重型塔吊基础沉降原因分析及加固纠倾技术★

李 依 涛

(中能建西北城市建设有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

近年来，学者对于建筑、基坑、桥墩的基础加固技术、方法及其应用研究较多[1-3]，而专门针对重型塔式起重机基础加固的应用研究却较为少见，施工中可以参考的案例更为少见。随着我国工程建设项目的数量增多及规模的持续扩大，重型塔式起重机的使用频率会越高，随之而来的工程问题也会不断增加。

在地基处理工程中，旋喷桩加固法因其成桩效率高、成本低的特点得到了广泛的使用。安关峰利用MIDAS-GTS分析了旋喷群桩复合地基承载特性及其影响因素[4]。程勇采用高压旋喷桩加固砂土、粉质黄土地基，极大的提升了地基承载力，达到了预期效果[5]。薛丽影通过工程实例，阐述了注浆加固的内容、施工工艺等，分析了注浆加固存在的问题[6]。

塔式起重机纠倾方面的研究，我国的学者近年来多集中于塔机顶升及降塔过程的倾斜状态研究[7]、塔机对附属建筑的结构安全影响[8]以及塔机结构设计[9]等。而相关论文却少有涉及重型塔式起重机的倾斜事故处理。

本文根据重型塔式起重机基础沉降原因及倾斜状态，应用旋喷桩进行基础周边的地基土加固，待旋喷桩达到规定强度后，采用千斤顶顶升复位、加刚性材料稳定的方法，完成重型塔式起重机塔身纠倾，以期取得良好的效果，对同类事故的处理以供借鉴。

1 项目背景

1.1 项目概况

某市发电厂项目采用2×660 MW机组工程冷却塔，塔筒为双曲线薄壳钢筋混凝土结构。材料垂直运输用M2400塔式起重机，最大起重量100 t，高度92 m，其主要作用是服务于施工过程中锅炉的吊装及其他材料运输。现场勘查发现轴线方向上基础A,D产生不均匀沉降，其中最大沉降约60 mm，伴随有塔身倾斜、附加杆产生位移，严重影响塔吊正常使用。

在本项目中该型塔式起重机采用固定附着式，其主要机构特性如表1所示。

表1 M2400型塔式起重机特性

底座是塔身的基础，为十字箱型结构，其主结构由中间十字箱梁与四根一字梁通过M24铰制孔螺栓连接组成。塔身通过球铰与十字箱梁相连。一字梁通过球铰与支腿连接，其上均设置20 t的混凝土压重，以增加非工作状态抗倾覆稳定性。支腿(又称靴子，1 300 mm×4 500 mm)置于坚实平整的基础上，可以360°旋转。支腿的高度可通过球铰进行调整，并可以达到调整底座的水平度的目的。M2400塔式起重机底座示意图如图1所示。

经过查阅相关图纸及现场勘测得到塔吊基础的信息。该塔吊共布置了4个独立基础，各个基础之间通过连梁相连。基础平面尺寸6 000 mm×3 500 mm，高度1 200 mm，混凝土强度C30，基础下设100 mm厚C15素混凝土垫层。基础顶面至地坪高0.9 m，塔式起重机基础平面示意图如图2所示。

1.2 基础区域地层信息

经过现场踏勘，确定基础范围内地层信息，勘测范围为拟处理地基区域，地层信息如图3所示。勘查后发现轴线范围的基础A,D垫层下方存在有约0.7 m厚回填土，基础B,C底部已至②黏土层。基础范围内无地下水。

2 基础沉降原因分析

现场气象监测数据表明，在塔基发生沉降前，该地区发生了连续强降雨。

根据地基勘查报告及现场勘查分析，认为导致基础沉降的主要原因是强降雨导致地基土浸水湿陷。其次，基础下软弱层分布不均以及施工过程中重物吊装主要集中在锅炉钢架区域致使基础处于偏心受压状态均对基础的不均匀沉降产生不利影响。对其原因分析如下：

1)基础A,D位于回填层上。该区域回填土的形成源于场地平整时的回填，而且其压实度低并具有湿陷性。地基勘查报告中基础A/D下方及左侧的土的含水率偏高，致使地基局部承载力下降、土体变形增大，在上部荷载的作用下回填土压实、沉降，导致地基发生不均匀沉降。

2)根据地基勘查报告，基础区域存在软弱层，表现为回填土厚度和密度在水平方向有较大的变化，而且在基础施工前未采取合理的措施处理该区域的回填土，造成基础的不均匀沉降。

综上，本文认为该塔吊基础不均匀沉降主要与回填土雨后产生较大变形有关。

3 加固与纠倾

3.1 加固方案的确定

首先通过加固地基土形成复合地基。由于注浆加固施工中水泥浆流向不可控，且该项目土体加固的深度有限，上覆土层压力较小，注浆时难以封住孔口易造成冒浆，影响加固效果。在松散的土体中注浆时，水泥浆凝固致使回填土的含水量增大、土体强度及稳定性降低，易导致地基沉降[6]。

本次所用旋喷桩设备及工艺如图4所示。

结合施工现场环境及地基勘查报告，确定旋喷桩拟成桩直径约为500 mm～600 mm，桩长取5 m，桩端已穿过全部填土层最深处，选择黏土层作为持力层，并进入②层黏土约1.7 m。旋喷桩沿基础周边满布，采用格栅式布置旋喷桩，桩中心距取400 mm，使得桩间形成咬合，提高整体性。旋喷桩加固的主要工序如图5所示。旋喷桩施工布置示意图如图6所示。

旋喷浆液所采用水泥为42.5R普通硅酸盐，旋喷浆液水灰比取1∶1。从孔底开始喷射，喷嘴提升速度约为20 cm/min～23 cm/min，浆液流量设为100 L/min～120 L/min，喷射压力为20 MPa～22 MPa。旋喷桩成桩后因浆液易流失而造成桩顶沉缩，故采用回灌措施，回灌水泥浆液水灰比取0.5∶1。为减小附加下沉，旋喷桩施工时宜采用中速间隔跳打的方式。

3.2 塔身纠倾

考虑到工期的要求，当旋喷桩达到一定强度后即进行顶升纠偏。根据塔身高度及偏移量，本次纠偏所用主要设备为一台3 200 kN的液压千斤顶和一台3 kW的高压电动油泵。纠偏方案如下：将千斤顶置于十字箱梁上，以箱梁为顶升支撑点，千斤顶上部着力点为塔吊自带的顶升反力构件。卸下球铰支座连接螺栓，千斤顶加压，使球铰支座与塔身分离。将反力构件顶升至预期位置后，在球铰上方加钢制调整垫片，千斤顶回油。顶升结束后微调底架水平度，使塔身垂直度满足要求。

在不影响纠偏后塔机正常使用的情况下，该方案具有以下优势：

1)整个纠偏过程的速度较快，与湿作业不同，钢板可直接承担荷载，减少材料强度达到要求所需的时间。

2)纠倾方案符合该型塔式起重机的结构构造，实施过程较为安全。

3.3 沉降与垂直度监测

在加固与纠倾过程中，基础沉降与塔身垂直度监测工作是保证项目安全有效进行的关键。监测成果既可作为施工指导亦可是加固纠倾效果评价，从而达到降低施工风险与控制基础沉降的目的。

本加固纠倾项目采用多形式的监测方法，包括DS03水准仪监测、RTS632全站仪倾斜监测、电子倾斜监测等。多形式监测及监测数据综合分析可提升监测成果的可信度。

4 效果评价

加固、纠偏过程中，每日持续进行沉降观测与塔身垂直度监测。基础沉降曲线图如图7所示。

在地基加固过程中，基础发生较小的沉降，分析后认为是水泥浆致使土体含水率突然增大，土体强度降低导致基础轻微沉降。随着桩体强度增大，地基愈稳定，基础不再发生沉降。沉降折线图显示加固后塔基保持稳定。

加固及纠倾完成后，从7月27日至9月1日持续监测基础沉降，基础沉降曲线图如图8所示。在完成加固之后，基础几乎不再沉降，加固效果明显。

完成纠偏之后，塔身垂直度保持在±2 mm范围内，满足该型塔式起重机对垂直度的要求。

5 结语

1)对于填土区重型塔式起重机基础的加固，格栅式旋喷桩加固法是可行有效、安全性高的加固方法。这一方法可有效减小轴线一侧基础的沉降速率，对于重型塔式起重机基础的沉降加固可以达到良好的效果，满足工期及使用要求。且该法所需工作面较小，对施工现场影响弱，可用于施工场地受限或对后期施工无较大影响的基础加固中。

2)由于基础沉降导致的塔身倾斜，在纠偏时不一定必须降塔后再纠偏。此法不但缩短纠偏工期，而且消耗较小，对同类型塔式起重机的纠偏有一定借鉴意义。

3)沉降及塔身垂直度监测是沉降加固及塔身纠倾的一项重要工作，既是加固纠倾过程中的安全控制措施，也是效果检验的重要依据。多型式监测增强了塔式起重机的沉降及倾斜监测信息的可靠性，更好的加强施工控制。