固定式塔式起重機的基礎問題

     近年來由于高層建筑迅猛發展，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，下面談談我們在固定式塔機基礎的檢測中發現目前塔機基礎有很多不合理現象：一方面存在大量的浪費；另一方面存在不安全因素。
    l 基礎的設計要求
    固定式塔機根據基礎的結構形式可分為：①現澆鋼筋砼整體基礎；②由行走式塔機改裝而成的有底架、帶壓重的固定式基礎。目前大多數采用第一種形式。塔機的基礎設計必須滿足以下三方面要求。
    1）塔機的穩定性。塔機的穩定性是指塔機在各種工況下能保持整機的穩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。它由穩定性系數M穩／M傾來表示，M穩為塔機的自重、基礎重和平衡重所產生的保持塔機穩定作用的力矩（ N m）； M傾為起著傾翻塔機作用的外力產生的力矩（N叫。穩定性系數隨著工況的變化而變化，穩定性系數越大表示塔機的穩定性越好。塔機在設計時已考慮到各種不同工況下穩定性的要求，在設計塔機基礎時其尺寸和質量必須滿足穩定性的要求。
    2）基礎的強度要求。塔機基礎內部的結構應具有足夠的強度，即能夠承受各種工況下作用于基礎上的垂直力、水平力及傾覆力矩。設計塔機基礎時需要驗算地腳螺栓和埋人基礎內預埋鐵件的強度及在檢基礎內的錨固力等。
    3）地基均勻沉降要求。塔機基礎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，從而影響塔機的穩定性，因此要求地基沉降均勻。
    2 基礎存在的問題
    2．1生產廠的基礎施工圖存在的問題
    1）塔機生產廠提供的塔機基礎施工圖不夠完善。其中四川建筑機械廠生產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施工圖，而其余塔機生產廠僅提供一種或兩種地耐力條件下的基礎施工圖，甚至有的廠連設計基礎時必需的最基本參數（如作用在基礎上的最大傾覆力矩、水平和垂直荷載等）都未提供，因此施工單位無法根據實際地耐力重新設計塔機基礎。
    2）在相同地基承載力條件下的同一型號塔機，各個生產廠提供的基礎圖中基礎底面積及質量相差很大。
    3）大多數生產廠提供的基礎圖要求地耐力為2x 105Pa，而施工現場實際一般達不到上述要求。
    4）個別生產廠提供的基礎圖在檢測時不能滿足塔機在各種工況下穩定性的要求，存在有安全隱患。
    5）錯誤地以工作狀態時塔機基礎所受的荷載為計算荷載，設計出的基礎不能滿足非工作狀態時荷載作用下的強度及穩定性的要求。因此需要規范塔機基礎的設計。
    2．2 施工單位基礎制作方面問題
    施工現場條件復雜多變，塔機的基礎施工受現場條件限制，往往不能按生產廠提供的基礎施工圖施工，需要作相應變更。由于有的使用單位對塔機基礎功能及要求缺少全面理解，處理不當，出現以下問題。
    1）基礎布置不合理。塔機基礎一側座在建筑物的地下室底板、頂板或基礎上，另一側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置在基礎中心位置，有的樁基與基礎之間無錨固連接，或把基礎設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定性的要求。
    4）使用中有的塔機基礎上堆積大量的雜物或回填土，增加了基礎的負荷，也不便于對基礎的觀測。
    5）埋在基礎內的塔身基礎節或預埋鐵件錯誤地放在墊層上，造成基礎與塔身脫離。
    6）基礎上表面水平度偏差大，塔機安裝時又未用墊鐵調整，使安裝后垂直度偏差過大。
    7）安裝位置選擇不當，塔機使用完畢后無法用正常拆塔方法進行拆除。
    8）未作排水設施。
    3 基礎地基加固處理方案
    當無法滿足塔機生產廠提供的基礎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。排水固結法、振密擠密法、置換及拌人法等。不同的方法對土類、施工設備、技術有不同的要求，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。
    2）樁基加固。成本較高，但處理效果較好，適用于淺層土質不能滿足塔機基礎對地基承載力的要求而又不適宜采用地基處理方法時，特別適用于現場地下水位較高的情況。
    3）合理利用建筑物的永久設施。在便于安裝。拆卸塔機的前提下，充分借助建筑物的基礎、底板、頂板等構筑物，把塔機基礎與之有機結合起來。此種方案成本低，比較理想，但因對構筑物增加了荷載，應慎重采用需經計算決定是否對其加固處理，并應征得建筑物設計部門的許可。
    4）加大塔機基礎底面積，不再對地基進行加固處理。由于加大塔機基礎時受塔機安裝位置的限制，此方案僅適用于現場地耐力與基礎圖中所要求的地耐力值相差不大時的情況。加大塔機基礎時其內部配筋需重新設計計算。
    4 基礎的驗算
    塔機基礎的驗算包括強度驗算及抗傾翻穩定性驗算。當直接采用生產廠提供的基礎圖施工時施工單位一般不再復驗基礎的強度，僅需驗算基礎的抗傾翻穩定性；對重新設計的塔機基礎其強度、抗傾翻穩定性需驗算。
    4．1 穩定性驗算
    根據 GB／T13752－92《塔式起重機設計規范》按下列公式進行抗傾翻穩定性驗算，參看圖1
    式中：
    e———偏心距，即地面反力的合力至基礎中心的距離（m）；
    L——地面反力的合力至基礎邊緣的距離，
    L＝（ b／2）－ e（m）；
    M——作用在基礎上的彎矩（Nm);
    Fv、Fh——作用在基礎上的垂直、水平載荷（N）；
    Fg-------砼基礎的重力（N）；
    b、 h——檢基礎底面寬度、高度（m）；
    PB——地面的計算壓應力（Pa）；
   「PB」——地面許用壓應力（Pa），一般取2 ×105－ 3 ×105Pa。
    4．2 強度驗算
    基礎強度驗算可參照建筑結構設計手冊進行，這里不再詳述。采用樁基加固的基礎應驗算單樁的豎向和水平承載力，具體計算方法見J GJ94－94《建筑樁基技術規范》。
    當采用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 ——單杠最大豎向力設計值（ N）；
    R——單樁豎向承載力（N）；
    F-----作用在基礎上的豎向力設計值（荷載分項系數1.2）（N）；
    G-----砼基礎自重設計值（荷載分項系數取1.2）（N）；
    M——作用在基礎上的彎矩設計值（荷載分項系數取1.4）（Nm）；
    S——對角線方向兩樁中心距（m）；
    qp——樁端土的承載力，以現場地質勘探報告為準（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）。