淺談塔式起重機基礎與設計

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）

固定式水平臂塔機進入工地使用時，需設置一個較大的混凝土基礎，用來平衡高大的塔機工作中所產生的各種力荷，確保塔機的穩定安全。在工程完成后，該基礎就棄于地下成廢物。塔機基礎有多種構成形式，但形式復雜者除特殊需求外一般少見，固定式方形獨立整塊形混凝土基礎由于結構簡單，制作容易，在實際中被大量采用。下面主要就該形式的基礎，談其相關的設計問題。

1 校核公式的弊端

決定方形基礎體積的雖只有邊長b及高度h兩個未知數，但這兩個數字怎樣定得合理，還沒有一個準確的計算方法。此前至今，在學術方面能參考到的只有GB 13752-1992《塔式起重機設計規范》中所介紹的關于對塔機基礎進行安全校核的兩個公式（以下簡稱校核公式）

許多業內人士將此校核公式作為設計基礎的準用公式，將前一個公式作為基礎抗傾覆穩定性計算的通過用；將后一個公式作為地基承載力計算的通過用。但在實用可發現，這兩個公式中均含有Fg，它是基礎混凝土容重，包含有b及h兩個數，故采用這兩個等式進行計算時，是無法解出3個未知數的。在人們作基礎的初始設計時，在事先不知道b及h數時，往往只能經多次估值試算，再用這兩個校核公式，校核通過則可。

這種計算方法，除需多次試算，工作量大且容易出錯外，計算出的b及h數字是否是合適準確的還存在一個疑問。因為用校核公式來校核，合適準確的數字形成的混凝土基礎能通過校核，大于該合適準確的數字形成的混凝土基礎也能通過校核，但是具體大了多少，以及合適準確的數字是多少，不得而知。故采用校核公式，只能是粗略的模糊概念。

還有一個節能減排的問題。由這兩個數字所決定的混凝土體積，可比喻為穩定秤桿的秤砣，稍小就不能滿足對基礎所施加力荷的平衡，使塔機有傾翻的危險；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。

2 聯立公式的探索

現實中的塔機基礎，一般由塔機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。實際中租賃單位、施工單位及監理、安監部門均不具備設計能力，在趨于安全思想指導下，又只有校核公式可參照，這就成了基礎做大的根本原因。在實際工地，不同場地土壤的承載力不同。還有即使采用同型塔機，使用時安裝的臂長及高度也不同，其所產生的力荷也會不同。若相關的力荷數據改變，而所用的基礎體積不變，這種以不變應萬變的技術實在荒唐。

筆者通過多年探討，并在相關專家指導下，推導出兩個全新的等式，即聯立公式

在此聯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，故在初始計算時就能很容易并且較準確的求出這兩個數字。由于兩等式聯立，求解時所輸入的由上面塔機所產生的力荷與下面土壤的承載力，就能處在相互包容之中，這樣計算出的值就會是合理、精準的。

3 在軟土地基上對塔機基礎的設置

在2000年后的10多年來，筆者一直在單位的實際應用中來證實聯立公式的科學性，旨在能向全國推廣該方法。

在2012年，正好一工地有難題，讓該聯立公式的應用開出了奇葩之花。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的回填與原統洪沖積層，勘測報告顯示該層地基承載力特征值fak=180k Pa,再向下是約3.5m的全新統海相沼澤化層，俗稱“淤泥層”，其土質屬軟塑性，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。

按青島地區慣常處置方法是：開挖去淤泥層，將基礎置于風化層地基上；或在方形基礎四角打樁（或挖樁）。這些除去花費頗巨外，還要作結構驗證等，時間會拖后，我們均擬排除。

采用上述聯立公式對基礎重新作設計計算，最后定下將方形基礎的幾何尺寸定為邊長b=7.5m,高度h=0.9m,計算有PB=67k Pa＜70k Pa，其它載荷指標的計算，經校核均合適。該基礎上的塔機在以后的近2年的使用中，還經歷了海邊的長期大風，均無礙。經測，在1年后，除有整體下沉2cm外，其它指標均良好。另外，比較塔機說明書上圖樣體積，該基礎還少用了約1m3的混凝土。

4 結 語

從前至今，業內人士均采用校核公式來進行塔機基礎設計計算，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，在全國一貫強調安全生產前提下，人們往往將基礎做大了，在越來越多的塔機使用的今天，也造成了極大的浪費。

筆者在2000年就已經登載出的聯立公式，經10多年來在各種地基上應用成功，證實其科學性，故它應向全國的業內人士宣貫與推廣，建議將其充實到國家標準中去，作為今后塔機基礎設計的準則。

[1] GB 13752-1992，塔式起重機設計規范[S].

[2] 朱森林．塔式起重機基礎的設計計算[J]．建筑機械，1997，（6)：12—16.

[3] 朱森林．塔式起重機固定式基礎的設計[J]．建筑機械化，2000，（3)：12—15．

[4] 朱森林，孫柏君．軟土地基上塔機基礎的設計與實例[J]．建筑機械化，2013,（9)：51—54.