■樂立區(qū)

（1.福建省交通科研院有限公司， 福州 350005； 2.福建省智能交通信息工程有限公司， 福州 350005）

塔吊作為一種常用的物料提升常用機(jī)械，因其方便和高效等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于建筑和橋梁等工程施工中[1-3]。 平潭海峽公鐵兩用大橋B0～B58 主跨剛構(gòu)及引橋公路連續(xù)梁采用掛籃懸灌施工，利用塔機(jī)運(yùn)輸物資材料。 引橋公路梁為每孔64 m 或40 m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，公路梁頂面距離承臺頂面距離最大為56 m，采用XGTT125（6015-10）型塔機(jī)。但是，由于B26～B30 承臺橫橋向尺寸過小，無法在承臺上布置塔吊，故通過在承臺上搭設(shè)鋼管型鋼支架，塔吊設(shè)置在該支架上，塔吊基礎(chǔ)支架底部通過預(yù)埋件與承臺連接，通過精軋螺紋鋼筋拉桿與墩身連接，鋼管樁間、縱橫梁間設(shè)置斜撐；在承臺頂面支架周邊施工混凝土基礎(chǔ)， 以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境條件及工期要求，塔吊按7 級及以下風(fēng)力正常工作、14 級風(fēng)抗臺進(jìn)行設(shè)計(jì)檢算。 塔機(jī)基礎(chǔ)安裝在承臺或基礎(chǔ)支架上，塔身穿過公路梁翼緣板，通過附著與墩身連接。 施工中，塔吊最大高度（附著）為70 m，最大幅度40，最大吊重2 t。

1 塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思路

1.1 塔吊型號、布置位置選擇

根據(jù)方案對比， 決定將塔機(jī)布置在承臺上，線路前進(jìn)方向的左側(cè)，為避開公路梁腹板位置，部分墩位的塔機(jī)底部伸出承臺范圍，為此設(shè)計(jì)型鋼基礎(chǔ)支架用以支撐塔機(jī)（圖1）。 塔機(jī)基礎(chǔ)支架底部通過預(yù)埋件與承臺連接，通過精軋螺紋鋼筋拉桿與墩身連接，并鋼管樁間、縱橫梁間設(shè)置斜撐。 為進(jìn)一步保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)方案擬在承臺頂面支架周邊施工混凝土基礎(chǔ)， 基礎(chǔ)尺寸為11.0 m×2.144 m×1.0 m，具體見圖1。

圖1 塔機(jī)布置圖

1.2 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算

1.2.1 數(shù)值建模及材料參數(shù)取值

本研究通過Midas Civil 有限元軟件[4]，對平潭海峽公鐵兩用大橋引橋塔吊基礎(chǔ)建立數(shù)值計(jì)算建模，并針對不同工況進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，從而對支架結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變和屈曲等展開研究。 塔吊基礎(chǔ)支架結(jié)構(gòu)見圖2，Midas Civil 有限元模型見圖3，計(jì)算主要材料參數(shù)取值見表1。

圖2 塔吊基礎(chǔ)支架結(jié)構(gòu)圖

圖3 塔吊基礎(chǔ)計(jì)算模型圖

表1 主要材料參數(shù)

1.2.2 荷載取值及工況

（1）荷載種類及取值

塔機(jī)基礎(chǔ)支架按最大獨(dú)立固定高度為45 m，最大附著高度70 m 計(jì)算。 塔機(jī)基礎(chǔ)上的荷載主要包括結(jié)構(gòu)自重，起重力矩，風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力、彎矩及扭矩，其取值大小如表2 所示[5]。 此外，塔機(jī)在最大附著高度下， 塔機(jī)基礎(chǔ)所受豎向力P 取1500 kN。

表2 塔基荷載類型及取值表

（2）荷載工況

塔吊在有附著情況下， 除重力產(chǎn)生的豎向力外，其他力基本由附著及塔身自身結(jié)構(gòu)承擔(dān)，所以在塔吊基礎(chǔ)計(jì)算時(shí)主要考慮最大獨(dú)立固定狀態(tài)的受力及最大高度狀態(tài)重力產(chǎn)生的豎向力，具體荷載工況見表3。

表3 荷載工況

（3）荷載組合

根據(jù)荷載分析結(jié)果可知，塔吊基礎(chǔ)的極限承載力狀態(tài)[6-7]，需要根據(jù)荷載效應(yīng)的基本組合進(jìn)行荷載（效應(yīng)）組合計(jì)算，因此在基本組合下的結(jié)構(gòu)荷載分項(xiàng)系數(shù)見表4。

表4 荷載組合

1.2.3 計(jì)算結(jié)果分析

利用Midas Civil 數(shù)值計(jì)算分析，可以確定各個(gè)工況下支架結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形及穩(wěn)定性。 通過對工況1～工況7 進(jìn)行計(jì)算，由計(jì)算結(jié)果對比可知，工況3 中桿件結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形量最大， 對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起控制性作用，現(xiàn)僅對工況3 計(jì)算結(jié)果進(jìn)行如下分析。

（1）結(jié)構(gòu)應(yīng)力

圖4 為塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力圖，由結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖顯示，鋼管立柱頂部出現(xiàn)了最大應(yīng)力134.392 MPa，小于材料抗力設(shè)計(jì)值215 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖

（2）結(jié)構(gòu)的變形

從塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的變形圖（圖5）可知，結(jié)構(gòu)縱向變形最大為1.405 mm，橫向變形最大為0.998 mm，豎向變形最大為3.86 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖5 塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形圖

（3）屈曲分析

從塔吊基礎(chǔ)屈曲模態(tài)圖（圖6）可知，結(jié)構(gòu)一階、二階和三階臨界荷載系數(shù)分別為176.9、271.6 和3231，均滿足穩(wěn)定性要求。

圖6 塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)屈曲模態(tài)圖

（4）支點(diǎn)反力

從塔吊基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)反力圖（圖7）可知，橫梁端部橫橋、沿橋及豎向支反力分別為399、147 及65 kN。鋼管樁支撐底部橫橋、 沿橋及豎向支反力分別為270、90 及848 kN。

圖7 塔吊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)反力圖

2 塔吊基礎(chǔ)施工

2.1 預(yù)埋件加工與安裝

塔吊基礎(chǔ)預(yù)埋件包括：立柱預(yù)埋件及斜拉預(yù)埋件。 立柱預(yù)埋件采用∠50 mm×50 mm×5 mm 角鋼，預(yù)埋件長600 mm，沿圓周均勻布置8 根。 預(yù)埋件安裝時(shí)，預(yù)埋件的底部需設(shè)置鋼墊板，鋼墊板的尺寸取120 mm×120 mm×12 mm，鋼墊板的安裝，需經(jīng)測量嚴(yán)格確定位置。 為提高預(yù)埋鋼墊板與砼的結(jié)合力，在鋼墊板加工時(shí)，在其底部均勻焊接10 道等距的錨固鋼筋，鋼筋焊接時(shí)需確保焊縫飽滿。 預(yù)埋鋼墊板安裝過程中，需整體調(diào)平。 同時(shí)，鋼板安裝時(shí)，中部需割孔，便于砼施工過程中對鋼板下部進(jìn)行充分振搗。斜撐預(yù)埋件采用強(qiáng)度較高的φ16 精軋螺紋鋼，預(yù)埋件長200 mm，沿圓周均勻布置8 根，預(yù)埋件大樣見圖2。此外，在立柱預(yù)埋件及斜拉預(yù)埋件頂部焊接厚度20 mm 的圓形鋼板，其直徑有立柱及斜拉桿件尺寸確定。

2.2 鋼管型鋼支架施工

鋼管型鋼支架分為上下兩層： 上層為承重型鋼，由縱梁（3-H500×200）、橫梁（2-H500×200）和斜撐（4-H500×200）構(gòu)成；下層為鋼管支架，其中立柱采用Φ600×10 鋼管，連接和斜撐均采用Φ300×6 鋼管構(gòu)成。 上下層之間采用焊接連接。 下層鋼管與預(yù)埋件連接安裝前， 需先清除預(yù)埋鋼板上部混凝土，露出鋼板面，并清理干凈，然后根據(jù)測量、放線，將加工完畢的承重鋼支架安裝至預(yù)定位置。

3 質(zhì)量控制措施

（1）塔吊基礎(chǔ)施工過程中，需嚴(yán)格控制構(gòu)件焊接的質(zhì)量，確保焊接工藝、焊縫的長度、焊條的質(zhì)量、焊腳的高度等均滿足設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，需加強(qiáng)現(xiàn)場檢測與監(jiān)測，對所有的焊縫均需鑿除焊渣，檢測焊縫的飽滿度，以及焊縫與焊腳尺寸是否達(dá)標(biāo)；（2）預(yù)埋鋼墊板、精軋螺紋鋼的錨固及螺栓擰固均需使用扭矩扳手進(jìn)行，并按初、復(fù)、終擰的三級操作流程進(jìn)行施工控制， 確保施擰過程各點(diǎn)的均勻受力；（3）預(yù)埋鋼墊板的安裝需提前鑿除該部分混凝土， 因預(yù)埋鋼板局部沉降時(shí)需采用加墊鋼板找平， 并焊接牢固，確保整體調(diào)整至同一水平面，然后采用鋼筋進(jìn)行限位， 從而確保后續(xù)橋梁施工過程中無沉降、 無位移；其次，鋼管型鋼基礎(chǔ)支架安裝過程中，支架頂面也需調(diào)至水平面，從而確保支架基礎(chǔ)能夠正常工作。

4 結(jié)語

結(jié)合平潭海峽公鐵兩用大橋引橋承臺橫向尺寸過小， 無法在承臺上布置塔機(jī)的實(shí)際工程問題，提出了鋼管型鋼支架塔基設(shè)計(jì)方案，并采用有限元數(shù)值計(jì)算方法，對最危險(xiǎn)工況的鋼管型鋼支架結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形、屈曲和支點(diǎn)反力等多個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算分析。 計(jì)算結(jié)果表明：在平潭海峽公鐵兩用大橋引橋上采用鋼管型鋼支架塔基方案，能夠滿足設(shè)計(jì)和相關(guān)規(guī)范的要求，方案可行。 在實(shí)際工程建設(shè)中，本研究提出的鋼管型鋼支架塔基施工方法和質(zhì)量控制措施，起到了良好的效果，為類似橋梁塔基設(shè)計(jì)與施工積累了寶貴的技術(shù)和施工經(jīng)驗(yàn)，可作為以后類似工程參照。