软土地基上塔机基础的设计与实例

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塔式起重机 (以下简称塔机)的使用工作中，由于高度高及幅度大，工作吊重时会产生各种载荷，这些载荷也会考验塔机自身的稳定性要求，- 旦发生塔机倾覆，就是重大的安全事故。因此，在塔机的使用中，它每进入工地都要设制-个较大的混凝土基础，用以平衡塔机所产生的各种载荷，确保塔机服役中的使用安全性。

塔机基殆采用钢筋混凝土制作，多为固定式，它有多种形式，其中方形基础由于具有结构简单，制作容易，在实际中被大量采用。在正常情况下设置塔机基础-般按塔机的使用说明书中所提供的图样去制作。在特殊工况下，如受到场地限制或因地基土壤的承载力不够等问题时，则需另外定制。关于如何在软土地基上设置塔机方形混凝土基础的问题，下面笔者以～实例来表述。

l 现场情况实例现场为青岛的-个在建工地。工地毗邻胶州湾海岸，原地貌为滨海浅滩，后又被人工改造为盐田，现经人工回填成为青岛的高新开发区。该工地共使用了6台塔机，其中4台在基坑下，由于基坑的开挖，可使基础置于较硬的风化带土壤上，使其可以按正常情况设置塔机基矗但处在南面的 2台塔机就有问题了，它们需设置在基坑边的地面上，该处地下土壤的地质勘测情况如图 1所示。

图1 工程地质剖面图该位置地面向下是约 2.3m的回填与原统洪冲积层，勘测报告显示该层的地基承载力特征值 180kPa；再向下是约3.5m的全新统海相沼泽化层 (俗称为淤泥层)，该层土质属软塑性，具有触变性、高灵敏度及高压缩性，勘测到该层地基承载力特征值厶70kPa。而塔机说明书中基础图样是按 200kPa的土壤承载力来设计的，原图样明显不能适用，故对该塔机基础需另行处置。

青岛地区惯用的处置方法是：开挖去淤泥层，将基础下降到风化层上；或在方形的四角打桩 (或挖桩)，这样两个基赐需要 8个桩，除花费颇巨外，还要作结构验证等，另时间也拖后。

综合分析后，我们决定采用我们开发的理论与使用过的经验。下面介绍之。

建筑机械化2013(09)5 1Design＆Research 设计研究2 基础受力及理论分析公式2.1 基础的受力情况现场采用的是QTZ80型塔机，从使用说明书上查到该塔机基础上的载荷数据如表 1所示。基础载荷示意图如图2所示。

表1 基础载荷数据1眦N) (kN) M(kNm) kNm)工况 I 658 84 2312 305注：非工况的数据要小，据经验可不必再算。

， ， - / ，1 ～ n /l ，. T 图2 方形基川荷载示意图2.2 基础尺寸与倾覆载荷的关系式对方形基础的几何尺寸中只有边长b及高度h两个未知数，算出了它们的数值就决定了基础的体积 ，也就知道了它的重量。

，/ 图3 方形基垂倾覆力学模型示意图图2中所示的扭矩 呈水平方向，它只在需配扭转钢筋时用到，在此处不计；而水平推力很小，此处也略去。这样对倾覆起作用的载荷简化后，可得到图3所示的力学模型。图中以方形边缘A点作为倾覆支承点，塔机自重 及混凝土基础自重 对A点之矩，与倾覆力矩 形成平衡力偶。则有52 201 3(09)建筑机械化(FvFg)b/2kMFgTb。h将 h代入上式，得(Fyb h)b/2kM (1)式中 安全系数，取k2；]-- 混凝土密度。

2-3 基础尺寸与土壤承载能力的关系式塔机基础在承受到上部由塔机所产生的载荷后，必定要传送给下面的地基土壤，另基础的自重也会给下面土壤以压力。只有基础下面土壤的承载力大于上面所施加的载荷，土壤 自身才不会发生下陷，基础才能稳定。

PM P图4 地基反力作用给地基土壤的载荷是 、 及 ，由于实际分布原因，应理解为偏心受压基础，但偏心距b/6，故可忽略。假设塔机的混凝土基础为刚性， 为地基反力 (土壤实际承载力)，如图4示，26 3M，bP /4K，可得p，-b ×古式中 P --混凝土基础边缘作用于土壤压力总和；P --混凝土基础边缘作用于土壤单位面积压力。

则有Pm.x，m. -半 Fy-b2h± ≤ (2)方形基础的体积，虽只有b及h两个未知数，但这两个未知数若取得不合理，过小使基础不能平衡所产生的载荷，过大则会造成昆凝土多余即造成浪费。笔者推导时发现，在上述建立的两个力学关系式中各自均包含此两个未知数，故只要将它们联立，就能求解出此两个未知数，求出的数值既满足 (1)式载荷，也满足(2)式载荷。

/3 实用设计计算这里以上述青岛工地的塔机基础的设置实例进行计算。

3.1 计算f(Fvrb h)b/2kM (1)1 ≤ (2)式中 --塔机所产生的垂直压力，kN，从表l中取 Fv658kN；- - 混凝土密度，y2.4； 安全系数，取k2；- 塔机所能产生的倾覆力矩，kNm，从表 1中取 M2 312kNm；[P--地基承载力允许值，kPa；查地勘测绘报告有 [P]70kPa。

考虑到基挫凝土体积还需平衡抗扭、冲切等其它受力情况，现初定为 b7m，h0.92m。

3.2 校核1)按 GB/T 13752-1992标准中抗倾覆稳定性校核公式校核e -等 ≤ 6 了 了D式中 偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离，m； b、前述 ；混凝土基础的重力，kN。

代人数值，求得 e1.37re32.33m，抗倾覆稳定性安全。

2)按 GB/T 13752-1992标准中地基承载力的校核公式校核≤式中 尸 --地面计算压应力，kPa；f--基础边缘至地面反力的距离，m，，b/2-e；[P ]--地面许用压应力，kPa，取 [P 70kPa。

设计研究 Design＆Research代入公式，求得PB77.8kPa>[PB]70kPa，地基承载力校核为不安全。

3I3 调整将该塔机混凝土基础的几何尺寸调整为边长b7.5m，高度 h0.9m。此处加大底面边长的尺寸，减小高度的尺寸，其目的是减小对地面土壤的压强。

再进行上述计算得：e1.2732.33m；PB67kPa<[PB]70kPa。校核均安全。

对于基础的其他受力如抗扭、抗冲切等，可参阅文献 [1、[2、[3计算，此文不详述。

4 结 语1)我们在现炒上述的计算设计情况，对 2台塔机的混凝土基带行了处置，至今已经使用了近-年时间，期间经历了海边的长期大风，经测，除整体平衡下沉约 2cm外，其他无任何不妥的地方，可证明该方法所计算的数据是准确的。

此方法我们在多个工地的软地基上使用过，这次地基承载力允许值只有 70kPa，是平素正常取值的 1/3，该处置情况在国内很少见。

2)从经济效益来看，如按青岛地区惯用的处置方法，需挖 8个约 lm直径的桩，按每个桩计费约8 000元，总计需花 6万多元，时间还有影响。另外按说明书上的图样 5.5×5.5×1.7 51.5m ，而我 们 的 用量 是 7.5×7.5×0.950.6m 。相比较还省了约 1 m 的混凝土。故无论从花费及时间上均合算。

3)以前业内人士对塔机基带行设计计算时，所参照到的GB/T 13752-1992只有校核公式，故只能在初始估值后又多次概率取值，计算出的数据再通过校核，计算繁杂往往易出错，受力情况也不精确，现在看来许多基础的数值取大了，也造成了不少混凝土的浪费 ，而此方法计算简便精准，符合实际载荷。

实用中进行过塔机基础设计的业内人士都知道，按 GB/T 13752-1992标准中的校核公式是不能用来进行初始计算的，因为这两个公式中都有 ，而 又包含有与 h，用两个等式是解不出3个未知数的。以上由我们花了近 3年时间推建筑机械化2013(09)53Design& Research 设计研究算出的联立公式却能做到，此方法发表在 建筑机械化》2000年第 3期杂志上，至今有 l0多年了，在现今国内已经大量使用塔机的情况下还鲜有人知，现在国家正在进行 GB/T 13752-1992的修订工作，建议将其编写进去。

4)为了引用的技术数据来源的正确性，本文中有些数据表述不-致，如 、[P]、[P 均取为70kPa等，请读者理解与见谅。