楊黎峰

（中國電建集團(tuán)福建工程有限公司，福建 福州 350018）

引言

武漢鋼鐵廠二煉鋼易地改造工程需要一臺(tái)DBQ4000塔式起重機(jī)，由于其軌道基礎(chǔ)基本上都處于基坑回填土層上，給軌道基礎(chǔ)安裝帶來了困難。為了確保塔吊軌道基礎(chǔ)具有足夠耐力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有的如陳年礦渣、礦粉等，作為回填基坑的石料，經(jīng)過合理設(shè)計(jì)及計(jì)算，得出能滿足要求的軌道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖，從而保證起重機(jī)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 計(jì)算塔吊重心位置

DBQ4000塔吊主要參數(shù)：主臂長(zhǎng)69.2 m，主臂最大仰角即最小作業(yè)半徑Rmin=24.0 m，最大起吊重量Tmax=125.6 t，自重G=705 t，工作時(shí)允許最大風(fēng)壓為150 N/m2，非工作時(shí)允許最大風(fēng)壓為600 N/m2。

在忽略塔吊吊臂仰角變化的情況下，塔吊整體重心位置是不變的。下面計(jì)算這一重心的位置（見圖1）。

計(jì)算思路：通過塔吊工作臨界點(diǎn)進(jìn)行分析，塔吊最大起吊重量時(shí)，考慮其保險(xiǎn)系數(shù)，可以得到其臨界狀態(tài)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其保險(xiǎn)系數(shù)按k=2.0計(jì)。

根據(jù)力學(xué)分析，可以得到下面計(jì)算式：

轉(zhuǎn)換得：

將已知數(shù)據(jù)代入式（2），計(jì)算得：x=5.59 m。

2 塔吊軌道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目選用69.2 m長(zhǎng)主臂、30.0 m長(zhǎng)副臂的塔式工況，其外形尺寸為12.0 m×12.0 m，底部設(shè)置八組滾輪，每組6只，共計(jì)48只。

圖1 塔吊受力分析簡(jiǎn)圖（單位：mm）

軌道基礎(chǔ)鋪設(shè)寬5 000 mm，長(zhǎng)260 m，共鋪設(shè)2條，如圖2所示。以回填土層相對(duì)標(biāo)高-1.5 m上表面為基層，先以600 mm厚塊石打底，然后鋪設(shè)600 mm厚碎石（各鋪填層均分兩層分別進(jìn)行碾壓鋪填到位，其外圍與中間空檔用帶屑礦渣夯填。如圖3、下頁圖4、圖5所示。）最后按Δ=600 mm間距鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)軌枕。

圖2 塔吊軌道基礎(chǔ)示意圖A（單位：mm）

圖3 塔吊軌道基礎(chǔ)示意圖B

本項(xiàng)目最大起吊量為120 t，副臂最小作業(yè)半徑為23 m。主鉤自重7 t，副鉤自重1 t，需要計(jì)入起吊重量?jī)?nèi)。為保險(xiǎn)起見，此時(shí)按R=Rmin=23.0 m，T=Tmax=135.6 t，進(jìn)行最不利狀態(tài)計(jì)算。

2.1 最大輪壓Ni的計(jì)算

代入x=5.59 m、R=Rmin=23.0 m、T=Tmax=135.6 t，計(jì)算得：?jiǎn)蝹?cè)軌道基礎(chǔ)承受最大壓力N2=6 561.13 kN，則最大輪壓Ni=N2/24=273.38 kN。

2.2 軌枕傳遞施加給碎石層的壓力q1的計(jì)算

圖4 塔吊軌枕受力分析簡(jiǎn)圖

圖5 塔吊軌道基礎(chǔ)受力分析簡(jiǎn)圖

2.3 碎石層最小鋪填厚度h1min與最小鋪填寬度B1的計(jì)算

600/2 500=0.24＜0.25，碎石層中壓力擴(kuò)散角α=20°，則h1min=（Δ-w）/2tanα=（600-160）/2tan20°）=604.445 mm＞600 mm。

碎石鋪填按650 mm厚度設(shè)計(jì)。

此時(shí)，B1=2 500+2h1tanα=2 500+2×650×tan20°=2 973 mm。

2.4 最大輪壓經(jīng)碎石層擴(kuò)散削弱后傳遞施加給塊石層的最大壓力q2的計(jì)算

2.5 最大輪壓經(jīng)塊石層擴(kuò)散削弱后傳遞施加給基層的最大壓力q3的計(jì)算

600/5 000=0.12＜0.25，塊石層中壓力擴(kuò)散角β=20°，則塊石層鋪填厚度h2=600 mm，塊石層鋪填寬度B2=5.0 m。

塊石層有效寬度B2"=2 973+2h2tanβ=2 973+2×600×tan20°=3 410 mm。

q3=ΣNi/ΣS2=N2/[B2"（12.0+2Δ+2h1tanα+2h2×tanβ）]=6 561.13/[3.41×（12.0+2×0.6+2×0.65×tan 20°+2×0.60×tan 20°]=136.36 kN/m2=136.36 kPa。式中，S2為基層的承壓面積。

2.6 最小地耐力q k的計(jì)算與驗(yàn)算

理論上，qk=q3=136.36 kPa。實(shí)際情況，在-1.500 m處，回填土層地耐力經(jīng)檢測(cè)達(dá)到180 kPa＞136.36 kPa，滿足要求。

2.7 軌道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)結(jié)果

軌道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為600 mm厚塊石+650 mm厚碎石，坡度1∶1。碎石道渣采用大分口青石25～40 mm。塊石層寬度5.0 m，碎石層寬度3.8 m。

3 施工要點(diǎn)

軌道基礎(chǔ)（道床）鋪設(shè)前，對(duì)回填基層地耐力進(jìn)行隨機(jī)取點(diǎn)檢測(cè)，確保地耐力達(dá)到要求。同時(shí)，軌道基礎(chǔ)（道床）鋪設(shè)應(yīng)采用推土機(jī)進(jìn)行作業(yè)，人工配合鋪平。20 t振動(dòng)式壓路機(jī)分層碾壓。軌枕與軌道安裝交由具有專業(yè)資質(zhì)的施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。枕木必須擺放整齊，間距正確，鋼軌與枕木道釘安裝必須牢固有效，道渣填塞搗固密實(shí)，線路順直，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

基于以上設(shè)計(jì)及計(jì)算的軌道基礎(chǔ)，自2006年10月1日開始使用至今未出現(xiàn)地基下沉等危及起重機(jī)正常運(yùn)行的現(xiàn)象，實(shí)踐證明了該軌道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足工程實(shí)際需要。

通常塔式起重機(jī)安裝說明書只提供軌道布置方式及要求，沒有詳細(xì)提供軌道基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工圖，因此，用戶必須針對(duì)不同安裝地點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，經(jīng)過專門設(shè)計(jì)與計(jì)算并得出最小地耐力后,才能確定所設(shè)計(jì)的軌道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是否滿足要求,確保起重機(jī)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。