塔機垂直度控制研究

陳 健

（上海建工四建集團有限公司，上海 200232）

垂直度控制是保證塔機施工安全的一個關(guān)鍵因素。如果塔機的垂直度超出規(guī)范要求，則會在操作過程中出現(xiàn)各種安全隱患。其中最主要的表現(xiàn)就是由于塔機垂直度超標，起重臂在回轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)爬坡減速和下坡加速的現(xiàn)象，導致回轉(zhuǎn)速度不平穩(wěn)。這種速度的變化會對操作人員操作定位的判斷造成嚴重干擾，使其操作更加困難費時。此外，長期的不平穩(wěn)運行使塔機部件更容易損壞，縮短塔機部件的使用壽命，并且失控的加速也會導致安全事故的發(fā)生。如果塔機垂直度嚴重超標，其重心超出設(shè)計范圍，則會發(fā)生塔機傾覆，造成機毀人亡的重大安全事故。

從塔機基礎(chǔ)承臺方案選定，基礎(chǔ)承臺澆筑（設(shè)置），塔機安裝，再到塔機的運行，任何一個步驟發(fā)生操作不規(guī)范或者操作不慎，都有可能導致塔機垂直度不達標。由于塔機在整個工程建設(shè)過程中都起著至關(guān)重要的作用，一旦發(fā)生問題將對施工進度和安全產(chǎn)生非常大的影響，因此有必要對工程中每個階段的垂直度進行嚴格控制，防范于未然。

本文從塔機基礎(chǔ)承臺的澆筑、塔機的安裝和運行3個階段可能發(fā)生的垂直度問題進行討論，并明確相關(guān)階段垂直度的控制方法。

1 不同塔機基礎(chǔ)承臺方案應(yīng)注意的事項

塔機常見的基礎(chǔ)承臺方案包括無樁基礎(chǔ)承臺、樁基礎(chǔ)承臺、無基礎(chǔ)承臺、行走式塔機路基。由于這些基礎(chǔ)承臺的方案在實施上區(qū)別較大，本文對這些常見的基礎(chǔ)承臺逐一進行討論，并簡要介紹基礎(chǔ)承臺方案實施前需要注意的方面。

1.1 無樁基礎(chǔ)承臺

無樁基礎(chǔ)承臺也稱為獨立基礎(chǔ)承臺，是一種直接放置在自然地坪面上的基礎(chǔ)承臺（以下簡稱“承臺”）。自然地坪大多由泥土構(gòu)成，但是少數(shù)也存在使用混凝土（素混凝土）地坪的情況。遇到這類混凝土地坪，需要確保承臺下方的混凝土沒有空洞。如果混凝土不達標則會使混凝土失效，起不到應(yīng)有的作用。

放置在地坪上的承臺容易受到其下方土質(zhì)的影響而造成傾斜，比如土壤含水率的變化、震動造成的土質(zhì)松動等，因此需要保證承臺周圍土壤的穩(wěn)定。其具體的措施要從增加土壤本身密度和防止外部因素破壞土壤結(jié)構(gòu)兩方面考慮。土壤本身的密度可以通過夯實壓密周圍土體來保證。如果承臺建造在邊坡附近，則更容易因為雨水侵蝕導致的滑坡而產(chǎn)生傾覆，因此需要加大夯實土體的范圍，并在周圍打入維護樁。特別要注意的是，承臺應(yīng)避免設(shè)置在有不均勻沉降的部位，以及淺表地層有淤泥、流沙、暗河、空洞和松軟的土質(zhì)上。

防范破壞土壤結(jié)構(gòu)的外部因素更為復雜。首先，水會侵蝕基礎(chǔ)下面的土壤，造成土壤松動和流失并使承臺傾斜。因此，在澆筑無樁基礎(chǔ)承臺之前要勘測承臺周圍是否有基坑等水源。如果承臺低于這些水源，則說明承臺附近的土壤有積水的風險，此時便需要設(shè)置排水溝。當然，也可設(shè)置積水井以方便后續(xù)將積水抽走，但積水井不能有滲漏現(xiàn)象，否則還會造成泥土流失。此外，還要在承臺周圍鋪設(shè)混凝土以防止地表水向下滲透。

施工環(huán)境的震動也會對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，因此在設(shè)置承臺時，應(yīng)考慮周邊是否有車輛通道、打樁機等震動源。要盡可能在打完建筑物結(jié)構(gòu)樁后再澆筑塔機混凝土承臺。施工車輛的通道應(yīng)盡可能設(shè)置在遠離承臺的地方，并硬化路面以減少車輛通行對承臺的影響。

1.2 樁基礎(chǔ)承臺

有樁的基礎(chǔ)承臺受地表水源和震動的影響較少，更為穩(wěn)定。但是在施工前，需要對地質(zhì)情況進行勘探，確保沒有流沙、暗河等影響承臺穩(wěn)定性的因素。同時，還應(yīng)避免將基礎(chǔ)設(shè)置在不穩(wěn)定的邊坡和基坑旁，避免因邊坡滑坡和基坑圍護變形導致基礎(chǔ)側(cè)向受力引發(fā)基礎(chǔ)承臺傾斜。如果受環(huán)境工況制約而必須將樁基礎(chǔ)承臺設(shè)置在基坑邊，則必須要有相應(yīng)的安全技術(shù)措施。例如，可以在基坑邊設(shè)置維護樁，或在基坑受力面開挖卸載溝槽和設(shè)置擋土排樁、錨固（定）樁。也可用設(shè)置排樁的方法將承臺樁基礎(chǔ)圍起來，并進行壓密注漿，增加樁基礎(chǔ)抗彎剛度。

除此以外，當土壤的粘性或密度不能滿足要求時，可能發(fā)生樁的承載力不足而導致基礎(chǔ)不均勻沉降。遇到這種情況，可以通過選用灌注樁來增加樁的摩擦力。其次，塔機安裝之前一定要對基礎(chǔ)承臺作標高標注，便于以后隨時觀察其沉降變化。

對于高出基坑的樁基礎(chǔ)承臺，其樁體會同時承受基礎(chǔ)承臺本身的質(zhì)量、承臺上塔機的重量以及塔機在工作過程中的彎矩和水平力。這些合力會對樁體周圍的泥土產(chǎn)生擠壓，可能導致基礎(chǔ)承臺傾斜。為此，樁的間距不能設(shè)計得過近，應(yīng)適當放大樁間距。另外，加強樁（格構(gòu)柱）之間剛性連接也可以提高樁承臺整體穩(wěn)定性。當利用建筑物局部基礎(chǔ)設(shè)置塔機基礎(chǔ)承臺時要避免設(shè)置在懸挑部位，基礎(chǔ)承臺應(yīng)設(shè)置在工程樁連線投影面內(nèi)。此外，基礎(chǔ)承臺還可以利用工程樁做塔機基礎(chǔ)承臺。由于工程樁的設(shè)計要求更高，因此能為塔機提供更可靠的安全性。

1.3 內(nèi)爬式和外掛式塔機鋼梁、支架的設(shè)置

無基礎(chǔ)承臺的內(nèi)爬式和外掛式塔機是通過鋼梁或支架來固定的，因此鋼梁和支架的水平度是保證塔機垂直度達標的關(guān)鍵。首先要在固定的上下兩道鋼梁或支架的墻面標定水平線和中心垂直線，并按標定線布置鋼梁和支架，鋼梁和支架的水平誤差不應(yīng)超過1‰。然后清理鋼梁和支架面上的垃圾和焊渣等雜物，確保安裝在其上面的附著框保持水平。接著便可以在塔身標準節(jié)處安裝附著框，并在垂直儀的監(jiān)控下通過張緊螺栓或鐵楔緊固完成對塔身的垂直調(diào)整。當塔機需要爬升時，按照之前的操作方法安裝第3道鋼梁或支架。操作中需要隨時注意塔機前后平衡，使重心落在標準節(jié)中心，同時還要保持塔身不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

1.4 行走式塔機路基

行走式塔機的路基是長條形敷設(shè)，對整個路基的地坪要求更高。為確保安全，敷設(shè)路基前要對整條路基地坪做地耐力檢測。對于薄弱部位應(yīng)進行地基處理，或增加路基箱面積來滿足承載要求，并很好地固定路基箱。這樣可以防止因路基箱上塔機運行而產(chǎn)生蠕動，避免路基箱下泥土流失。

2 塔機垂直度控制措施

2.1 預埋件設(shè)置階段

除了基礎(chǔ)承臺的質(zhì)量控制，在施工過程中，施工方還需要注意塔機基礎(chǔ)預埋件設(shè)置質(zhì)量控制和附著加節(jié)垂直度控制。塔機混凝土基礎(chǔ)預埋件包括預埋節(jié)、預埋支腿、預埋螺栓、預埋鋼板件等。

在混凝土澆筑前需要控制預埋件的端面標高，使它們的水平誤差控制在標準范圍之內(nèi)（控制了水平度即控制了垂直度）。為了放置精度能達到技術(shù)要求，施工方必須硬化地面（格構(gòu)柱混凝土承臺要在預埋件放置前，在承臺底部的格構(gòu)柱上加裝底托）。然后在上面放置水平調(diào)節(jié)支架，調(diào)整預埋件水平誤差至標準范圍內(nèi)，最后便可以固定放置好的預埋件。

在混凝土澆筑過程中要避免沖擊預埋件，防止單邊澆筑混凝土情況的發(fā)生。基礎(chǔ)混凝土應(yīng)逐層均勻澆筑，防止發(fā)生預埋件移位而導致基礎(chǔ)預埋件水平度超標，從而影響塔機垂直度。

2.2 加節(jié)附著階段

隨著建造的建筑物增高，需要對塔機加節(jié)以滿足新的工況。加節(jié)前必須對塔機進行附著處理，其中就涉及到加節(jié)的垂直度控制問題。首先要對塔身垂直度進行測量，通過調(diào)整塔身前后平衡以保證塔機的垂直度滿足技術(shù)要求（需要在5級風力以下操作）。具體步驟是，丈量附著框連接耳板上的銷孔中心點至附著墻面連接支座耳板銷孔中心點的距離，按尺寸加工附著桿。稍后安裝兩側(cè)各1根附著桿，安裝后重新測量復核垂直度。如垂直度不符合要求，可分別調(diào)節(jié)2根附著桿的長度調(diào)節(jié)螺桿，直至垂直度達標。然后裝上余下的附著桿，加節(jié)至規(guī)定懸臂高度。

3 塔機安裝、運行過程中垂直度糾偏方法

對于已經(jīng)運行中的塔機發(fā)生傾斜，需要先判斷傾斜的原因，再著手處理。塔機傾斜的原因可能追溯到塔機安裝前的早期，也可能發(fā)生在塔機加節(jié)附著的階段。

3.1 預埋件放置不到位

塔機安裝早期發(fā)生的傾斜往往是因為預埋件放置時水平度控制不到位或混凝土澆搗操作瑕疵而引起。倘若發(fā)生預埋件端面水平度超標，就需要對水平度進行糾偏?？傮w來說，預埋件放置不當造成的塔機傾斜大致有以下幾個原因：預埋基礎(chǔ)節(jié)的水平控制不好；預埋支腿在預置過程中由于精度控制不好或者受外力影響而造成水平高差；預埋螺栓的基礎(chǔ)面平整度不夠。

對于預埋基礎(chǔ)節(jié)和預埋支腿整體平面造成的傾斜，首先要測定整體預埋件各連接點高差值，然后根據(jù)連接形式采取不同的糾偏措施。如果標準節(jié)是由螺栓形式連接的，可加工形狀與（標準節(jié)）接合面相同或略大的墊片進行高差補償。如果傾斜過大，則需采用分節(jié)逐節(jié)調(diào)整。銷軸連接形式的標準節(jié)傾斜大于4‰時，就要采取措施。其中最有效的方法是委托塔機生產(chǎn)廠商對預埋件高差進行測定，然后加工調(diào)整支座或調(diào)整節(jié)來調(diào)平高差值。

如果遇到預埋螺栓形式的基礎(chǔ)面不平整造成的傾斜，可對混凝土承臺面作找平處理或測量各支腳預埋螺栓處混凝土面標高，在連接法蘭板底面與混凝土面之間墊入鐵片以調(diào)整支撐面水平來解決問題。注意：以上糾偏措施是基于承臺基礎(chǔ)穩(wěn)定情況下實施。

3.2 地質(zhì)情況變化

本文在討論樁基礎(chǔ)承臺澆筑時，提出了需要對地質(zhì)情況進行勘探，然而事先的勘探和受力評估并不總是精準的。比如，當?shù)乇硐旅嬗形纯睖y到的流沙現(xiàn)象時會對樁體造成推力，使之傾斜。因此，一旦發(fā)現(xiàn)此類事情，要立即對流沙進行處置。處置的方法可以通過灌注凝固劑、快干水泥或者用冷凍法冷凍流沙土壤。同時，地下水位的變化也能改變土壤的參數(shù)，導致樁體和地基無法滿足原先的設(shè)計值。遇到這種情況，則需要通過各種手段加固基礎(chǔ)承臺的樁體。此外，為了避免削弱基礎(chǔ)承臺的強度，在施工過程中應(yīng)嚴禁在無安全技術(shù)措施下在基礎(chǔ)承臺處單邊挖土，可采用四周逐層均勻的方式開挖。

3.3 塔機爬升時安裝不到位

爬升式塔機發(fā)生垂直度傾斜原因通常是固定裝置安裝質(zhì)量不到位。例如鋼梁上的附著裝置與鋼梁間的緊固螺栓松動，附著框上的夾緊裝置松動和標準節(jié)連接螺栓松動，這些只要作緊固處理即能恢復塔機垂直度。對鋼梁松動，則需要重新調(diào)整鋼梁設(shè)置，讓塔機垂直度回歸正常。

4 結(jié)束語

本文總結(jié)了塔機在工程中各個階段可能遇到的垂直度偏差問題，并對常見的偏差原因做出了分析和討論。垂直度達標與否關(guān)系塔機使用的可靠性和安全性。為了能讓塔機更好地發(fā)揮高效、安全的作用，要從施工現(xiàn)場環(huán)境工況、地質(zhì)條件、安裝質(zhì)量等方面著手，策劃好塔機基礎(chǔ)承臺定位、制作和設(shè)備裝拆專項方案，做到不盲目施工，不野蠻施工，塔機不超載作業(yè)。施工作業(yè)前要做好技術(shù)、質(zhì)量、安全交底，做好日常巡檢工作，把塔機垂直度控制工作貫穿于施工全過程。