摘要：本文結合筆者多年的工作經驗，對塔吊基礎設計及存在的許多問題進行探討，以供同行參考。
關鍵詞：塔吊基礎，設計技術，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：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
0引言
隨著我國經濟水平的飛快發展，高層建筑和深基坑大量淪沉，房屋建筑的施工場地和作業環境日趨復雜。塔吊安全事故也越來越多，引發事故的原因有許多，例如塔吊基礎設計不能引起足夠重視，設計人員設計水平不夠，且沒有合適的審查等等。文章擬從塔吊基礎設計、設計技術的角度進行分析，提出解決方案。
1塔吊基礎設計
1.1塔吊基礎形式的選擇
目前較為常見的塔吊基礎主要有鋼筋混凝土大板基礎和樁基礎加鋼筋混凝土承臺兩種形式。當地質條件較好、塔吊基礎位置的地基土承載力較高時可采用鋼筋混凝土大板基礎，但是如果大板基礎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，需考慮采用樁基礎形式。當地質條件較差、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基坑支護產生較大附加荷載等情況下，塔吊基礎必須采用樁基礎。
1.2塔吊基礎的最不利驗算截面
隨著塔吊作業過程的轉動，作用在塔吊基礎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的平面應設計成圓形，但是由于圓形基礎的鋼筋配置非常困難，塔吊基礎通常設計成正方形板、十字交叉梁形式或對稱布置的四樁基礎。正方形布置的基礎在荷載作用方向轉動情況下這就涉及最不利驗算截面的確定問題。
在塔機基礎設計計算中，應考慮最不利驗算截面的情況，如下圖1所示。往往以力矩作用在正方形邊長方向，對基礎極限承載力進行驗算，如a)所示。而實際上最不利驗算截面應為正方形的斜對角方向，如b)所示，在此方向基礎的內力最大，為最不利。上述兩種驗算截面情況下，基礎彎矩的計算結果其大小相差約為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的工作狀態，通常是工作狀態下作用在塔吊基礎上的豎向荷載最大、傾覆力矩較小;而非工作狀態作用在基礎上的豎向荷載較小、傾覆力矩較大。當塔吊安裝第一節附墻桿后，風荷載的水平力由附墻桿承擔，塔吊傾覆力矩將明顯減小，故在非工作狀態，當塔吊在最大自由高度時，作用在基礎上的傾覆力矩最大，為最不利工況;當塔吊處于最大工作高度時，作用在基礎上的豎向荷載最大，為工作狀態的最不利工況。經計算表明，通常情況下，對于塔吊基礎起控制作用的是傾覆力矩，也就是非工作狀態。因此，塔吊的最不利工況為最大自由高度時的非工作狀態。
一般情況下，塔吊生產廠家的使用說明書提供了作用在塔吊基礎上的最大傾覆力矩，但也有部分廠家沒有明確或未能提供，有時不同廠家所提供的傾覆力矩值相差很大。實際上作用在塔吊基礎上的水平力和傾覆力矩與塔身自由高度和風荷載大小密切相關。它與塔吊使用所在地的基本風壓、地形地貌等有關，因此，對傾覆力矩的取值應根據施工現場的實際情況進行計算或對塔吊使用說明書的提供值進行復核。
2設計技術
塔吊基礎可采用天然地基上鋼筋混凝土基礎，或采用樁基(上承臺基礎)做法。通常情況下樁基承載力大，出現安全隱患的機率很小。本文主要對天然地基上鋼筋混凝土基礎設計作分析，該類型的基礎，往往設計人員不夠重視，在做施工方案時隨意搬抄或者不符合設計原理地進行調整，特別是出現軟弱地基或者不均勻地基時，采用不正確的處理方法。
2.1天然地基上塔吊基礎設計要點
天然地基上塔吊基礎設計主要包括地基承載力驗算、基礎抗沖切計算、基礎抗彎計算。地基承載力可按現行《建筑地基基礎設計規范》(以下稱簡《規范》)特征值進行修正計算(見式1，具體符號意義參見《規范》)，并根據塔上部荷載參數進行地基承載力驗算。
上部荷載需根據塔吊使用說明書，采用塔吊非工作狀態最不利荷載組合，得到內力值，確定合適的塔吊基礎底面尺寸后(設底面積A)，可按式(2)或式(3)計算基底反力P。當不考慮附著時(圖1.a)的基底反力按式(2)計算：
當考慮附著時(圖1.b)的基底反力按式(3)計算：、
驗算P，須滿足式(4)條件：
抗沖切計算(略，詳見《規范》)
抗彎計算(縱筋配筋計算，略，詳見《規范》)
3基礎設計中常見問題
(1)基礎結構設計偏于保守;
(2)地基承載力不能滿足要求，處理方法不當。
第(1)條所述的情況，比較普遍，由于設計者結構設計能力有限，對于基礎尺寸以及配筋均會采取過大的取值，有的設計者套用其它工程的設計，套用后盲目增大基礎尺寸，強度等級及配筋量等。本項問題往往不會引起安全隱患，但會造成不必要的浪費。
第(2)條所述種情況，在碰到地基承載力低的條件時，設計者常常會采用不當的處理方法。例如，施工方案編制者未經計算，發現承載力不能滿足說明書所述值后，直接增加混凝土等級，或增加配筋量。根據本文2.1所述計算要點可見，該處理辦法對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低于地基反力時，塔吊隱患往往較大。后期必然會帶來塔吊沉陷、傾斜，甚至倒塌等嚴重后果。這是最典型的因基礎設計(或根本未經設計)問題造成的安全事故。
典型案例：某工程，塔吊基礎下臥地基為淤泥質土(設計承載力為50 kPa)，設計人員未經軟弱下臥層地基承載力驗算，僅將承臺擴大到5 m×5 m×1.4 m，承臺中間再增設一道Φ20@200鋼筋，并在塔吊基礎地基下打入5 m長的松木樁。結果，在安裝了7節塔吊節，并使用近一個月后，塔吊垂直度南偏7.5 cm，東偏6.8 cm，超過了規范要求，造成嚴重安全隱患。
在處理辦法中可見：(1)設計者發現地基承載力不能滿足要求后，未經計算，隨意擴大承臺尺寸，而雖然擴大承臺邊長是有效的，但擴大的數值是隨意的，未必能滿足安全要求。(2)因承載力不夠，設計人員在承臺中間增設一道Φ20@200鋼筋，該處理辦法對地基承載力不足的問題來說幾乎不起作用的，可見設計人員的設計水平是很低的。(3)在塔吊基礎下打入松木樁，似乎是有效的做法。一方面它僅僅是作為了一種考慮，而非準確的計算，另一方面，打入松木樁，對于淤泥質軟弱下臥層來說，是否會產生地基土擾動而造成承載能力嚴重影響，應該作認真分析。
4避免措施
從以上論述來看，塔吊基礎設計中存在的問題，主要是由于設計者水平不足以及設計管理上的原因造成。如果基礎設計仍然由施工單位一線技術員承擔，審核仍由監理單位監理人員承擔，塔吊基礎的設計質量只能取決于以上人員的總體水平。由此看來，提高塔吊基礎設計質量，避免因塔吊基礎設計問題產生隱患，關鍵在于設計管理。設計管理的關鍵在于，設計者的資格管理，審核者的資格管理。這項管理有兩個層面上的方案。第一個層面的方案，施工單位層面。每個施工單位，應具有國家注冊結構師，并具有一定的結構設計經歷與經驗。此類涉及力學結構安體的設計，施工單位應確定由具有相應設計水平的該類人員設計，并由合適的人選進行審核。第二個層面的方案，政府建設主管部門，對此類包括塔吊、深基坑、高支模類的施工方案，應該落實設計者的要求。如明確要求由施工單位注冊結構師設計，或設計院注冊結構師設計。目前國內的做法，對于高支模、深基坑等施工方案采用專家會審的辦法。筆者認為，更重要的是方案設計者的相關理論水平與設計水平，這是關鍵因素。
5結語
總而言之，塔吊基礎設計的安全問題，并非設計技術上有難度。而是在設計管理，是工程管理上存在著不合理，這雖然是微觀的問題，但卻能體現了國內工程管理的體制存在著缺陷，仍需進行必要的改革。
參考文獻
[1]GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范[S].中國建筑工業出版社，2002.
[2]GB 50010-2002混凝土結構設計規范[S].中國建筑工業出版社，2002.
