浅谈塔式起重机基础与设计

2014-12-04朱森林ZHUSenlin

建筑机械化 2014年12期

朱森林/ZHU Sen-lin

（湖南省第六工程公司山东分公司，山东青岛 266000）

固定式水平臂塔机进入工地使用时，需设置一个较大的混凝土基础，用来平衡高大的塔机工作中所产生的各种力荷，确保塔机的稳定安全。在工程完成后，该基础就弃于地下成废物。塔机基础有多种构成形式，但形式复杂者除特殊需求外一般少见，固定式方形独立整块形混凝土基础由于结构简单，制作容易，在实际中被大量采用。下面主要就该形式的基础，谈其相关的设计问题。

1 校核公式的弊端

决定方形基础体积的虽只有边长b及高度h两个未知数，但这两个数字怎样定得合理，还没有一个准确的计算方法。此前至今，在学术方面能参考到的只有GB 13752-1992《塔式起重机设计规范》中所介绍的关于对塔机基础进行安全校核的两个公式（以下简称校核公式）

许多业内人士将此校核公式作为设计基础的准用公式，将前一个公式作为基础抗倾覆稳定性计算的通过用；将后一个公式作为地基承载力计算的通过用。但在实用可发现，这两个公式中均含有Fg，它是基础混凝土容重，包含有b及h两个数，故采用这两个等式进行计算时，是无法解出3个未知数的。在人们作基础的初始设计时，在事先不知道b及h数时，往往只能经多次估值试算，再用这两个校核公式，校核通过则可。

这种计算方法，除需多次试算，工作量大且容易出错外，计算出的b及h数字是否是合适准确的还存在一个疑问。因为用校核公式来校核，合适准确的数字形成的混凝土基础能通过校核，大于该合适准确的数字形成的混凝土基础也能通过校核，但是具体大了多少，以及合适准确的数字是多少，不得而知。故采用校核公式，只能是粗略的模糊概念。

还有一个节能减排的问题。由这两个数字所决定的混凝土体积，可比喻为稳定秤杆的秤砣，稍小就不能满足对基础所施加力荷的平衡，使塔机有倾翻的危险；而稍大，哪怕只增加几厘米，就会造成多投入成吨的混凝土的浪费。

2 联立公式的探索

现实中的塔机基础，一般由塔机厂家在其使用说明书上提供。但说明书所给定的只是为几种特定的地耐力而定。实际中租赁单位、施工单位及监理、安监部门均不具备设计能力，在趋于安全思想指导下，又只有校核公式可参照，这就成了基础做大的根本原因。在实际工地，不同场地土壤的承载力不同。还有即使采用同型塔机，使用时安装的臂长及高度也不同，其所产生的力荷也会不同。若相关的力荷数据改变，而所用的基础体积不变，这种以不变应万变的技术实在荒唐。

笔者通过多年探讨，并在相关专家指导下，推导出两个全新的等式，即联立公式

在此联立公式中的两个等式中，只包含有边长b及高度h两个未知数，故在初始计算时就能很容易并且较准确的求出这两个数字。由于两等式联立，求解时所输入的由上面塔机所产生的力荷与下面土壤的承载力，就能处在相互包容之中，这样计算出的值就会是合理、精准的。

3 在软土地基上对塔机基础的设置

在2000年后的10多年来，笔者一直在单位的实际应用中来证实联立公式的科学性，旨在能向全国推广该方法。

在2012年，正好一工地有难题，让该联立公式的应用开出了奇葩之花。该工地毗邻青岛胶州湾，原地貌为滨海浅滩，后人工改造为盐田。工地场地表层是约2.3m的回填与原统洪冲积层，勘测报告显示该层地基承载力特征值fak=180k Pa,再向下是约3.5m的全新统海相沼泽化层，俗称“淤泥层”，其土质属软塑性，具有触变性、高灵敏度及高压缩性，承载力fak=70k Pa,而塔机说明书上要求地基承载力fak为200k Pa,大致只有1/3，明显不符，要另行处置。

按青岛地区惯常处置方法是：开挖去淤泥层，将基础置于风化层地基上；或在方形基础四角打桩（或挖桩）。这些除去花费颇巨外，还要作结构验证等，时间会拖后，我们均拟排除。

采用上述联立公式对基础重新作设计计算，最后定下将方形基础的几何尺寸定为边长b=7.5m,高度h=0.9m,计算有PB=67k Pa＜70k Pa，其它载荷指标的计算，经校核均合适。该基础上的塔机在以后的近2年的使用中，还经历了海边的长期大风，均无碍。经测，在1年后，除有整体下沉2cm外，其它指标均良好。另外，比较塔机说明书上图样体积，该基础还少用了约1m3的混凝土。