淺談塔式起重機(jī)基礎(chǔ)與設(shè)計(jì)

朱森林/ZHU Sen-lin

（湖南省第六工程公司山東分公司，山東 青島 266000）

固定式水平臂塔機(jī)進(jìn)入工地使用時，需設(shè)置一個較大的混凝土基礎(chǔ)，用來平衡高大的塔機(jī)工作中所產(chǎn)生的各種力荷，確保塔機(jī)的穩(wěn)定安全。在工程完成后，該基礎(chǔ)就棄于地下成廢物。塔機(jī)基礎(chǔ)有多種構(gòu)成形式，但形式復(fù)雜者除特殊需求外一般少見，固定式方形獨(dú)立整塊形混凝土基礎(chǔ)由于結(jié)構(gòu)簡單，制作容易，在實(shí)際中被大量采用。下面主要就該形式的基礎(chǔ)，談其相關(guān)的設(shè)計(jì)問題。

1 校核公式的弊端

決定方形基礎(chǔ)體積的雖只有邊長b及高度h兩個未知數(shù)，但這兩個數(shù)字怎樣定得合理，還沒有一個準(zhǔn)確的計(jì)算方法。此前至今，在學(xué)術(shù)方面能參考到的只有GB 13752-1992《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》中所介紹的關(guān)于對塔機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行安全校核的兩個公式（以下簡稱校核公式）

許多業(yè)內(nèi)人士將此校核公式作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的準(zhǔn)用公式，將前一個公式作為基礎(chǔ)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算的通過用；將后一個公式作為地基承載力計(jì)算的通過用。但在實(shí)用可發(fā)現(xiàn)，這兩個公式中均含有Fg，它是基礎(chǔ)混凝土容重，包含有b及h兩個數(shù)，故采用這兩個等式進(jìn)行計(jì)算時，是無法解出3個未知數(shù)的。在人們作基礎(chǔ)的初始設(shè)計(jì)時，在事先不知道b及h數(shù)時，往往只能經(jīng)多次估值試算，再用這兩個校核公式，校核通過則可。

這種計(jì)算方法，除需多次試算，工作量大且容易出錯外，計(jì)算出的b及h數(shù)字是否是合適準(zhǔn)確的還存在一個疑問。因?yàn)橛眯：斯絹硇：耍线m準(zhǔn)確的數(shù)字形成的混凝土基礎(chǔ)能通過校核，大于該合適準(zhǔn)確的數(shù)字形成的混凝土基礎(chǔ)也能通過校核，但是具體大了多少，以及合適準(zhǔn)確的數(shù)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。

還有一個節(jié)能減排的問題。由這兩個數(shù)字所決定的混凝土體積，可比喻為穩(wěn)定秤桿的秤砣，稍小就不能滿足對基礎(chǔ)所施加力荷的平衡，使塔機(jī)有傾翻的危險(xiǎn)；而稍大，哪怕只增加幾厘米，就會造成多投入成噸的混凝土的浪費(fèi)。

2 聯(lián)立公式的探索

現(xiàn)實(shí)中的塔機(jī)基礎(chǔ)，一般由塔機(jī)廠家在其使用說明書上提供。但說明書所給定的只是為幾種特定的地耐力而定。實(shí)際中租賃單位、施工單位及監(jiān)理、安監(jiān)部門均不具備設(shè)計(jì)能力，在趨于安全思想指導(dǎo)下，又只有校核公式可參照，這就成了基礎(chǔ)做大的根本原因。在實(shí)際工地，不同場地土壤的承載力不同。還有即使采用同型塔機(jī)，使用時安裝的臂長及高度也不同，其所產(chǎn)生的力荷也會不同。若相關(guān)的力荷數(shù)據(jù)改變，而所用的基礎(chǔ)體積不變，這種以不變應(yīng)萬變的技術(shù)實(shí)在荒唐。

筆者通過多年探討，并在相關(guān)專家指導(dǎo)下，推導(dǎo)出兩個全新的等式，即聯(lián)立公式

在此聯(lián)立公式中的兩個等式中，只包含有邊長b及高度h兩個未知數(shù)，故在初始計(jì)算時就能很容易并且較準(zhǔn)確的求出這兩個數(shù)字。由于兩等式聯(lián)立，求解時所輸入的由上面塔機(jī)所產(chǎn)生的力荷與下面土壤的承載力，就能處在相互包容之中，這樣計(jì)算出的值就會是合理、精準(zhǔn)的。

3 在軟土地基上對塔機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)置

在2000年后的10多年來，筆者一直在單位的實(shí)際應(yīng)用中來證實(shí)聯(lián)立公式的科學(xué)性，旨在能向全國推廣該方法。

在2012年，正好一工地有難題，讓該聯(lián)立公式的應(yīng)用開出了奇葩之花。該工地毗鄰青島膠州灣，原地貌為濱海淺灘，后人工改造為鹽田。工地場地表層是約2.3m的回填與原統(tǒng)洪沖積層，勘測報(bào)告顯示該層地基承載力特征值fak=180k Pa,再向下是約3.5m的全新統(tǒng)海相沼澤化層，俗稱“淤泥層”，其土質(zhì)屬軟塑性，具有觸變性、高靈敏度及高壓縮性，承載力fak=70k Pa,而塔機(jī)說明書上要求地基承載力fak為200k Pa,大致只有1/3，明顯不符，要另行處置。

按青島地區(qū)慣常處置方法是：開挖去淤泥層，將基礎(chǔ)置于風(fēng)化層地基上；或在方形基礎(chǔ)四角打樁（或挖樁）。這些除去花費(fèi)頗巨外，還要作結(jié)構(gòu)驗(yàn)證等，時間會拖后，我們均擬排除。

采用上述聯(lián)立公式對基礎(chǔ)重新作設(shè)計(jì)計(jì)算，最后定下將方形基礎(chǔ)的幾何尺寸定為邊長b=7.5m,高度h=0.9m,計(jì)算有PB=67k Pa＜70k Pa，其它載荷指標(biāo)的計(jì)算，經(jīng)校核均合適。該基礎(chǔ)上的塔機(jī)在以后的近2年的使用中，還經(jīng)歷了海邊的長期大風(fēng)，均無礙。經(jīng)測，在1年后，除有整體下沉2cm外，其它指標(biāo)均良好。另外，比較塔機(jī)說明書上圖樣體積，該基礎(chǔ)還少用了約1m3的混凝土。

4 結(jié) 語

從前至今，業(yè)內(nèi)人士均采用校核公式來進(jìn)行塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算，但它也像霧籠罩住人們的眼睛，使人看不清其精確的b及h值是多少，在全國一貫強(qiáng)調(diào)安全生產(chǎn)前提下，人們往往將基礎(chǔ)做大了，在越來越多的塔機(jī)使用的今天，也造成了極大的浪費(fèi)。

筆者在2000年就已經(jīng)登載出的聯(lián)立公式，經(jīng)10多年來在各種地基上應(yīng)用成功，證實(shí)其科學(xué)性，故它應(yīng)向全國的業(yè)內(nèi)人士宣貫與推廣，建議將其充實(shí)到國家標(biāo)準(zhǔn)中去，作為今后塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。

[1] GB 13752-1992，塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 朱森林．塔式起重機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算[J]．建筑機(jī)械，1997，（6)：12—16.

[3] 朱森林．塔式起重機(jī)固定式基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)[J]．建筑機(jī)械化，2000，（3)：12—15．

[4] 朱森林，孫柏君．軟土地基上塔機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與實(shí)例[J]．建筑機(jī)械化，2013,（9)：51—54.