CN111962549B - 邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑工程设计与施工交叉技术领域，具体涉及一种邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，采取以下步骤：一、塔吊基础地基反力计算；二、H型钢梁承载力验算；三、钢管桩抗拔承载力验算；四、钢管桩焊缝承载力验算；五、H型钢梁与钢管桩焊接；六、钢管桩打孔与注浆。本发明受力性能好，施工安全便捷，缩短施工周期，降低施工成本，解决了邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆设计与施工的关键性技术难题，符合高效节能的绿色施工要求，具有极大的推广应用价值。

Description

邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法

技术领域

本发明涉及一种邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，属于既有塔吊抗倾覆设计与施工交叉技术领域，适用于既有塔吊基础单侧邻近基桩作业，因桩孔塌陷造成塔吊变形倾覆工况背景下的既有塔吊抗倾覆设计与施工。

背景技术

20世纪80年代以来，随着国民经济和建筑技术的快速发展，建筑规模和建设高度与日俱增，复合地基与桩基础等基础工程在项目中得到广泛应用，而钻孔灌注桩是最为常见的一种成桩方式。传统施工技术一是将基桩工程施工完成后再进行塔吊基础施工及塔吊安装，致使基桩施工期间，无法利用塔吊进行施工材料的垂直运输，施工效率大大降低；二是塔吊基础下部及外扩2m范围内的土体进行高压注浆加固处理，该方法解决了邻近基桩施工对塔吊基础下部土地的扰动而引起的倾覆，但施工成本较高，注浆作用范围难以控制，对后期基桩施工不利，且因注浆区域与非注浆区域地基承载力的不同，整体建筑极易因不均匀沉降而造成结构开裂；三是采用型钢进行斜撑和斜拉的加固措施，但该方法不仅需要充足的作业空间，而且对钢材需求较大，施工成本较高且不具有推广应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，充分保证既有塔吊基础单侧邻近基桩作业工况下塔吊不发生倾覆，施工安全便捷，施工成本较低，节能环保且可推广应用，解决了邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆设计与施工的关键性技术难题。

本发明为解决其技术问题所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，采取以下步骤：

一、塔吊基础地基反力计算：

1.1、统计计算参数：

依据现场既有塔吊基础形式和塔吊型号，统计塔吊如下计算参数：塔身自重、最大起重荷载、最小起重荷载、最大起重力矩、起重臂自重、平衡臂自重、平衡块自重、最大吊物幅度、小车和吊钩自重、塔身桁架结构宽度、起重臂重心至塔身中心距离、平衡臂重心至塔身中心距离、平衡块重心至塔身中心距离、基本风压、塔吊基础尺寸、塔吊基础配筋、地基承载力特征值；

1.2、塔吊基础地基反力计算：

1)采用建书计算软件中塔基基坑计算模块，选取对应塔吊基础形式，将上述统计的计算参数逐一输入软件，通过软件计算，求出竖向荷载标准值F_k；

2)塔吊基础地基反力：

上述式中：l、b—塔吊基础长度、宽度，单位m；

二、H型钢梁承载力验算：

2.1、计算H型钢梁线荷载标准值：q_k＝l_KP_k；

上述式中：l_K—荷载作用宽度，单位m；

或

依据基桩作业位置进行确定；

2.2、采用理正结构工具箱计算软件，选取H型钢梁的适宜规格和简支梁计算模型，跨度取2根钢管桩之间的距离，进行计算，分析H型钢梁强度、刚度及稳定性；

2.3、依据上述理正结构工具箱软件导出的计算书中的剪力包络图，确定两支座位置的支座反力F′；

三、钢管桩抗拔承载力验算：

3.1、钢管桩抗拔承载力验算：F₁＝Af_ak＝πd(H-h)f_ak；

上述式中：A—钢管桩孔壁面积，单位m²；f_ak—桩侧极限侧阻力标准值，由勘察报告获悉，单位KPa；d—桩孔直径，单位m；H—钢管桩长度，单位m；h—钢管桩土层外高度，单位m；

3.2、钢管桩抗拔承载力验算结果判定：

1)当F₁≥F′时,抗拔承载力满足要求；

2)当F₁＜F′时,抗拔承载力不满足要求；

四、钢管桩焊缝承载力验算：

4.1、钢管桩焊缝承载力验算：F₂＝Sf＝π(D-b′)b′f；

上述式中：S—钢管桩截面面积，单位mm²；f—钢材抗拉强度设计值，单位N/mm²；D—钢管桩直径，单位mm；b′—钢管桩壁厚，单位mm；

4.2、钢管桩焊缝承载力验算结果判定：

1)当F₂≥F′时,焊缝承载力满足要求；

2)当F₂＜F′时,焊缝承载力不满足要求；

五、H型钢梁与钢管桩焊接：钢管桩、H型钢梁与基桩对向设置，H型钢梁设置在远离基桩的塔吊基础上表面，且H型钢梁外翼缘边线与塔吊基础边线重叠；

六、钢管桩打孔与注浆：

6.1、钢管桩打孔：为提高钢管桩的抗拔承载力，钢管桩环向等距打注浆孔；

6.2、桩孔施工：

1)定位：将钻机移到指定桩位，当地面起伏不平时，用钢垫板或者木垫板等材料垫平；

2)成孔：泥浆从钻头喷出后，启动钻机向下旋转钻进，钻孔时保持泥浆循环畅通，以防埋钻；每钻进一段往复扫孔，以便保证孔壁垂直、光滑；

3)洗孔：把注浆管插入孔内，采用清水进行洗孔，洗孔时把孔内泥浆冲干净；

6.3、钢管桩注浆：

1)下钢管：根据钢管桩设计桩顶标高，利用卷扬机钢丝蝇吊起钢管桩放入已成桩孔内固定好；

2)注浆：将制备好的水泥浆经筛过滤后，倒入贮浆桶内，将注浆管伸至孔底，然后开动注浆泵将浆液送至孔内，直至水泥浆充盈钢管桩内，并从顶端溢出为止；

3)待水泥浆初凝后，再进行二次补浆直到补满；

4)成桩完毕，注意保护好钢管桩成桩和顶部清洁，然后将桩机移位至另一桩位施工。

步骤二中H型钢梁承载力验算时，鉴于是临时性结构，活荷载分项系数取1.4。

步骤五中钢管桩顶端外侧打45°坡口，与H型钢梁下翼缘形心对齐，采用周圈坡口气体保护焊焊接牢固，按二级焊缝控制焊接质量，焊缝高于母材≥6mm。

步骤六中钢管桩环向等距打5个直径5mm～8mm、竖向间距500mm～600mm的注浆孔。

步骤六中，钻杆垂直度偏差不超过1％，钻杆对中误差不超过20mm。

步骤六中成孔深度大于钢管桩设计长度200mm～300mm。

步骤六中浆液配制：水灰比按照0.5～0.55控制，并将水泥浆充分拌和均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)创造性的为邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工提供科学的计算模型及设计与施工方法；

2)创造性的将2根钢管桩与1根H型钢梁组合为简支梁模型进行设计与施工，解决传统技术工序繁琐、施工成本高、无法推广应用的普遍性技术难题；

3)充分考虑塔吊基础自重作为有利荷载进行设计，降低H型钢梁规格及钢管桩长度，符合节能环保的要求；

4)H型钢梁承载力验算时，在充分保证安全可靠的前提下，活荷载分项系数取1.4，取值科学合理；

5)采用H型钢而非工字钢或槽钢进行设计，充分保证材料的强度和刚度满足安全可靠的要求；

6)钢管桩环向等距打5个直径5mm～8mm、竖向间距500mm～600mm的注浆孔，充分保证注浆效果和钢管桩的抗拔承载力。

本方法施工安全便捷，施工成本较低，解决了邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆设计与施工的关键性技术难题，符合高效节能的绿色施工要求，具有极大的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的平面图；

图2是本发明实施例的A-A剖面图；

图3是图1中A部位的放大结构示意图。

图4是图2中B部位的放大结构示意图。

图5本发明环向注浆孔示意图；

图6本发明竖向注浆孔示意图；

图中：1、塔吊基础；2、H型钢梁；3、基桩；4、钢管桩；5、桩孔；6、原状土；7、焊缝；8、注浆孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1～图6所示，本发明所述的本实施例所述邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，采取以下步骤：

一、塔吊基础1地基反力计算：

1.1、统计计算参数：

依据现场既有塔吊基础1形式和塔吊型号，统计塔吊如下计算参数：塔身自重、最大起重荷载、最小起重荷载、最大起重力矩、起重臂自重、平衡臂自重、平衡块自重、最大吊物幅度、小车和吊钩自重、塔身桁架结构宽度、起重臂重心至塔身中心距离、平衡臂重心至塔身中心距离、平衡块重心至塔身中心距离、基本风压、塔吊基础1尺寸、塔吊基础1配筋、地基承载力特征值；

1.2、塔吊基础1地基反力计算：

1)采用建书计算软件中塔基基坑计算模块，选取对应塔吊基础1形式，将上述统计的计算参数逐一输入软件，通过软件计算，求出竖向荷载标准值F_k；

2)塔吊基础1地基反力：

上述式中：l、b—塔吊基础1长度、宽度，单位m；

二、H型钢梁2承载力验算：

2.1、计算H型钢梁2线荷载标准值：q_k＝l_KP_k；

上述式中：l_K—荷载作用宽度，单位m；

或

依据基桩3作业位置进行确定；

2.2、采用理正结构工具箱计算软件，选取H型钢梁2的适宜规格和简支梁计算模型，跨度取2根钢管桩4之间的距离，进行计算，分析H型钢梁2强度、刚度及稳定性；

2.3、依据上述理正结构工具箱软件导出的计算书中的剪力包络图，确定两支座位置的支座反力F′；

三、钢管桩4抗拔承载力验算：

3.1、钢管桩4抗拔承载力验算：F₁＝Af_ak＝πd(H-h)f_ak；

上述式中：A—钢管桩4孔壁面积，单位m²；f_ak—桩侧极限侧阻力标准值，由勘察报告获悉，单位KPa；d—桩孔5直径，单位m；H—钢管桩4长度，单位m；h—钢管桩4土层外高度，单位m；

3.2、钢管桩4抗拔承载力验算结果判定：

1)当F₁≥F′时,抗拔承载力满足要求；

2)当F₁＜F′时,抗拔承载力不满足要求；

四、钢管桩焊缝7承载力验算：

4.1、钢管桩焊缝7承载力验算：F₂＝Sf＝π(D-b′)b′f；

上述式中：S—钢管桩4截面面积，单位mm²；f—钢材抗拉强度设计值，单位N/mm²；D—钢管桩4直径，单位mm；b′—钢管桩4壁厚，单位mm；

4.2、钢管桩焊缝7承载力验算结果判定：

1)当F₂≥F′时,焊缝7承载力满足要求；

2)当F₂＜F′时,焊缝7承载力不满足要求；

五、H型钢梁2与钢管桩4焊接：钢管桩4、H型钢梁2与基桩3对向设置，H型钢梁2设置在远离基桩3的塔吊基础1上表面，且H型钢梁2外翼缘边线与塔吊基础1边线重叠；

六、钢管桩4打孔与注浆：

6.1、钢管桩4打孔：为提高钢管桩4的抗拔承载力，钢管桩4环向等距打注浆孔8；

6.2、桩孔5施工：

1)定位：将钻机移到指定桩位，当地面起伏不平时，用材料垫平；

2)成孔：泥浆从钻头喷出后，在原状土6上启动钻机向下旋转钻进，钻孔时保持泥浆循环畅通，以防埋钻；每钻进一段往复扫孔，以便保证孔壁垂直、光滑；

3)洗孔：把注浆管插入孔内，采用清水进行洗孔，洗孔时把孔内泥浆冲干净；

6.3、钢管桩4注浆：

1)下钢管：根据钢管桩4设计桩顶标高，利用卷扬机钢丝蝇吊起钢管桩4放入已成桩孔5内固定好；

2)注浆：将制备好的水泥浆经筛过滤后，倒入贮浆桶内，将注浆管伸至孔底，然后开动注浆泵将浆液送至孔内，直至水泥浆充盈钢管桩4内，并从顶端溢出为止；

3)待水泥浆初凝后，再进行二次补浆直到补满；

4)成桩完毕，注意保护好钢管桩4成桩和顶部清洁，然后将桩机移位至另一桩位施工。

Claims (10)

1.一种邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于，采取以下步骤：

一、塔吊基础地基反力计算：

1.1、统计计算参数：

依据现场既有塔吊基础形式和塔吊型号，统计塔吊如下计算参数：塔身自重、最大起重荷载、最小起重荷载、最大起重力矩、起重臂自重、平衡臂自重、平衡块自重、最大吊物幅度、小车和吊钩自重、塔身桁架结构宽度、起重臂重心至塔身中心距离、平衡臂重心至塔身中心距离、平衡块重心至塔身中心距离、基本风压、塔吊基础尺寸、塔吊基础配筋、地基承载力特征值；

1.2、塔吊基础地基反力计算：

1)采用建书计算软件中塔基基坑计算模块，选取对应塔吊基础形式，将上述统计的计算参数逐一输入软件，通过软件计算，求出竖向荷载标准值F_k；

2)塔吊基础地基反力：

上述式中：l、b—塔吊基础长度、宽度，单位m；

二、H型钢梁承载力验算：

2.1、计算H型钢梁线荷载标准值：q_k＝l_KP_k；

上述式中：l_K—荷载作用宽度，单位m；

或

依据基桩作业位置进行确定；

2.2、采用理正结构工具箱计算软件，选取H型钢梁的适宜规格和简支梁计算模型，跨度取2根钢管桩之间的距离，进行计算，分析H型钢梁强度、刚度及稳定性；

2.3、依据上述理正结构工具箱软件导出的计算书中的剪力包络图，确定两支座位置的支座反力F′；

三、钢管桩抗拔承载力验算：

3.1、钢管桩抗拔承载力验算：F₁＝Af_ak＝πd(H-h)f_ak；

上述式中：A—钢管桩孔壁面积，单位m²；f_ak—桩侧极限侧阻力标准值，由勘察报告获悉，单位KPa；d—桩孔直径，单位m；H—钢管桩长度，单位m；h—钢管桩土层外高度，单位m；

3.2、钢管桩抗拔承载力验算结果判定：

1)当F₁≥F′时,抗拔承载力满足要求；

2)当F₁＜F′时,抗拔承载力不满足要求；

四、钢管桩焊缝承载力验算：

4.1、钢管桩焊缝承载力验算：F₂＝Sf＝π(D-b′)b′f；

上述式中：S—钢管桩截面面积，单位mm²；f—钢材抗拉强度设计值，单位N/mm²；D—钢管桩直径，单位mm；b′—钢管桩壁厚，单位mm；

4.2、钢管桩焊缝承载力验算结果判定：

1)当F₂≥F′时,焊缝承载力满足要求；

2)当F₂＜F′时,焊缝承载力不满足要求；

五、H型钢梁与钢管桩焊接：钢管桩、H型钢梁与基桩对向设置，H型钢梁设置在远离基桩的塔吊基础上表面，且H型钢梁外翼缘边线与塔吊基础边线重叠；

六、钢管桩打孔与注浆：

6.1、钢管桩打孔：为提高钢管桩的抗拔承载力，钢管桩环向等距打注浆孔；

6.2、桩孔施工：

1)定位：将钻机移到指定桩位，当地面起伏不平时垫平；

2)成孔：泥浆从钻头喷出后，启动钻机向下旋转钻进，钻孔时保持泥浆循环畅通，以防埋钻；每钻进一段往复扫孔，以便保证孔壁垂直、光滑；

3)洗孔：把注浆管插入孔内，进行洗孔；

6.3、钢管桩注浆：

1)下钢管：根据钢管桩设计桩顶标高，将钢管桩放入已成桩孔内固定好；

2)注浆：将制备好的水泥浆经筛过滤后，倒入贮浆桶内，将注浆管伸至孔底，然后开动注浆泵将浆液送至孔内，直至水泥浆充盈钢管桩内，并从顶端溢出为止；

3)待水泥浆初凝后，再进行二次补浆直到补满；

4)成桩完毕，注意保护好钢管桩成桩和顶部清洁，然后将桩机移位至另一桩位施工。

2.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤二中H型钢梁承载力验算时，鉴于是临时性结构，活荷载分项系数取1.4。

3.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤五中钢管桩顶端外侧打45°坡口，与H型钢梁下翼缘形心对齐，采用周圈坡口气体保护焊焊接牢固，按二级焊缝控制焊接质量，焊缝高于母材≥6mm。

4.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤六中钢管桩环向等距打5个直径5mm～8mm、竖向间距500mm～600mm的注浆孔。

5.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤六中，钻杆垂直度偏差不超过1％，钻杆对中误差不超过20mm。

6.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤六中成孔深度大于钢管桩设计长度200mm～300mm。

7.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤六中浆液配制：水灰比按照0.5～0.55控制，并将水泥浆充分拌和均匀。

8.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤六中定位过程中当地面起伏不平时，用钢垫板或者木垫板垫平。

9.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤六中洗孔时，采用清水进行清洗，洗孔时把孔内泥浆冲干净。

10.根据权利要求1所述的邻近基桩作业工况下既有塔吊抗倾覆施工方法，其特征在于：所述步骤六中下钢管过程中利用卷扬机钢丝绳吊起钢管桩放入已成桩孔内固定好。

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