摘要：本文結(jié)合筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及存在的許多問題進(jìn)行探討，以供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：塔吊基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)技術(shù)，承載力，問題

　　Abstract: the author discusses many years of work experience, and basic design of tower and many problems are discussed, and provide the reference for colleague.

　　Keywords: crane foundation, the design technology, bearing capacity, problem

　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　0引言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的飛快發(fā)展，高層建筑和深基坑大量淪沉，房屋建筑的施工場(chǎng)地和作業(yè)環(huán)境日趨復(fù)雜。塔吊安全事故也越來越多，引發(fā)事故的原因有許多，例如塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不能引起足夠重視，設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)水平不夠，且沒有合適的審查等等。文章擬從塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)技術(shù)的角度進(jìn)行分析，提出解決方案。

　　1塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　1.1塔吊基礎(chǔ)形式的選擇

　　目前較為常見的塔吊基礎(chǔ)主要有鋼筋混凝土大板基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)加鋼筋混凝土承臺(tái)兩種形式。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好、塔吊基礎(chǔ)位置的地基土承載力較高時(shí)可采用鋼筋混凝土大板基礎(chǔ)，但是如果大板基礎(chǔ)明顯受到旁邊基坑開挖的影響，難以保證足夠的安全距離時(shí)，需考慮采用樁基礎(chǔ)形式。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差、地基土承載力不夠，塔吊荷載較大，明顯受到基坑開挖的影響或塔吊對(duì)基坑支護(hù)產(chǎn)生較大附加荷載等情況下，塔吊基礎(chǔ)必須采用樁基礎(chǔ)。

　　1.2塔吊基礎(chǔ)的最不利驗(yàn)算截面

　　隨著塔吊作業(yè)過程的轉(zhuǎn)動(dòng)，作用在塔吊基礎(chǔ)上的水平力和傾覆力矩其方向是不斷變化的。從理論上講塔吊基礎(chǔ)的平面應(yīng)設(shè)計(jì)成圓形，但是由于圓形基礎(chǔ)的鋼筋配置非常困難，塔吊基礎(chǔ)通常設(shè)計(jì)成正方形板、十字交叉梁形式或?qū)ΨQ布置的四樁基礎(chǔ)。正方形布置的基礎(chǔ)在荷載作用方向轉(zhuǎn)動(dòng)情況下這就涉及最不利驗(yàn)算截面的確定問題。

　　在塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算中，應(yīng)考慮最不利驗(yàn)算截面的情況，如下圖1所示。往往以力矩作用在正方形邊長方向，對(duì)基礎(chǔ)極限承載力進(jìn)行驗(yàn)算，如a)所示。而實(shí)際上最不利驗(yàn)算截面應(yīng)為正方形的斜對(duì)角方向，如b)所示，在此方向基礎(chǔ)的內(nèi)力最大，為最不利。上述兩種驗(yàn)算截面情況下，基礎(chǔ)彎矩的計(jì)算結(jié)果其大小相差約為30%。

　　1.3塔吊的最不利工況和傾覆力矩的取值

　　塔吊可以分為起吊重物和不吊重物時(shí)的工作狀態(tài)，通常是工作狀態(tài)下作用在塔吊基礎(chǔ)上的豎向荷載最大、傾覆力矩較小;而非工作狀態(tài)作用在基礎(chǔ)上的豎向荷載較小、傾覆力矩較大。當(dāng)塔吊安裝第一節(jié)附墻桿后，風(fēng)荷載的水平力由附墻桿承擔(dān)，塔吊傾覆力矩將明顯減小，故在非工作狀態(tài)，當(dāng)塔吊在最大自由高度時(shí)，作用在基礎(chǔ)上的傾覆力矩最大，為最不利工況;當(dāng)塔吊處于最大工作高度時(shí)，作用在基礎(chǔ)上的豎向荷載最大，為工作狀態(tài)的最不利工況。經(jīng)計(jì)算表明，通常情況下，對(duì)于塔吊基礎(chǔ)起控制作用的是傾覆力矩，也就是非工作狀態(tài)。因此，塔吊的最不利工況為最大自由高度時(shí)的非工作狀態(tài)。

　　一般情況下，塔吊生產(chǎn)廠家的使用說明書提供了作用在塔吊基礎(chǔ)上的最大傾覆力矩，但也有部分廠家沒有明確或未能提供，有時(shí)不同廠家所提供的傾覆力矩值相差很大。實(shí)際上作用在塔吊基礎(chǔ)上的水平力和傾覆力矩與塔身自由高度和風(fēng)荷載大小密切相關(guān)。它與塔吊使用所在地的基本風(fēng)壓、地形地貌等有關(guān)，因此，對(duì)傾覆力矩的取值應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算或?qū)λ跏褂谜f明書的提供值進(jìn)行復(fù)核。

　　2設(shè)計(jì)技術(shù)

　　塔吊基礎(chǔ)可采用天然地基上鋼筋混凝土基礎(chǔ)，或采用樁基(上承臺(tái)基礎(chǔ))做法。通常情況下樁基承載力大，出現(xiàn)安全隱患的機(jī)率很小。本文主要對(duì)天然地基上鋼筋混凝土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)作分析，該類型的基礎(chǔ)，往往設(shè)計(jì)人員不夠重視，在做施工方案時(shí)隨意搬抄或者不符合設(shè)計(jì)原理地進(jìn)行調(diào)整，特別是出現(xiàn)軟弱地基或者不均勻地基時(shí)，采用不正確的處理方法。

　　2.1天然地基上塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　天然地基上塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)主要包括地基承載力驗(yàn)算、基礎(chǔ)抗沖切計(jì)算、基礎(chǔ)抗彎計(jì)算。地基承載力可按現(xiàn)行《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下稱簡(jiǎn)《規(guī)范》)特征值進(jìn)行修正計(jì)算(見式1，具體符號(hào)意義參見《規(guī)范》)，并根據(jù)塔上部荷載參數(shù)進(jìn)行地基承載力驗(yàn)算。

　　上部荷載需根據(jù)塔吊使用說明書，采用塔吊非工作狀態(tài)最不利荷載組合，得到內(nèi)力值，確定合適的塔吊基礎(chǔ)底面尺寸后(設(shè)底面積A)，可按式(2)或式(3)計(jì)算基底反力P。當(dāng)不考慮附著時(shí)(圖1.a)的基底反力按式(2)計(jì)算：

　　當(dāng)考慮附著時(shí)(圖1.b)的基底反力按式(3)計(jì)算：、

　　驗(yàn)算P，須滿足式(4)條件：

　　抗沖切計(jì)算(略，詳見《規(guī)范》)

　　抗彎計(jì)算(縱筋配筋計(jì)算，略，詳見《規(guī)范》)

　　3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中常見問題

　　(1)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏于保守;

　　(2)地基承載力不能滿足要求，處理方法不當(dāng)。

　　第(1)條所述的情況，比較普遍，由于設(shè)計(jì)者結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力有限，對(duì)于基礎(chǔ)尺寸以及配筋均會(huì)采取過大的取值，有的設(shè)計(jì)者套用其它工程的設(shè)計(jì)，套用后盲目增大基礎(chǔ)尺寸，強(qiáng)度等級(jí)及配筋量等。本項(xiàng)問題往往不會(huì)引起安全隱患，但會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

　　第(2)條所述種情況，在碰到地基承載力低的條件時(shí)，設(shè)計(jì)者常常會(huì)采用不當(dāng)?shù)奶幚矸椒?。例如，施工方案編制者未?jīng)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)承載力不能滿足說明書所述值后，直接增加混凝土等級(jí)，或增加配筋量。根據(jù)本文2.1所述計(jì)算要點(diǎn)可見，該處理辦法對(duì)于滿足地基承載力條件來說是根本無效的。如果地基承載能力遠(yuǎn)低于地基反力時(shí)，塔吊隱患往往較大。后期必然會(huì)帶來塔吊沉陷、傾斜，甚至倒塌等嚴(yán)重后果。這是最典型的因基礎(chǔ)設(shè)計(jì)(或根本未經(jīng)設(shè)計(jì))問題造成的安全事故。

　　典型案例：某工程，塔吊基礎(chǔ)下臥地基為淤泥質(zhì)土(設(shè)計(jì)承載力為50 kPa)，設(shè)計(jì)人員未經(jīng)軟弱下臥層地基承載力驗(yàn)算，僅將承臺(tái)擴(kuò)大到5 m×5 m×1.4 m，承臺(tái)中間再增設(shè)一道Φ20@200鋼筋，并在塔吊基礎(chǔ)地基下打入5 m長的松木樁。結(jié)果，在安裝了7節(jié)塔吊節(jié)，并使用近一個(gè)月后，塔吊垂直度南偏7.5 cm，東偏6.8 cm，超過了規(guī)范要求，造成嚴(yán)重安全隱患。

　　在處理辦法中可見：(1)設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)地基承載力不能滿足要求后，未經(jīng)計(jì)算，隨意擴(kuò)大承臺(tái)尺寸，而雖然擴(kuò)大承臺(tái)邊長是有效的，但擴(kuò)大的數(shù)值是隨意的，未必能滿足安全要求。(2)因承載力不夠，設(shè)計(jì)人員在承臺(tái)中間增設(shè)一道Φ20@200鋼筋，該處理辦法對(duì)地基承載力不足的問題來說幾乎不起作用的，可見設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平是很低的。(3)在塔吊基礎(chǔ)下打入松木樁，似乎是有效的做法。一方面它僅僅是作為了一種考慮，而非準(zhǔn)確的計(jì)算，另一方面，打入松木樁，對(duì)于淤泥質(zhì)軟弱下臥層來說，是否會(huì)產(chǎn)生地基土擾動(dòng)而造成承載能力嚴(yán)重影響，應(yīng)該作認(rèn)真分析。

　　4避免措施

　　從以上論述來看，塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中存在的問題，主要是由于設(shè)計(jì)者水平不足以及設(shè)計(jì)管理上的原因造成。如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)仍然由施工單位一線技術(shù)員承擔(dān)，審核仍由監(jiān)理單位監(jiān)理人員承擔(dān)，塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)質(zhì)量只能取決于以上人員的總體水平。由此看來，提高塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)質(zhì)量，避免因塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問題產(chǎn)生隱患，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)管理。設(shè)計(jì)管理的關(guān)鍵在于，設(shè)計(jì)者的資格管理，審核者的資格管理。這項(xiàng)管理有兩個(gè)層面上的方案。第一個(gè)層面的方案，施工單位層面。每個(gè)施工單位，應(yīng)具有國家注冊(cè)結(jié)構(gòu)師，并具有一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)歷與經(jīng)驗(yàn)。此類涉及力學(xué)結(jié)構(gòu)安體的設(shè)計(jì)，施工單位應(yīng)確定由具有相應(yīng)設(shè)計(jì)水平的該類人員設(shè)計(jì)，并由合適的人選進(jìn)行審核。第二個(gè)層面的方案，政府建設(shè)主管部門，對(duì)此類包括塔吊、深基坑、高支模類的施工方案，應(yīng)該落實(shí)設(shè)計(jì)者的要求。如明確要求由施工單位注冊(cè)結(jié)構(gòu)師設(shè)計(jì)，或設(shè)計(jì)院注冊(cè)結(jié)構(gòu)師設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)的做法，對(duì)于高支模、深基坑等施工方案采用專家會(huì)審的辦法。筆者認(rèn)為，更重要的是方案設(shè)計(jì)者的相關(guān)理論水平與設(shè)計(jì)水平，這是關(guān)鍵因素。

　　5結(jié)語

　　總而言之，塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的安全問題，并非設(shè)計(jì)技術(shù)上有難度。而是在設(shè)計(jì)管理，是工程管理上存在著不合理，這雖然是微觀的問題，但卻能體現(xiàn)了國內(nèi)工程管理的體制存在著缺陷，仍需進(jìn)行必要的改革。

　　參考文獻(xiàn)

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