塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差安全管理

某4×1 250mw電站項目租賃的#1鍋爐設(shè)備吊裝的塔機(jī)塔身垂直度偏差嚴(yán)重超標(biāo)，塔機(jī)和鍋爐設(shè)備吊裝存在重大事故隱患。公司及時派專家組赴現(xiàn)場處理，通過拆除全部塔機(jī)部件、對塔機(jī)支腿和塔身基礎(chǔ)節(jié)處實施糾偏、重新安裝塔機(jī)后投用等措施，消除了塔機(jī)和鍋爐設(shè)備吊裝存在的重大事故隱患。塔機(jī)塔身糾偏后，公司制定了塔機(jī)基礎(chǔ)安全管理措施，加強(qiáng)塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計、施工和塔機(jī)安裝過程垂直度控制，定期對塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差測量、分析和控制，使塔機(jī)基礎(chǔ)和塔身垂直度偏差在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全范圍內(nèi)，確保塔機(jī)安全使用。

1 塔機(jī)塔身垂直度偏差超標(biāo)及糾偏案例

1.1 塔機(jī)垂直度偏差嚴(yán)重超標(biāo)

筆者公司海外某4×1 250mw電站施工項目向國內(nèi)某租賃公司租賃1臺tc7035b-16塔機(jī)，用于#1鍋爐設(shè)備吊裝，至2023年底塔機(jī)工況：塔機(jī)最高塔身高度75m，伸臂長度50m，最大起重量16t，塔機(jī)分別在22m和40m處各安裝一道附著。

電站處于海灘并于前期進(jìn)行圍填，圍填后進(jìn)行基礎(chǔ)處理，據(jù)當(dāng)?shù)氐谌綔y試報告，電站圍填并進(jìn)行基礎(chǔ)處理后地耐力達(dá)0.26mpa及以上；#1塔機(jī)地基比較復(fù)雜，塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計前未單獨對地基進(jìn)行地耐力測試；設(shè)計院現(xiàn)場土建技術(shù)人員設(shè)計基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸：6 600mm×6 600mm×1 700mm；塔機(jī)安裝后塔機(jī)基礎(chǔ)上方圍填3m土層。

塔機(jī)基礎(chǔ)由2023年7月2日澆筑，7月中旬開始安裝，8月上旬安裝并將塔身頂升到37.5m，并進(jìn)行負(fù)荷試驗，8月8日經(jīng)當(dāng)?shù)匕踩O(jiān)督檢驗合格后使用，8月16日頂升到最大獨立高度61m塔身后繼續(xù)使用；塔機(jī)安裝過程未留存支腿水平度測量資料和塔身垂直度偏差測量資料，塔機(jī)使用過程未進(jìn)行塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差測量。

10月初，項目部發(fā)現(xiàn)#1鍋爐塔機(jī)塔身往鍋爐方向偏移，即組織對該塔機(jī)塔身垂直度測量。測量結(jié)果：塔身高度61m，塔身偏西560mm，偏9.18/1 000；塔身偏南280mm，偏4.59/1 000。gb/t 5031-2008《塔式起重機(jī)》規(guī)定：空載，風(fēng)速不大于3m/s狀態(tài)下,獨立狀態(tài)塔身（或附著狀態(tài)下最高附著點以上塔身）軸心線的側(cè)向垂直度允差為4/1 000，最高附著點以下塔身軸心線的垂直度允差為2/1 000?？梢?1鍋爐塔機(jī)塔身垂直度嚴(yán)重超標(biāo)。

項目部將塔機(jī)偏差通報給租賃公司，要求租賃公司采取措施；租賃公司在22m塔身處安裝一道附著；然后頂升塔身至75m，在塔身40m處安裝第二道附著。二道附著安裝后，塔機(jī)繼續(xù)使用。

1.2 塔機(jī)塔身垂直度糾偏

公司2023年年底獲悉該項目#1鍋爐設(shè)備安裝所租賃塔機(jī)塔身偏差嚴(yán)重超標(biāo)信息后，為消除#1鍋爐設(shè)備吊裝和塔機(jī)嚴(yán)重事故隱患，決定派專家組現(xiàn)場消除隱患，2023年1月中旬專家組赴現(xiàn)場處理#1鍋爐塔機(jī)塔身垂直度偏差糾偏事宜。

1.2.1 塔機(jī)塔身垂直度偏差和基礎(chǔ)沉降測量

第一道附著處（0～22m）塔身垂直度偏差測量，偏西200mm偏9.09/1 000，偏南90mm偏4.09/1 000；第一道附著與第二道附著（22～40m）塔身偏差測量，偏西125mm偏6.94/1 000，偏南105mm偏5.83/1 000；第二道附著處（0～40m）塔機(jī)塔身垂直度偏差測量，偏西325mm偏8.13/1 000，偏南195mm偏4.875/1 000；自由端（40～75m）塔機(jī)塔身垂直度偏差測量，偏西125mm偏3.571/1 000，偏南70mm偏2/1 000。由于塔機(jī)基礎(chǔ)埋在地下3m處，因此無法直接測量基礎(chǔ)沉降值，我們實測塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)與加強(qiáng)節(jié)的連接4根主弦桿中間點（2 000mm×2 000mm）水平高低差值，以間接測量塔機(jī)支腿處基礎(chǔ)相對沉降差的數(shù)值，支腿處基礎(chǔ)偏西18mm、偏南9mmm、4只支腿最大絕對差27mm，基礎(chǔ)分別向西、南方向不均勻沉降9/1 000和4.5/1 000。

1.2.2 塔機(jī)狀況分析

1）盡管塔機(jī)自由端塔身偏差在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，但二道附著塔身垂直度偏差均嚴(yán)重超標(biāo)。

2）二道附著下的塔身偏斜的斜率有較大變化，空載情況下二道附著支撐給塔身均有較大水平拉（或推）力，特別是第二道附著處受更大的水平力。

3）塔機(jī)支腿不均勻沉降的差值與塔身垂直度偏差基本相對應(yīng)，可以肯定在整過安裝、使用過程中，塔機(jī)塔身垂直度嚴(yán)重超標(biāo)是塔機(jī)支腿不在一個水平度造成的。

4）由于缺少支腿埋設(shè)、基礎(chǔ)澆筑后支腿驗收資料和塔機(jī)安裝驗收資料，以及塔機(jī)安裝前、后和前期使用過程未進(jìn)行塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差測量，無法準(zhǔn)確判斷目前塔身垂直度偏差嚴(yán)重超標(biāo)原因，但從間接測量四個支腿高低差最大27mm，存在基礎(chǔ)不均勻沉降可能。

5）從整個量數(shù)據(jù)分析，塔機(jī)采用附著后，塔機(jī)基礎(chǔ)減少不均勻承載，塔機(jī)基礎(chǔ)沒有再發(fā)生較大不均勻沉降，基礎(chǔ)相對穩(wěn)定。

1.2.3 塔機(jī)塔身糾偏措施

根據(jù)上述分析，專家組采用以下糾偏措施：①采取塔機(jī)附著后基礎(chǔ)沒有進(jìn)一步擴(kuò)大不均勻沉降，目前基礎(chǔ)相對穩(wěn)定，并且工期不允許廢除原基礎(chǔ)做新基礎(chǔ)，現(xiàn)場無法采取措施進(jìn)行基礎(chǔ)糾平處理；②塔身全部采用主弦桿軸銷連接，塔身無法采用增加墊片的方式進(jìn)行糾偏；③專家組決定塔機(jī)全部拆除，塔機(jī)支腿與塔身基礎(chǔ)節(jié)不再用軸銷連接，而通過焊接方法連接，經(jīng)計算焊縫強(qiáng)度大于軸銷連接時強(qiáng)度；④塔機(jī)拆除后，保留支腿四只方銷，以西南角最低支腿為基準(zhǔn)，切割其它三只支腿外圈鋼板（計劃切割9mm、18m和27mm），使切割后塔機(jī)四只支腿外圈鋼板在同一水平面上；⑤焊接塔機(jī)支腿和基礎(chǔ)節(jié)塔身焊口上下30°坡口，焊接要求對稱同步焊接，焊接參數(shù)選擇小能量輸入，電焊條選用結(jié)507?3.2焊條，實施多道多層焊接；⑥塔機(jī)焊接前、后進(jìn)行塔身垂直度控制和復(fù)測，焊接前塔身垂直度控制在5/10 000，焊接后塔身垂直度控制1/1 000；⑦塔機(jī)支腿和塔身基礎(chǔ)節(jié)連接焊縫處采用16mm鋼板加固，垂直焊縫連接焊，水平焊縫間斷焊。

1.2.4 塔機(jī)塔身糾偏實施

根據(jù)專家組意見，施工單位編寫塔機(jī)拆除和安裝方案、塔機(jī)塔身糾偏方案，經(jīng)專家組同意，項目審批后實施，共用6天時間完成塔機(jī)拆除、塔機(jī)塔身糾偏和塔機(jī)安裝工作。未安裝塔機(jī)上部結(jié)構(gòu)前，在塔身40m處在未受水平外力情況下先安裝附著；塔機(jī)最后伸臂長度50m，塔身高度78m，一道附屬高度40m，塔機(jī)安裝完成后進(jìn)行垂直度測量和負(fù)荷試驗。塔機(jī)塔身垂直度測量結(jié)果：附著以下（0～40m）偏西29mm偏0.725/1 000，偏北5mm偏0.125/1 000；自由端（40～78m）偏西35mm偏0.92/1 000，偏北5mm偏0.13/1 000；塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)和加強(qiáng)節(jié)四根主弦桿連接縫在同一水平面上，檢驗結(jié)果符合專家組糾偏措施的控制要求。

公司要求項目部每月對塔機(jī)塔身偏差和基礎(chǔ)沉降進(jìn)行測量并匯報到公司本部，據(jù)6月對#1塔機(jī)測量，附著以下（0～40m）偏西30mm偏0.75/1 000，偏北10mm偏0.25/1 000；自由端（40～78m）偏西40mm偏1.05/1 000，偏北10mm偏0.26/1 000，符合塔機(jī)垂直度偏差標(biāo)準(zhǔn)。

2 案例分析

1）電廠基礎(chǔ)由海灘圍填并加固處理而成，盡管當(dāng)?shù)氐谌綔y量單位提供測量報告，電站地基承載力0.26mpa以上，但第三方測量范圍大，#1塔機(jī)基礎(chǔ)位置本身地基復(fù)雜，挖深后地基并不能確定具有0.26mpa地耐力，而基礎(chǔ)設(shè)計前并沒有對塔機(jī)地基進(jìn)行地耐力測試，事后對基礎(chǔ)設(shè)計復(fù)核，基礎(chǔ)設(shè)計未留有充足余量。因此未真實了解塔機(jī)基礎(chǔ)的地基地耐力、基礎(chǔ)承載力不足是造成基礎(chǔ)沉降主要原因。

2）塔機(jī)租賃公司對塔機(jī)支腿安裝不重視是造成本次案例的重要原因。塔機(jī)支腿安裝對塔機(jī)安裝質(zhì)量至關(guān)重要，在安裝塔機(jī)支腿時，嚴(yán)格控制四只支腿的水平度；澆筑支腿時要對4只支腿加以保護(hù)，防止?jié)仓^程支腿位置發(fā)生變化；基礎(chǔ)澆筑未凝固前，設(shè)法對支腿位置進(jìn)行復(fù)測；基礎(chǔ)移交安裝時，做好支腿復(fù)測技術(shù)記錄。安裝單位未留存塔機(jī)支腿安裝和移交技術(shù)資料，無法排除由于塔機(jī)支腿安裝偏差過大或混凝土澆筑過程支腿位置變動，造成塔機(jī)塔身偏差超標(biāo)。

3）塔機(jī)安裝驗收不規(guī)范，不按規(guī)定定期限對塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差進(jìn)行測量，造成不能及時了解塔身垂直度偏差超標(biāo)情況，使塔機(jī)和鍋爐設(shè)備吊裝長期存在嚴(yán)重事故隱患，也為以后專家組準(zhǔn)確性確查找偏差原因重大困難。

4）租賃公司采用在22m和40m增加二道附著，降低了傳遞給基礎(chǔ)的彎矩值，對基礎(chǔ)不均勻受力起到保護(hù)作用，附著后未發(fā)現(xiàn)塔機(jī)基礎(chǔ)繼續(xù)不均勻沉降等。但時，我們對附著后塔身偏差數(shù)據(jù)分析，二道附著（特別是第二道附著）處，附著支撐桿給塔身較大水平力，#1鍋爐塔機(jī)設(shè)備吊裝僅存在較大安全事故隱患。

5）對租賃和協(xié)作單位塔機(jī)安裝、使用的管理，項目部存在較大薄弱環(huán)節(jié)，管理基本失控，應(yīng)引起足夠重視。

3 塔機(jī)基礎(chǔ)和塔身垂直度安全管理措施

針對海外項目部租賃塔機(jī)發(fā)生塔身嚴(yán)重超標(biāo)的案例，公司各級管理人員引起高度重視，并采取特定措施，防止該案例事件在其它項目重復(fù)出現(xiàn)。

3.1 基礎(chǔ)設(shè)計施工

根據(jù)gb/t 13752-2017《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范》和jgj/t 187-2009《塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計或選用，并組織施工。

1）根據(jù)起重機(jī)械基礎(chǔ)地質(zhì)資料，特別是地基地耐力和制造廠推薦基礎(chǔ)圖紙，進(jìn)行塔機(jī)基礎(chǔ)施工。

2）根據(jù)制造廠提供的塔機(jī)對基礎(chǔ)傳遞的受力情況和地質(zhì)情況，委托專業(yè)設(shè)計單位進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計，并進(jìn)行基礎(chǔ)施工。

3）本單位土建專業(yè)根據(jù)地質(zhì)情況和塔機(jī)制造廠提供的塔機(jī)對基礎(chǔ)傳遞受力情況，根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計，并經(jīng)本單位土建專業(yè)總工程師（或副總工程師）批準(zhǔn)后施工。

4）施工單位按批準(zhǔn)的基礎(chǔ)圖紙實施基礎(chǔ)施工，并進(jìn)行過程質(zhì)量檢驗，留存基礎(chǔ)施工資料。

3.2 塔機(jī)安裝過程塔身垂直度控制

1）預(yù)埋支腿安裝和驗收：塔機(jī)支腿預(yù)埋時，控制支腿安裝尺寸和水平度；基礎(chǔ)澆筑前，做好防止支腿移動的保護(hù)措施；基礎(chǔ)澆筑未初凝時，及時對支腿進(jìn)行復(fù)測和處理，防止基礎(chǔ)澆筑過程支腿移動。

2）擱置在基礎(chǔ)上的支腿，在支腿安裝過程中，根據(jù)制造廠要求，控制支腿水平度。

3）根據(jù)制造廠對塔身安裝垂直度控制要求，嚴(yán)格控制塔身安裝垂直度，制造廠垂直度控制要求一般都高于國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確、規(guī)范要求。

4）塔機(jī)安裝完成后（往往塔身獨立高度或低于獨立高度），在基礎(chǔ)四角用油漆標(biāo)注基礎(chǔ)沉降檢測點，并將沉降測量點位置尺寸留存資料；在進(jìn)行負(fù)荷試驗前和負(fù)荷試驗后，分別進(jìn)行塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度測量，并將測量值留存在塔機(jī)安裝技術(shù)資料。

5）安裝附著控制塔身垂直度：塔機(jī)安裝和使用過程中，塔身發(fā)生偏差是正常的；安裝附著時，可以適當(dāng)降低塔身偏差，但過大糾正偏差會使塔身在非負(fù)荷時承受較大水平力，對塔機(jī)安全是極不利的。應(yīng)該根據(jù)本次塔機(jī)施工所需的附著，有計劃地利用附著降低塔身偏差。

3.3 塔機(jī)基礎(chǔ)沉降測量和塔身垂直度偏差測量

1）測量周期：塔機(jī)安裝后前2個月1周測量1次，以后每2周測量1次，測量有疑問時應(yīng)增加測量頻次；當(dāng)安裝工況發(fā)生變化或遇臺風(fēng)、暴雨后必須及時進(jìn)行測量。

2）塔機(jī)基礎(chǔ)測量：在基礎(chǔ)頂面四角應(yīng)作好沉降及位移觀測點，并作好原始記錄，以后按規(guī)定定期測量；當(dāng)基礎(chǔ)的沉降量大于50mm或傾斜率(tanθ)大于0.001，應(yīng)及時匯報，由上級技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)組織基礎(chǔ)處理。

3）塔機(jī)塔身垂直度偏差測量：塔機(jī)塔身垂直度偏差分2種工況測量：①獨立狀態(tài)測量：沿著塔身垂直2個面測量塔身垂直度偏差，此時除制造廠有特別規(guī)定外，塔身垂直度偏差不大于4/1 000；②附著狀態(tài)測量：也沿著塔身垂直2個面進(jìn)行塔身垂直度測量，除制造廠有特別規(guī)定外，最高附著以下部分塔身垂直度偏差不大于2/1 000，最高附著以上自由端塔身垂直度偏差不大于4/1 000。

3.4 塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差測量數(shù)據(jù)分析

1）項目部加強(qiáng)對塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差測量管理，及時對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)沉降和塔身偏差超標(biāo)時，應(yīng)及時向上級機(jī)械管理部門報告。

2）項目每月1次將塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差測量記錄上傳到本單位機(jī)械管理部門，公司所屬各單位應(yīng)認(rèn)真分析測量數(shù)據(jù)，及時處理有關(guān)測量異常事宜，并及時將各項目塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差上報上級公司。

3）公司本部設(shè)備管理部門對各單位、項目塔機(jī)基礎(chǔ)和塔身垂直度偏差值分析，有疑問及時同基層單位、項目溝通，了解公司系統(tǒng)所使用的所有塔機(jī)基礎(chǔ)沉降和塔身垂直度偏差狀況，及時組織處理塔機(jī)使用突發(fā)事件，確保塔機(jī)使用安全。