DBQ4000型塔機軌道基礎結構設計技術

楊黎峰

（中國電建集團福建工程有限公司，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DBQ4000塔式起重機，由于其軌道基礎基本上都處于基坑回填土層上，給軌道基礎安裝帶來了困難。為了確保塔吊軌道基礎具有足夠耐力，根據現場現有的如陳年礦渣、礦粉等，作為回填基坑的石料，經過合理設計及計算，得出能滿足要求的軌道基礎結構圖，從而保證起重機能夠安全、穩定運行。

1 計算塔吊重心位置

DBQ4000塔吊主要參數：主臂長69.2 m，主臂最大仰角即最小作業半徑Rmin=24.0 m，最大起吊重量Tmax=125.6 t，自重G=705 t，工作時允許最大風壓為150 N/m2，非工作時允許最大風壓為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。下面計算這一重心的位置（見圖1）。

計算思路：通過塔吊工作臨界點進行分析，塔吊最大起吊重量時，考慮其保險系數，可以得到其臨界狀態。根據經驗，其保險系數按k=2.0計。

根據力學分析，可以得到下面計算式：

轉換得：

將已知數據代入式（2），計算得：x=5.59 m。

2 塔吊軌道基礎設計

本項目選用69.2 m長主臂、30.0 m長副臂的塔式工況，其外形尺寸為12.0 m×12.0 m，底部設置八組滾輪，每組6只，共計48只。

圖1 塔吊受力分析簡圖（單位：mm）

軌道基礎鋪設寬5 000 mm，長260 m，共鋪設2條，如圖2所示。以回填土層相對標高-1.5 m上表面為基層，先以600 mm厚塊石打底，然后鋪設600 mm厚碎石（各鋪填層均分兩層分別進行碾壓鋪填到位，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間距鋪設標準軌枕。

圖2 塔吊軌道基礎示意圖A（單位：mm）

圖3 塔吊軌道基礎示意圖B

本項目最大起吊量為120 t，副臂最小作業半徑為23 m。主鉤自重7 t，副鉤自重1 t，需要計入起吊重量內。為保險起見，此時按R=Rmin=23.0 m，T=Tmax=135.6 t，進行最不利狀態計算。

2.1 最大輪壓Ni的計算

代入x=5.59 m、R=Rmin=23.0 m、T=Tmax=135.6 t，計算得：單側軌道基礎承受最大壓力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的計算

圖4 塔吊軌枕受力分析簡圖

圖5 塔吊軌道基礎受力分析簡圖

2.3 碎石層最小鋪填厚度h1min與最小鋪填寬度B1的計算

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

碎石鋪填按650 mm厚度設計。

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

2.4 最大輪壓經碎石層擴散削弱后傳遞施加給塊石層的最大壓力q2的計算

2.5 最大輪壓經塊石層擴散削弱后傳遞施加給基層的最大壓力q3的計算

600/5 000=0.12＜0.25，塊石層中壓力擴散角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的計算與驗算

理論上，qk=q3=136.36 kPa。實際情況，在-1.500 m處，回填土層地耐力經檢測達到180 kPa＞136.36 kPa，滿足要求。

2.7 軌道基礎設計結果

軌道基礎設計為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

軌道基礎（道床）鋪設前，對回填基層地耐力進行隨機取點檢測，確保地耐力達到要求。同時，軌道基礎（道床）鋪設應采用推土機進行作業，人工配合鋪平。20 t振動式壓路機分層碾壓。軌枕與軌道安裝交由具有專業資質的施工隊伍進行施工。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，線路順直，以達到設計要求。

4 結語

基于以上設計及計算的軌道基礎，自2006年10月1日開始使用至今未出現地基下沉等危及起重機正常運行的現象，實踐證明了該軌道基礎結構設計滿足工程實際需要。

通常塔式起重機安裝說明書只提供軌道布置方式及要求，沒有詳細提供軌道基礎設計施工圖，因此，用戶必須針對不同安裝地點，根據當地的地質情況，經過專門設計與計算并得出最小地耐力后,才能確定所設計的軌道基礎結構是否滿足要求,確保起重機能夠安全、穩定運行。