凝土等级C80。桩头纵向插筋6C20，交叉钢筋3C8（用于固定纵向插筋），C35微膨胀砼。
（2）承台规格：（W6013）5.5×5.5×1.35m\（T6513）5.8×5.8×1.35m。砼：C35（P8），垫层C20混凝土，厚度100mm。钢筋：（W6013）承台上下层钢筋纵横向各29-C25，竖向连接钢筋225根C12-1120；（T6513）承台上下层钢筋纵横向各33-C25，竖向连接钢筋289根C12-1470。
1#塔吊：桩心与承台中轴线垂直距离为2m，即桩心距4m（除对角外），以保证四桩形心与塔身截面中心重合。桩长约13.68m（按照地勘钻孔，桩端进入持力层1.5m），持力层为强风化泥质粉砂岩。
2#塔吊：钢筋锚入CT6承台长度≥800mm。桩基为三管桩＋CT6承台桩基（等效一根塔吊基础桩（几何中心重合））。桩心（CT6中心）与承台中轴线垂直距离为2m，即桩心距4m（除对角外），以保证CT6和三桩的形心与塔身截面中心重合。桩长约12.04m（桩端进入持力层1.5m）。
3#塔吊：钢筋锚入CT3承台长度≥800mm。桩基为三管桩＋CT3承台桩基（等效一根塔吊基础桩（几何中心重合））。桩心（CT3中心）与承台中轴线垂直距离为1.53m，即桩心距3.06m（除对角外），以保证CT6和三桩的形心与塔身截面中心重合，桩长约12.42m（桩端进入持力层1.5m）。
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4.受力分析
塔吊基础上部作用效应的竖向作用力分配至各基桩受力如下图：
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4.1单桩竖向承载力特征值
按照《建筑地基基础设计规范》，地基土的物理力学指标与承载力参数等经验关系估算单桩竖向承载力特征值的公式：Ra＝uΣqsiali＋qpaAp，当未进行单桩抗拔实验又无可靠经验时，单桩抗拔承载力特征值可按下式估算：Rla＝uΣλiqsiali＋G0。
根据地勘报告和规范中各岩土相关参数，估算塔吊附近管桩单桩竖向承载力特征值Ra（KN）：（ZK88=1965.60、ZK122=1763.71、ZK131=1707.22），抗拔承载力特征值Rla（KN）：（ZK88=748.30、ZK122=604.68、ZK131=575.32）。均大于设计要求的单桩竖向承载力特征值1600KN，单桩抗拔承载力特征值310KN。根据桩检报告，实际单桩静载施压压力值达到5500KN（特征值≥2750KN）。
4.2桩身承载力设计值
根据《建筑桩基技术规范》PHC管桩结构竖向承载力设计值为：Rp＝4190KN，且正截面受拉承载力应符合下式：N＜fpyAps=701.378kN。
4.3塔吊模型基础桩承载力验算
1～2#和基础模型相同（2#嵌入1个CT6桩承台），因此塔吊基础桩桩顶作用效应计算如下。荷载效应标准组合：轴心竖向力作用（Qk=382.659kN）偏心竖向力作用（Qkmax=730.027kN、Qkmin=35.291kN），荷载效应基本组合：轴心竖向力作用（Q=478.305kN）偏心竖向力作用（Qmax=947.252kN、Qmin=9.358kN）
经过验算，结合公式估算的竖向承载力特征值、抗拔承载力特征值(ZK88、ZK122)，结合实际检测出的数据：Ra＞Qk，1.2Ra＞Qkmax，Rla＞—Qkmin，Rp＞Qmax，fpyAps＞—Qmin，均满足管桩桩身承载力设计要求。
3#模型基础桩桩顶作用效应如下。荷载效应标准组合：轴心竖向力作用（Qk=420.188kN）偏心竖向力作用（Qkmax=1052.63kN、Qkmin=212.262kN），荷载效应基本组合：轴心竖向力作用（Q=420.188kN）偏心竖向力作用（Qmax=1378.48kN、Qmin=329.129kN）
经过验算，结合公式估算的竖向承载力特征值、抗拔承载力特征值(ZK131)，结合实际检测出的数据：Ra＞Qk，1.2Ra＞Qkmax，Rla＞—Qkmin，Rp＞Qmax，fpyAps＞—Qmin，均满足管桩桩身承载力设计要求。
3.4嵌入塔吊基础的多桩承台桩承载力验算
（1）嵌入塔吊基础的CT6桩承载力验算：塔吊承台对CT6承台的作用效应近似等效于单根2#塔吊基础模型基桩桩顶作用效应。
荷载效应标准组合竖向作用力下：Gkmax/n＝ Nkmax＜1600KN
1）分配到CT6各基桩桩顶的竖向作用力如下。荷载效应标准组合：（Fkmax=Qkmax/n=121.671kN、Fkmin=Qkmin/n=5.882kN）；荷载效应基本组合：（Fmax=Qmax/n=157.875kN、Fmin=Qmin/n=1.560kN）；
2）结构设计采用模型中的轴力G（竖向作用力）确定承台中桩基根数：Gmax/n＜R'a；—Gmin/n＜R'la：R'a为单桩设计竖向承载力特征值1600KN；R'la单桩设计抗拔承载力特征值310KN。
荷载效应基本组合、标准组合竖向作用力下
（Gmax）Gkmax/n＝ Nkmax＜1600KN；—（Gmin）Gkmin/n＝—Nkmin＜310KN
3）验算各基桩竖向承载力
富余竖向抗压承载力：
Ra估算—Nkmax—Fkmax＞1763.71—1600—121.671＝42.039KN＞0，满足。
Ra桩检—Nkmax—Fkmax＞2750—1600—121.671＝1028.329KN＞0，满足。
富余抗拔承载力：Rla估算—（—Nkmin）—（—Fkmin）＞604.68—310＋5.882＝300.562KN＞0，满足。
4）验算各基桩身承载力
桩身结构富余抗压承载力：Rp—Nmax—Fmax＞4190—1600—157.875＝2432.125KN＞0，满足。
桩身正截面富余受拉承载力：fpyAps—（—Nmin）—（—Fmin）＞701.378—310＋1.560＝392.938KN＞0，满足。
（2）嵌入塔吊基础的CT3桩承载力验算：塔吊承台对CT3承台的作用效应近似等效于单根3#塔吊基础模型基桩桩顶作用效应。
1）分配到CT3各基桩桩顶的竖向作用力如下。荷载效应标准组合：（Fkmax=Qkmax/n=350.879kN、Fkmin=Qkmin/n=70.754kN）；荷载效应基本组合：（Fmax=Qmax/n=459.495kN、Fmin=Qmin/n=109.710kN）；
2）结构设计采用模型中的轴力G（竖向作用力）确定承台中桩基根数：Gmax/n＜R'a；—Gmin/n＜R'la （Gkmin/n＝—Nkmin＜310KN)
荷载效应基本组合竖向作用力下：Gmax/n＝ Nmax＜1600KN；—Gmin/n＝—Nmin＜310KN
3）验算各基桩竖向承载力
富余竖向抗压承载力：Ra估算—Nkmax—Fkmax＞1707.22—1600—350.879＝—243.659KN。
Ra估算为承载力估值，根据桩检报告，最终承载力特征值验算如下：
Ra桩检—Nkmax—Fkmax＞2750—1600—350.879＝799.121KN＞0，满足。
富余抗拔承载力：Rla估算—（—Nkmin）—（—Fkmin）＞575.32—310＋70.754＝336.074KN＞0，满足。
4）验算各基桩身承载力
桩身结构富余抗压承载力：Rp—Nmax—Fmax＞4190—1600—459.495＝2130.505KN＞0，满足。
桩身正截面富余受拉承载力：fpyAps—（—Nmin）—（—Fmin）＞701.378—310＋109.710＝501.088KN＞0，满足。
综上经验算，1～3#基础承台受剪切、受冲切、以及承台配筋验算均满足要求。
5.监测及注意事项
塔吊采取全周期的监测。安装前，在塔吊基础管桩对应承台上四个位置布置沉降观测点（嵌入筏板承台管桩对应位置同样设置沉降观测点）。采用水准仪（基础沉降）和全站仪（塔身位移）对监测，并测量高程作为沉降观测的初始值。
注意事项：管桩桩端进入强风化泥质粉砂岩深度≥1.5m。塔吊基础周边严禁堆载，排水措施（防积水），设置围挡（预防安全事故）。预留钢筋的搭接长度，塔吊承台浇筑混凝土，四周（包括嵌入的多桩承台）预设止水钢板和收口网。安装时，塔吊基础的砼强度达到设计强度80%以上；使用时，确保强度达到100%的设计强度。
结束语：
因此塔吊基础施工，利用嵌入塔吊基础的筏板多桩承台桩基富余承载力代替一根塔吊基础设计管桩，以承担一部分塔吊设备和承台荷载作用，不仅可以节省施工管桩工期及一次性投入的费用，在安全质量方面也满足要求，对同类项目具有较大的借鉴和推广作用。
参考文献：
[1]《建筑地基基础设计规范》 [S] GB50007-2011.
[2]《建筑地基基础设计规范》 [S] DBJ15-31-2016.
[3]《建筑桩基技术规范》 [S] JGJ 94-2008.
[4]《建筑地基处理技术规范》 [S] JGJ79-2012.
[5]（常见塔吊基础设计及验算） [J] 江苏建筑 2016增刊.