固定式塔式起重機的基礎(chǔ)問題

  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使用量急劇增加，為了保證塔機的安全使用，下面談?wù)勎覀冊诠潭ㄊ剿C基礎(chǔ)的檢測中發(fā)現(xiàn)目前塔機基礎(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。

l 基礎(chǔ)的設(shè)計要求

固定式塔機根據(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。塔機的基礎(chǔ)設(shè)計必須滿足以下三方面要求。

1）塔機的穩(wěn)定性。塔機的穩(wěn)定性是指塔機在各種工況下能保持整機的穩(wěn)定而不致傾翻的特性，它是保證塔機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)為塔機的自重、基礎(chǔ)重和平衡重所產(chǎn)生的保持塔機穩(wěn)定作用的力矩（ N m）； M傾為起著傾翻塔機作用的外力產(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)越大表示塔機的穩(wěn)定性越好。塔機在設(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垂直度偏差增大，從而影響塔機的穩(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）塔機生產(chǎn)廠提供的塔機基礎(chǔ)施工圖不夠完善。其中四川建筑機械廠生產(chǎn)的塔機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)計塔機基礎(chǔ)。

2）在相同地基承載力條件下的同一型號塔機，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2x 105Pa，而施工現(xiàn)場實際一般達不到上述要求。

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）使用中有的塔機基礎(chǔ)上堆積大量的雜物或回填土，增加了基礎(chǔ)的負荷，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)，塔機使用完畢后無法用正常拆塔方法進行拆除。

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行加固處理，常用的方法如下。

1）地基處理。可采取夯實法、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，把塔機基礎(chǔ)與之有機結(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）加大塔機基礎(chǔ)底面積，不再對地基進行加固處理。由于加大塔機基礎(chǔ)時受塔機安裝位置的限制，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《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》按下列公式進行抗傾翻穩(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J GJ94－94《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行。

Nmax＝（F＋ G）/4＋（M/S）＜1.2 R
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）。