陈 晨

(黑龙江省水利第二工程处，哈尔滨150302)

0 前言

某小型工程位于山区，场地狭窄，地形复杂，交通不便，常规起重机械难于现场吊装施工使用。经核算构件最大处重为800 kN，故采用结构简单，制作容易，安装和拆除方便，造价低的桅杆式起重系统。主要组成［1］见图1。

图1 桅杆起重系统

1 地锚的设计

地锚的类型很多，常见的有埋桩地锚、打桩地锚、捆龙地锚、混凝土地锚及炮眼地锚等。大型永久性地锚多采用钢筋混凝土结构，吊装作业中的临时地锚多采用圆木或型钢制成。本工程简易桅杆重系统采用圆木捆龙地锚固定系统。

桅杆式起重系统是利用地锚将缆风绳、卷扬机、起重滑车或承重绳固定在地基上，在使用时，桅杆应保持一定的倾角(一般≤10°)。以便在吊装时，构件不致碰撞桅杆。缆风绳≥4根，缆风绳与地面的夹角为30°～45°，角度过大则对拔杆将产生较大的压力，缆风绳多采用钢丝绳，需进行防腐处理和拉力试验。桅杆式起重系统施工操作的安全性取决于地锚造型和施工质量，因而必须十分重视。

圆木捆龙地锚由3根直径18 cm、长4 m的圆木组成，埋入深度3 m，由钢丝绳捆扎，并由坑底沿斜槽斜向拉出与缆风绳相接，缆风绳与地面的夹角为30°，钢丝绳距圆木端的距离为1 m。圆木抗折强度经实验检测为14 MPa。圆木捆龙后，采用黏性土回填压实，压实后经环刀取样，测得土壤堆积密度为18 kg/m3，地锚的摩擦系数为0.4。具体布置见图2。

图2 地锚布置图

2 地锚的稳定计算

根据设计布置分析，可以看出地锚主要承受缆风绳所产生的拉力，其拉力可分解为水平分力和垂直分力，水平分力对坑壁土产生压应力，而垂直分力对地锚形成上拔力;若前土壁受压失稳或地锚抗拔失稳，将导致起重系统损坏。因此，水平地锚设计必须进行强度和抗拔稳定性及土壁抗压稳定性验算。

综上分析，水平地锚的计算内容应包括:在垂直分力作用下地锚的抗拔稳定性;在水平分力作用下侧向土的强度;地锚强度的计算［2］。

2.1 地锚的抗拔稳定性计算

由钢丝绳或钢筋环自坑底沿斜槽斜向拉出的，地锚的抗拔稳定性按下式计算:

式中:K为安全系数，一般取1.6;Fy为地锚荷载的垂直分力;Fy=Fsin∂，其中F为地锚荷载，∂为缆风绳与地面的夹角。G为作用在地锚型钢上的土重;HLγ;式中b为型钢宽度;b'为受压区土的有效宽度，b'=b+Htgφ，φ为土的内摩擦角，松土取15°～20°，一般土取 20°～ 30°，坚硬土取 30°～40°;H为地锚埋深;L为型钢长度;γ为土的堆积密度。T为土壤摩擦力，T=ksFx，ks为摩擦系数，Fx为地锚荷载的水平分力;Fx=Fcos∂。地锚的抗拔稳定受力分析见图3。

图3 地锚的抗拔稳定受力分析简图

该工程地锚的抗拔稳定性计算为:

1)水平方向的分力:

2)垂直方向的分力:

3)地锚的土重:

4)摩擦力:

5)稳定性计算:

2.2 侧向土的强度计算

侧向土的受力分析见图4，地锚的容许承载力计算公式为:

式中:［σ］为地锚埋深H处土的容许承载力，［σ］=tg2(45°+)Hγ;K1为降低系数，一般取0.5～0.7。

计算公式为:

3 m处土壤容许承载力计算公式为:

因［∂］K1≥，所以侧向土的强度满足要求。

图4 侧向土的受力分析简图

2.3 地锚强度计算

地锚强度计算公式为:

1)地锚轴向力计算:

2)水平方向所受弯矩计算:

3)垂直方向所受弯矩计算:

4)截面抵抗矩计算:MPa＜ ［f］ =18MPa

故地锚型钢强度满足要求。

3 结论

桅杆式起重系统虽然结构简单，制作容易，安装和拆除方便，造价低。但与常规起重设备相比，其起吊重量、安全稳定性等还距有一定的差距。故在使用时，除要进行设计安全稳定分析计算外，在进行吊装施工作业时，还要重视如下问题:

1)吊装装作前必须对设备情况、构件特点、操作要求、安全注意事项等内容进行施工交底。

2)使用前查明滑车的额定起重量，不准起负荷，同时检查滑车各零部件是否完好，装配有无问题，如有缺陷，严禁使用。

3)滑轮直径与钢丝绳直径的比值，不应小于规范规定的数值。

4)使用的钢丝绳直径必须符合规定要求，钢绳与滑轮槽偏角不超过4°～6°。钢丝绳不得出现锈蚀破损等现象。

5)在受力方向变化较大的地方和高空作业中，不宜使用吊钩型滑车，应选择吊环式滑车，以防脱钩，如用吊钩型时，必须用铅丝封口。

6)吊钩表面应光滑，不得有裂纹、无剥裂、折叠、锐角、毛刺、过烧等缺陷。不得使用铸造的吊钩。

7)电动卷扬机安装距离不得小于桅杆高度。卷筒的中心至最近的一个导向滑车的距离应大于卷筒长度的20倍，当绳索绕到卷筒的防绕入，当绳索绕到卷筒的中心时，绳索应与卷筒中心线垂直。

只有这样才能确保桅杆式起重系统吊装作业的顺利运行。

［1］严心娥.土木工程施工［M］.北京:北京大学出版社，2010:98-99.

［2］马宁.土力学与地基基础［M］.北京:科学出版社，2008:75-80.