固定式塔式起重機(jī)基礎(chǔ)問題探討

 

    [關(guān)鍵詞］塔式起重機(jī)；基礎(chǔ)；穩(wěn)定性；加固；驗算

 

    近年來由于高層建筑迅猛發(fā)展，施工中固定式塔式起重機(jī)使用量急劇增加，為了保證塔機(jī)的安全使用，下面談?wù)勎覀冊诠潭ㄊ剿C(jī)基礎(chǔ)的檢測中發(fā)?，F(xiàn)目前塔機(jī)基礎(chǔ)有很多不合理現(xiàn)象：一方面存在大量的浪費；另一方面存在不安全因素。希望設(shè)計單位、生產(chǎn)廠及使用單位能對塔機(jī)基礎(chǔ)引起足夠的重視，共同進(jìn)行探討。

 

    l基礎(chǔ)的設(shè)計要求

 

    固定式塔機(jī)根據(jù)基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式可分為：①現(xiàn)澆鋼筋砼整體基礎(chǔ)；②由行走式塔機(jī)改裝而成的有底架、帶壓重的固定式基礎(chǔ)。目前大多數(shù)采用第一種形式。塔機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足以下三方面要求。

 

    1）塔機(jī)的穩(wěn)定性。塔機(jī)的穩(wěn)定性是指塔機(jī)在各種工況下能保持整機(jī)的穩(wěn)定而不致傾翻的特性，它是保證塔機(jī)安全使用的重要因素之一。它由穩(wěn)定性系數(shù)M穩(wěn)／M傾來表示，M穩(wěn)為塔機(jī)的自重、基礎(chǔ)重和平衡重所產(chǎn)生的保持塔機(jī)穩(wěn)定作用的力矩（Nm）；M傾為起著傾翻塔機(jī)作用的外力產(chǎn)生的力矩（N叫。穩(wěn)定性系數(shù)隨著工況的變化而變化，穩(wěn)定性系數(shù)越大表示塔機(jī)的穩(wěn)定性越好。塔機(jī)在設(shè)計時已考慮到各種不同工況下穩(wěn)定性的要求，在設(shè)計塔機(jī)基礎(chǔ)時其尺寸和質(zhì)量必須滿足穩(wěn)定性的要求。

 

    2）基礎(chǔ)的強度要求。塔機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的強度，即能夠承受各種工況下作用于基礎(chǔ)上的垂直力、水平力及傾覆力矩。設(shè)計塔機(jī)基礎(chǔ)時需要驗算地腳螺栓和埋人基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋鐵件的強度及在檢基礎(chǔ)內(nèi)的錨固力等。

 

    3）地基均勻沉降要求。塔機(jī)基礎(chǔ)在長時間的使用過程中所受的荷載一直在不斷變化，如果地基沉降不均勻可致使塔機(jī)垂直度偏差增大，從而影響塔機(jī)的穩(wěn)定性，因此要求地基沉降均勻。

 

    2基礎(chǔ)存在的問題

 

    2．1生產(chǎn)廠的基礎(chǔ)施工圖存在的問題

 

    1）塔機(jī)生產(chǎn)廠提供的塔機(jī)基礎(chǔ)施工圖不夠完善。其中四川建筑機(jī)械廠生產(chǎn)的塔機(jī)在各種地耐力條件及不同使用高度時提供有比較齊全完善的基礎(chǔ)施工圖，而其余塔機(jī)生產(chǎn)廠僅提供一種或兩種地耐力條件下的基礎(chǔ)施工圖，甚至有的廠連設(shè)計基礎(chǔ)時必需的最基本參數(shù)（如作用在基礎(chǔ)上的最大傾覆力矩、水平和垂直荷載等）都未提供，因此施工單位無法根據(jù)實際地耐力重新設(shè)計塔機(jī)基礎(chǔ)。

 

    2）在相同地基承載力條件下的同一型號塔機(jī)，各個生產(chǎn)廠提供的基礎(chǔ)圖中基礎(chǔ)底面積及質(zhì)量相差很大。

 

    3）大多數(shù)生產(chǎn)廠提供的基礎(chǔ)圖要求地耐力為2x105Pa，而施工現(xiàn)場實際一般達(dá)不到上述要求。

 

    4）個別生產(chǎn)廠提供的基礎(chǔ)圖在檢測時不能滿足塔機(jī)在各種工況下穩(wěn)定性的要求，存在有安全隱患。

 

    5）錯誤地以工作狀態(tài)時塔機(jī)基礎(chǔ)所受的荷載為計算荷載，設(shè)計出的基礎(chǔ)不能滿足非工作狀態(tài)時荷載作用下的強度及穩(wěn)定性的要求。因此需要規(guī)范塔機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計。

 

    2．2施工單位基礎(chǔ)制作方面問題

 

    施工現(xiàn)場條件復(fù)雜多變，塔機(jī)的基礎(chǔ)施工受現(xiàn)場條件限制，往往不能按生產(chǎn)廠提供的基礎(chǔ)施工圖施工，需要作相應(yīng)變更。由于有的使用單位對塔機(jī)基礎(chǔ)功能及要求缺少全面理解，處理不當(dāng)，出現(xiàn)以下問題。

 

    1）基礎(chǔ)布置不合理。塔機(jī)基礎(chǔ)一側(cè)座在建筑物的地下室底板、頂板或基礎(chǔ)上，另一側(cè)座在加固的樁基或地基上，造成使用中沉降不均勻。

 

    2）采用樁基加固的塔機(jī)基礎(chǔ)僅考慮豎向的抗壓能力而忽視抗傾覆能力，甚至有的將加固的單樁設(shè)置在基礎(chǔ)中心位置，有的樁基與基礎(chǔ)之間無錨固連接，或把基礎(chǔ)設(shè)計成龐大的高樁承臺，既增加了施工難度又加大了成本。

 

    3）壓重不符合要求，過大則增加了地基的承受載荷，過小則不能滿足抗傾翻穩(wěn)定性的要求。

 

    4）使用中有的塔機(jī)基礎(chǔ)上堆積大量的雜物或回填土，增加了基礎(chǔ)的負(fù)荷，也不便于對基礎(chǔ)的觀測。

 

    5）埋在基礎(chǔ)內(nèi)的塔身基礎(chǔ)節(jié)或預(yù)埋鐵件錯誤地放在墊層上，造成基礎(chǔ)與塔身脫離。

 

    6）基礎(chǔ)上表面水平度偏差大，塔機(jī)安裝時又未用墊鐵調(diào)整，使安裝后垂直度偏差過大。

 

    7）安裝位置選擇不當(dāng)，塔機(jī)使用完畢后無法用正常拆塔方法進(jìn)行拆除。

 

    8）未作排水設(shè)施。

 

    3基礎(chǔ)地基加固處理方案

 

    當(dāng)無法滿足塔機(jī)生產(chǎn)廠提供的基礎(chǔ)圖中對地耐力的要求時需對地基進(jìn)行加固處理，常用的方法如下。

 

    1）地基處理?？刹扇『粚嵎?、換土墊層法。排水固結(jié)法、振密擠密法、置換及拌人法等。不同的方法對土類、施工設(shè)備、技術(shù)有不同的要求，成本不一。最常用的是換土墊層法，其成本較低，但僅局限于地基軟弱層較薄的地區(qū)。

 

    2）樁基加固。成本較高，但處理效果較好，適用于淺層土質(zhì)不能滿足塔機(jī)基礎(chǔ)對地基承載力的要求而又不適宜采用地基處理方法時，特別適用于現(xiàn)場地下水位較高的情況。

 

    3）合理利用建筑物的永久設(shè)施。在便于安裝。拆卸塔機(jī)的前提下，充分借助建筑物的基礎(chǔ)、底板、頂板等構(gòu)筑物，把塔機(jī)基礎(chǔ)與之有機(jī)結(jié)合起來。此種方案成本低，比較理想，但因?qū)?gòu)筑物增加了荷載，應(yīng)慎重采用需經(jīng)計算決定是否對其加固處理，并應(yīng)征得建筑物設(shè)計部門的許可。

 

    4）加大塔機(jī)基礎(chǔ)底面積，不再對地基進(jìn)行加固處理。由于加大塔機(jī)基礎(chǔ)時受塔機(jī)安裝位置的限制，此方案僅適用于現(xiàn)場地耐力與基礎(chǔ)圖中所要求的地耐力值相差不大時的情況。加大塔機(jī)基礎(chǔ)時其內(nèi)部配筋需重新設(shè)計計算。

 

    4基礎(chǔ)的驗算

 

    塔機(jī)基礎(chǔ)的驗算包括強度驗算及抗傾翻穩(wěn)定性驗算。當(dāng)直接采用生產(chǎn)廠提供的基礎(chǔ)圖施工時施工單位一般不再復(fù)驗基礎(chǔ)的強度，僅需驗算基礎(chǔ)的抗傾翻穩(wěn)定性；對重新設(shè)計的塔機(jī)基礎(chǔ)其強度、抗傾翻穩(wěn)定性需驗算。

 

    4．1穩(wěn)定性驗算

 

    根據(jù)GB／T13752－92《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》按下列公式進(jìn)行抗傾翻穩(wěn)定性驗算，參看圖1

 

    式中：

 

    e———偏心距，即地面反力的合力至基礎(chǔ)中心的距離（m）；

 

    L——地面反力的合力至基礎(chǔ)邊緣的距離，

 

    L＝（b／2）－e（m）；

 

    M——作用在基礎(chǔ)上的彎矩（Nm);

 

    Fv、Fh——作用在基礎(chǔ)上的垂直、水平載荷（N）；

 

    Fg-------砼基礎(chǔ)的重力（N）；

 

    b、h——檢基礎(chǔ)底面寬度、高度（m）；

 

    PB——地面的計算壓應(yīng)力（Pa）；

 

    「PB」——地面許用壓應(yīng)力（Pa），一般取2×105－3×105Pa。

 

    4．2強度驗算

 

    基礎(chǔ)強度驗算可參照建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊進(jìn)行，這里不再詳述。采用樁基加固的基礎(chǔ)應(yīng)驗算單樁的豎向和水平承載力，具體計算方法見JGJ94－94《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》。

 

    當(dāng)采用4根樁對稱布置加固時其單樁豎向承載力驗算可按下列公式進(jìn)行。

 

    Nmax＝（F＋G）/4＋（M/S）＜1.2R

 

    摩擦樁：R=qpAP＋up∑qsiLi

 

    端承樁：R＝qpAp

 

    式中：

 

    Nmax——單杠最大豎向力設(shè)計值（N）；

 

    R——單樁豎向承載力（N）；

 

    F-----作用在基礎(chǔ)上的豎向力設(shè)計值（荷載分項系數(shù)1.2）（N）；

 

    G-----砼基礎(chǔ)自重設(shè)計值（荷載分項系數(shù)取1.2）（N）；

 

    M——作用在基礎(chǔ)上的彎矩設(shè)計值（荷載分項系數(shù)取1.4）（Nm）；

 

    S——對角線方向兩樁中心距（m）；

 

    qp——樁端土的承載力，以現(xiàn)場地質(zhì)勘探報告為準(zhǔn)（Pa）；

 

    Ap一樁身的橫截面面積（m2);

 

    up——樁身周邊長度（m）；

 

    qsi——樁周土的摩擦力（Pa)；

 

    Li——按土層劃分的各段樁長（m）。