固定式塔式起重机的基础问题

     近年来由于高层建筑迅猛发展，施工中固定式塔式起重机使用量急剧增加，为了保证塔机的安全使用，下面谈谈我们在固定式塔机基础的检测中发现目前塔机基础有很多不合理现象：一方面存在大量的浪费；另一方面存在不安全因素。
    l 基础的设计要求
    固定式塔机根据基础的结构形式可分为：①现浇钢筋砼整体基础；②由行走式塔机改装而成的有底架、带压重的固定式基础。目前大多数采用第一种形式。塔机的基础设计必须满足以下三方面要求。
    1）塔机的稳定性。塔机的稳定性是指塔机在各种工况下能保持整机的稳定而不致倾翻的特性，它是保证塔机安全使用的重要因素之一。它由稳定性系数M稳／M倾来表示，M稳为塔机的自重、基础重和平衡重所产生的保持塔机稳定作用的力矩（ N m）； M倾为起着倾翻塔机作用的外力产生的力矩（N叫。稳定性系数随着工况的变化而变化，稳定性系数越大表示塔机的稳定性越好。塔机在设计时已考虑到各种不同工况下稳定性的要求，在设计塔机基础时其尺寸和质量必须满足稳定性的要求。
    2）基础的强度要求。塔机基础内部的结构应具有足够的强度，即能够承受各种工况下作用于基础上的垂直力、水平力及倾覆力矩。设计塔机基础时需要验算地脚螺栓和埋人基础内预埋铁件的强度及在检基础内的锚固力等。
    3）地基均匀沉降要求。塔机基础在长时间的使用过程中所受的荷载一直在不断变化，如果地基沉降不均匀可致使塔机垂直度偏差增大，从而影响塔机的稳定性，因此要求地基沉降均匀。
    2 基础存在的问题
    2．1生产厂的基础施工图存在的问题
    1）塔机生产厂提供的塔机基础施工图不够完善。其中四川建筑机械厂生产的塔机在各种地耐力条件及不同使用高度时提供有比较齐全完善的基础施工图，而其余塔机生产厂仅提供一种或两种地耐力条件下的基础施工图，甚至有的厂连设计基础时必需的最基本参数（如作用在基础上的最大倾覆力矩、水平和垂直荷载等）都未提供，因此施工单位无法根据实际地耐力重新设计塔机基础。
    2）在相同地基承载力条件下的同一型号塔机，各个生产厂提供的基础图中基础底面积及质量相差很大。
    3）大多数生产厂提供的基础图要求地耐力为2x 105Pa，而施工现场实际一般达不到上述要求。
    4）个别生产厂提供的基础图在检测时不能满足塔机在各种工况下稳定性的要求，存在有安全隐患。
    5）错误地以工作状态时塔机基础所受的荷载为计算荷载，设计出的基础不能满足非工作状态时荷载作用下的强度及稳定性的要求。因此需要规范塔机基础的设计。
    2．2 施工单位基础制作方面问题
    施工现场条件复杂多变，塔机的基础施工受现场条件限制，往往不能按生产厂提供的基础施工图施工，需要作相应变更。由于有的使用单位对塔机基础功能及要求缺少全面理解，处理不当，出现以下问题。
    1）基础布置不合理。塔机基础一侧座在建筑物的地下室底板、顶板或基础上，另一侧座在加固的桩基或地基上，造成使用中沉降不均匀。
    2）采用桩基加固的塔机基础仅考虑竖向的抗压能力而忽视抗倾覆能力，甚至有的将加固的单桩设置在基础中心位置，有的桩基与基础之间无锚固连接，或把基础设计成庞大的高桩承台，既增加了施工难度又加大了成本。
    3）压重不符合要求，过大则增加了地基的承受载荷，过小则不能满足抗倾翻稳定性的要求。
    4）使用中有的塔机基础上堆积大量的杂物或回填土，增加了基础的负荷，也不便于对基础的观测。
    5）埋在基础内的塔身基础节或预埋铁件错误地放在垫层上，造成基础与塔身脱离。
    6）基础上表面水平度偏差大，塔机安装时又未用垫铁调整，使安装后垂直度偏差过大。
    7）安装位置选择不当，塔机使用完毕后无法用正常拆塔方法进行拆除。
    8）未作排水设施。
    3 基础地基加固处理方案
    当无法满足塔机生产厂提供的基础图中对地耐力的要求时需对地基进行加固处理，常用的方法如下。
    1）地基处理。可采取夯实法、换土垫层法。排水固结法、振密挤密法、置换及拌人法等。不同的方法对土类、施工设备、技术有不同的要求，成本不一。最常用的是换土垫层法，其成本较低，但仅局限于地基软弱层较薄的地区。
    2）桩基加固。成本较高，但处理效果较好，适用于浅层土质不能满足塔机基础对地基承载力的要求而又不适宜采用地基处理方法时，特别适用于现场地下水位较高的情况。
    3）合理利用建筑物的永久设施。在便于安装。拆卸塔机的前提下，充分借助建筑物的基础、底板、顶板等构筑物，把塔机基础与之有机结合起来。此种方案成本低，比较理想，但因对构筑物增加了荷载，应慎重采用需经计算决定是否对其加固处理，并应征得建筑物设计部门的许可。
    4）加大塔机基础底面积，不再对地基进行加固处理。由于加大塔机基础时受塔机安装位置的限制，此方案仅适用于现场地耐力与基础图中所要求的地耐力值相差不大时的情况。加大塔机基础时其内部配筋需重新设计计算。
    4 基础的验算
    塔机基础的验算包括强度验算及抗倾翻稳定性验算。当直接采用生产厂提供的基础图施工时施工单位一般不再复验基础的强度，仅需验算基础的抗倾翻稳定性；对重新设计的塔机基础其强度、抗倾翻稳定性需验算。
    4．1 稳定性验算
    根据 GB／T13752－92《塔式起重机设计规范》按下列公式进行抗倾翻稳定性验算，参看图1
    式中：
    e———偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离（m）；
    L——地面反力的合力至基础边缘的距离，
    L＝（ b／2）－ e（m）；
    M——作用在基础上的弯矩（Nm);
    Fv、Fh——作用在基础上的垂直、水平载荷（N）；
    Fg-------砼基础的重力（N）；
    b、 h——检基础底面宽度、高度（m）；
    PB——地面的计算压应力（Pa）；
   「PB」——地面许用压应力（Pa），一般取2 ×105－ 3 ×105Pa。
    4．2 强度验算
    基础强度验算可参照建筑结构设计手册进行，这里不再详述。采用桩基加固的基础应验算单桩的竖向和水平承载力，具体计算方法见J GJ94－94《建筑桩基技术规范》。
    当采用4根桩对称布置加固时其单桩竖向承载力验算可按下列公式进行。
    Nmax＝（F＋ G）/4＋（M/S）＜1.2 R
    摩擦桩：R=qpAP＋up∑qsiLi
    端承桩：R＝qpAp
    式中：
    Nmax ——单杠最大竖向力设计值（ N）；
    R——单桩竖向承载力（N）；
    F-----作用在基础上的竖向力设计值（荷载分项系数1.2）（N）；
    G-----砼基础自重设计值（荷载分项系数取1.2）（N）；
    M——作用在基础上的弯矩设计值（荷载分项系数取1.4）（Nm）；
    S——对角线方向两桩中心距（m）；
    qp——桩端土的承载力，以现场地质勘探报告为准（Pa）；
    Ap一桩身的横截面面积（m2);
    up——桩身周边长度（m）；
    qsi——桩周土的摩擦力（Pa)；
    Li——按土层划分的各段桩长（m）。