浅谈深水深埋式承台塔吊基础设置关键技术

浅谈深水深埋式承台塔吊基础设置关键技术

王伟

中交二公局第五工程有限公司

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摘  要：本文以珠海市鹤洲至高栏港高速公路（二期工程）鸡啼门特大桥主墩塔吊基础为依托，通过在44#墩、45#墩塔吊基础、施工中收集资料，总结形成了一套结构合理、安全性高的深水塔吊基础设计方案与施工工艺，为类似施工项目提供借鉴。

关键词：深水 塔吊基础 设计 施工

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1 工程概况

珠海市鹤洲至高栏港高速公路二期工程HGTJ5标鸡啼门特大桥横跨鸡啼门水道东西两岸，主桥上部结构为（60+110+200+110）m连续刚构桥（42#墩～46#墩），其中鸡啼门特大桥44-45#主墩位于鸡啼门水道内，每个主墩承台上各安装1台QTP160(6515)塔机，共计2台塔机，主要服务于各主墩墩身和各段现浇箱梁的施工，亦可辅助完成作业范围内的其他吊装任务。由于桥墩承台位于海平面以下，为方便塔机的安装调试以及后期维护工作，两个主墩塔机均通过定制底盘及钢架基础安装于左右幅桥墩承台之间的位置（承台之间的间距为5.35m）。定制底盘由塔机制造单位进行厂内制作，钢架基础进行现场制作（应按海洋环境做好钢结构表面涂装），塔吊基础采用在左右幅承台上预埋钢板，在预埋钢板上采用地脚螺栓加焊接的方式设置钢管桩加承重梁，将塔吊基础设置在海平面以上方便后期进行维护。

图1塔吊基础布置图

2 塔吊基础设计验算

2.1 荷载参数

管桩所承担的重量包括塔吊的自重、基础结构自重、水流力、起重的重力矩。

（1）基础结构自重

     电算程序自行计算。

（2）塔吊自重、基础反力

（3）水流力

2.2 荷载工况

根据荷载作用分为4个个工况

工况一：工作状态，起重臂作用于x/y轴；

工况二：工作状态作用于对角线；

工况三：非工作状态，起重臂作用于x/y轴；

工况四：非工作状态作用于对角线。

荷载组合：1.2基础自重+1.4塔吊反力

2.3 构件验算

2.3.1 承重梁

计算采用MidasCivil软件进行计算，承重梁采用2HN700×300型钢，最大跨径7000mm，其组合应力：型钢所受最大组合应力124.06Mpa< f=215Mpa；剪应力：型钢所受最大剪应力为40.37Mpa，各项计算结果均满足要求。

2.3.2 钢管混凝土

⑴ 套箍系数

式中：

——钢管混凝土构件的套箍系数；

——钢管混凝土构件的含钢率；

——钢管的面积，mm2；

——混凝土的面积，mm2；

——钢材的抗压强度设计值，MPa；

——混凝土的抗压强度设计值，MPa。

⑵ 其受剪设计值

式中：

——钢管混凝土构件的受剪力设计值，N；

——钢管混凝土构件的含钢率；

——钢管混凝土受剪设计值，MPa;

——钢管混凝土构件的截面面积，mm2。

⑶受扭设计值

式中：

——钢管混凝土构件的受扭设计值，Nmm；

——对应实心钢管混凝土构件的截面受扭模量，mm3；

——钢管混凝土受剪设计值，MPa;

——等效圆半径，mm。

⑷ 受弯设计值

式中：

——钢管混凝土构件的受弯设计值，kNm；

——守望构件的截面模量，mm3；

——钢管混凝土抗压强度，MPa；

——塑性发展系数取1.2；

——空心率，对于实心构件取0；

——钢管混凝土构件的套箍系数,0.56；

——等效圆半径，mm。

——空心半径，对于实心构件取0，mm；

B、C——截面形状对套箍效应的影响系数，按表1取值；

——混凝土的抗压强度设计值，19.1MPa。

表1 截面形状对套箍效应的影响系数取值表

⑸轴心受压稳定设计值

式中：

——钢管混凝土柱轴心受压稳定力，kN；

——钢管混凝土短柱轴心受压强度设计，N；

——钢管混凝土构件的弹性模量；

——钢管混凝土轴压弹性模量换算系数，按表2取值；

——钢管混凝土构件的截面面积，mm2；

——钢管混凝土抗压强度，MPa；

——长细比；

——正则长细比；

——轴心受压构件稳定系数。

表 2 轴压弹性模量换算系数kE值

⑹ 承载力计算

稳定性满足要求。

2.3.3 薄壁钢管桩

稳定性满足要求。

2.3.4 桩间联系结

2.3.5 牛腿

经计算平面外稳定性结果均满足要求。

2.3.6 限位框

承重梁与桩头之间用两片钢板制成方框，钢板框底部有380mm插入钢管中，与钢管壁焊接连接。钢板框与钢管壁的受力焊缝有8条，每条长380mm，受力方向与焊缝平行，立柱最大拔力为632.9KN，每条受力632.9/8=79.11kN。焊缝采用8mm角焊缝。

根据角焊缝的构造要求，焊脚尺寸不得小于，t为较厚焊件厚度，同时也不得大于较薄焊件厚度的1.2倍：

角焊缝焊脚高度，设计。

有效焊缝长度：。

钢板框截面最小处宽度190mm，厚度20mm，柱顶钢板框最薄弱处截面积为4×190×20=15200mm2。受最大拉力为632.9kN，故计算应力为632.9×1000/15200=41.6Mpa≤215 Mpa，强度满足要求。

2.3.7 柱脚焊缝

式中：

——作用于连接处的弯矩、轴心力和剪力；

——有效焊缝长度，按实际焊缝长度减去2hf计算；

——有效焊高，取0.7；

——正面角焊缝的强度设计值增大系数取。

W——焊缝截面刚度，6546022mm3；

A——焊缝截面积，36074mm2

满足要求。

2.3.8 预埋件

预埋件采用HRB400E级φ25螺纹钢筋。

螺杆最大受力

螺杆容许受力

故受力满足要求。

锚固长度

4 施工关键技术

4.1 预埋件施工

钢管桩基础通过预埋件与承台连接，锚杆采用HRB400E的φ25钢筋，锚固深度大于74cm；锚杆端部弯折135°弯钩，弯曲半径100mm（4d），弯后直段125mm（5d）；锚杆弯钩通过搭接钢筋与承台主筋连接。

图2 预埋件平面图

图3 预埋件立面图

4.2 钢管桩施工

钢管桩施工前，完成管身刷漆和桩顶混凝土加固。混凝土加固范围为桩顶向下1m，混凝土标号为C30。

承台养护7天后进行钢管桩施工。首先采用双螺母将锚板固定在锚杆上；然后将钢管桩竖直吊起，调整平面位置和垂直度，待平面误差和垂直度满足要求后，将钢管桩与锚板焊接固定，焊接采用角焊缝；钢管桩固定完成后，焊接肋板，肋板采用围焊。

钢管桩焊接工艺焊缝高度均为8mm，质量等级均为2级。钢管桩施工完成后，对焊缝、螺栓等部位进行刷漆防腐。

4.3 平联施工

平联采用325*4mm钢管，依据顶底部自由端1.5m，标准步距4.0m原则进行布置；顶层平联采用[]20b斜撑，其余平联不设置斜撑。

图4 顶层平联布置图

图5 非顶层平联布置图

图6 剪刀撑布置图

4.4 承重梁施工

承重梁施工前，在桩顶焊接牛腿板，每根钢管桩焊接4块，牛腿板与承重梁腹板对齐；H700*300型钢依据塔吊地脚尺寸进行开孔并焊接[]40b牛腿。

承重梁采用2H700*300型钢，桩顶和塔吊支腿处采用H450*200型钢平联，工22b型钢剪刀撑。承重梁宜采取后场加工成型，现场整体吊装进行施工，安装完成后，[]40b牛腿通过节点板与钢管桩链接。

承重梁均采用8mm角焊缝，质量等级要求3级。

图7 承重梁平面图

图8 基础立面图

图9 承重梁开孔布置图

4.5 施工重点

1、对进场材料核对牌号、标号、合格证、公称尺寸，对不合格材料拒绝进场或退场处理。

2、妥善保存材料，做好防雨措施，避免材料锈蚀。对于锈蚀率过大的材料应做退场处理。

3、钢管桩对接接长需用水平尺进行检验、保证其顺直度，无法满足顺直度要求时应对端面修整后方可进行对接；

4、钢管桩或型钢连接接长采用环向焊缝，接焊缝需焊接饱满不得夹渣或咬伤，焊渣应清理干净，便于检查焊缝质量；

5、材料的加工应严格按照图纸要求、规范要求进行加工。

6、选择与母材匹配的焊条。

7、焊缝类型、尺寸、质量等级、外观等级达到设计和规范要求。

8、原材料或预制加工件在使用前应检查是否符合要求。

9、基础施工完成后，项目组织内部验收，验收合格后进行塔吊安装。

10、定期检查为一个月一次，遇到台风、洪水等恶劣气候，视情况增加检查。定期检查做好资料留档作为平均数据计算依据。

5结语

目前鸡啼门特大桥主墩塔吊已安装完成，正在进行使用。塔吊基础在使用过程中，各项指标均满足要求，未发生安全或质量事故，经过本项目实际运用，该塔吊基础在深水分离式深埋承台施工中有较大的应用空间，将塔吊基础采用在承台上设置钢管桩及承重梁将基础抬出海平面，方便后期塔吊基础维修保养，并极大的节约了成本。

参考文献：

[1]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）

[2]《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）

[3]《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）

[4]《钢结构焊接规范》（GB 50661-2011）

[5]《钢结构工程施工规范》（GB 50755-2012）

[6]《钢管混凝土结构技术规范》（GB 50936-2014）

[7]《塔式起重机说明书》

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