塔机基础沉降和塔身垂直度偏差安全管理
某4×1 250mw电站项目租赁的#1锅炉设备吊装的塔机塔身垂直度偏差严重超标，塔机和锅炉设备吊装存在重大事故隐患。公司及时派专家组赴现场处理，通过拆除全部塔机部件、对塔机支腿和塔身基础节处实施纠偏、重新安装塔机后投用等措施，消除了塔机和锅炉设备吊装存在的重大事故隐患。塔机塔身纠偏后，公司制定了塔机基础安全管理措施，加强塔机基础设计、施工和塔机安装过程垂直度控制，定期对塔机基础沉降和塔身垂直度偏差测量、分析和控制，使塔机基础和塔身垂直度偏差在标准规定的安全范围内，确保塔机安全使用。
1 塔机塔身垂直度偏差超标及纠偏案例
1.1 塔机垂直度偏差严重超标
笔者公司海外某4×1 250mw电站施工项目向国内某租赁公司租赁1台tc7035b-16塔机，用于#1锅炉设备吊装，至2023年底塔机工况：塔机最高塔身高度75m，伸臂长度50m，最大起重量16t，塔机分别在22m和40m处各安装一道附着。
电站处于海滩并于前期进行围填，围填后进行基础处理，据当地第三方测试报告，电站围填并进行基础处理后地耐力达0.26mpa及以上；#1塔机地基比较复杂，塔机基础设计前未单独对地基进行地耐力测试；设计院现场土建技术人员设计基础，基础尺寸：6 600mm×6 600mm×1 700mm；塔机安装后塔机基础上方围填3m土层。
塔机基础由2023年7月2日浇筑，7月中旬开始安装，8月上旬安装并将塔身顶升到37.5m，并进行负荷试验，8月8日经当地安全监督检验合格后使用，8月16日顶升到最大独立高度61m塔身后继续使用；塔机安装过程未留存支腿水平度测量资料和塔身垂直度偏差测量资料，塔机使用过程未进行塔机基础沉降和塔身垂直度偏差测量。
10月初，项目部发现#1锅炉塔机塔身往锅炉方向偏移，即组织对该塔机塔身垂直度测量。测量结果：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《塔式起重机》规定：空载，风速不大于3m/s状态下,独立状态塔身（或附着状态下最高附着点以上塔身）轴心线的侧向垂直度允差为4/1 000，最高附着点以下塔身轴心线的垂直度允差为2/1 000。可见#1锅炉塔机塔身垂直度严重超标。
项目部将塔机偏差通报给租赁公司，要求租赁公司采取措施；租赁公司在22m塔身处安装一道附着；然后顶升塔身至75m，在塔身40m处安装第二道附着。二道附着安装后，塔机继续使用。
1.2 塔机塔身垂直度纠偏
公司2023年年底获悉该项目#1锅炉设备安装所租赁塔机塔身偏差严重超标信息后，为消除#1锅炉设备吊装和塔机严重事故隐患，决定派专家组现场消除隐患，2023年1月中旬专家组赴现场处理#1锅炉塔机塔身垂直度偏差纠偏事宜。
1.2.1 塔机塔身垂直度偏差和基础沉降测量
第一道附着处（0～22m）塔身垂直度偏差测量，偏西200mm偏9.09/1 000，偏南90mm偏4.09/1 000；第一道附着与第二道附着（22～40m）塔身偏差测量，偏西125mm偏6.94/1 000，偏南105mm偏5.83/1 000；第二道附着处（0～40m）塔机塔身垂直度偏差测量，偏西325mm偏8.13/1 000，偏南195mm偏4.875/1 000；自由端（40～75m）塔机塔身垂直度偏差测量，偏西125mm偏3.571/1 000，偏南70mm偏2/1 000。由于塔机基础埋在地下3m处，因此无法直接测量基础沉降值，我们实测塔机基础节与加强节的连接4根主弦杆中间点（2 000mm×2 000mm）水平高低差值，以间接测量塔机支腿处基础相对沉降差的数值，支腿处基础偏西18mm、偏南9mmm、4只支腿最大绝对差27mm，基础分别向西、南方向不均匀沉降9/1 000和4.5/1 000。
1.2.2 塔机状况分析
1）尽管塔机自由端塔身偏差在标准允许的范围内，但二道附着塔身垂直度偏差均严重超标。
2）二道附着下的塔身偏斜的斜率有较大变化，空载情况下二道附着支撑给塔身均有较大水平拉（或推）力，特别是第二道附着处受更大的水平力。
3）塔机支腿不均匀沉降的差值与塔身垂直度偏差基本相对应，可以肯定在整过安装、使用过程中，塔机塔身垂直度严重超标是塔机支腿不在一个水平度造成的。
4）由于缺少支腿埋设、基础浇筑后支腿验收资料和塔机安装验收资料，以及塔机安装前、后和前期使用过程未进行塔机基础沉降和塔身垂直度偏差测量，无法准确判断目前塔身垂直度偏差严重超标原因，但从间接测量四个支腿高低差最大27mm，存在基础不均匀沉降可能。
5）从整个量数据分析，塔机采用附着后，塔机基础减少不均匀承载，塔机基础没有再发生较大不均匀沉降，基础相对稳定。
1.2.3 塔机塔身纠偏措施
根据上述分析，专家组采用以下纠偏措施：①采取塔机附着后基础没有进一步扩大不均匀沉降，目前基础相对稳定，并且工期不允许废除原基础做新基础，现场无法采取措施进行基础纠平处理；②塔身全部采用主弦杆轴销连接，塔身无法采用增加垫片的方式进行纠偏；③专家组决定塔机全部拆除，塔机支腿与塔身基础节不再用轴销连接，而通过焊接方法连接，经计算焊缝强度大于轴销连接时强度；④塔机拆除后，保留支腿四只方销，以西南角最低支腿为基准，切割其它三只支腿外圈钢板（计划切割9mm、18m和27mm），使切割后塔机四只支腿外圈钢板在同一水平面上；⑤焊接塔机支腿和基础节塔身焊口上下30°坡口，焊接要求对称同步焊接，焊接参数选择小能量输入，电焊条选用结507ø3.2焊条，实施多道多层焊接；⑥塔机焊接前、后进行塔身垂直度控制和复测，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塔机支腿和塔身基础节连接焊缝处采用16mm钢板加固，垂直焊缝连接焊，水平焊缝间断焊。
1.2.4 塔机塔身纠偏实施
根据专家组意见，施工单位编写塔机拆除和安装方案、塔机塔身纠偏方案，经专家组同意，项目审批后实施，共用6天时间完成塔机拆除、塔机塔身纠偏和塔机安装工作。未安装塔机上部结构前，在塔身40m处在未受水平外力情况下先安装附着；塔机最后伸臂长度50m，塔身高度78m，一道附属高度40m，塔机安装完成后进行垂直度测量和负荷试验。塔机塔身垂直度测量结果：附着以下（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；塔机基础节和加强节四根主弦杆连接缝在同一水平面上，检验结果符合专家组纠偏措施的控制要求。
公司要求项目部每月对塔机塔身偏差和基础沉降进行测量并汇报到公司本部，据6月对#1塔机测量，附着以下（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，符合塔机垂直度偏差标准。
2 案例分析
1）电厂基础由海滩围填并加固处理而成，尽管当地第三方测量单位提供测量报告，电站地基承载力0.26mpa以上，但第三方测量范围大，#1塔机基础位置本身地基复杂，挖深后地基并不能确定具有0.26mpa地耐力，而基础设计前并没有对塔机地基进行地耐力测试，事后对基础设计复核，基础设计未留有充足余量。因此未真实了解塔机基础的地基地耐力、基础承载力不足是造成基础沉降主要原因。
2）塔机租赁公司对塔机支腿安装不重视是造成本次案例的重要原因。塔机支腿安装对塔机安装质量至关重要，在安装塔机支腿时，严格控制四只支腿的水平度；浇筑支腿时要对4只支腿加以保护，防止浇筑过程支腿位置发生变化；基础浇筑未凝固前，设法对支腿位置进行复测；基础移交安装时，做好支腿复测技术记录。安装单位未留存塔机支腿安装和移交技术资料，无法排除由于塔机支腿安装偏差过大或混凝土浇筑过程支腿位置变动，造成塔机塔身偏差超标。
3）塔机安装验收不规范，不按规定定期限对塔机基础沉降和塔身垂直度偏差进行测量，造成不能及时了解塔身垂直度偏差超标情况，使塔机和锅炉设备吊装长期存在严重事故隐患，也为以后专家组准确性确查找偏差原因重大困难。
4）租赁公司采用在22m和40m增加二道附着，降低了传递给基础的弯矩值，对基础不均匀受力起到保护作用，附着后未发现塔机基础继续不均匀沉降等。但时，我们对附着后塔身偏差数据分析，二道附着（特别是第二道附着）处，附着支撑杆给塔身较大水平力，#1锅炉塔机设备吊装仅存在较大安全事故隐患。
5）对租赁和协作单位塔机安装、使用的管理，项目部存在较大薄弱环节，管理基本失控，应引起足够重视。
3 塔机基础和塔身垂直度安全管理措施
针对海外项目部租赁塔机发生塔身严重超标的案例，公司各级管理人员引起高度重视，并采取特定措施，防止该案例事件在其它项目重复出现。
3.1 基础设计施工
根据gb/t 13752-2017《塔式起重机设计规范》和jgj/t 187-2009《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》进行塔机基础设计或选用，并组织施工。
1）根据起重机械基础地质资料，特别是地基地耐力和制造厂推荐基础图纸，进行塔机基础施工。
2）根据制造厂提供的塔机对基础传递的受力情况和地质情况，委托专业设计单位进行基础设计，并进行基础施工。
3）本单位土建专业根据地质情况和塔机制造厂提供的塔机对基础传递受力情况，根据规范要求进行基础设计，并经本单位土建专业总工程师（或副总工程师）批准后施工。
4）施工单位按批准的基础图纸实施基础施工，并进行过程质量检验，留存基础施工资料。
3.2 塔机安装过程塔身垂直度控制
1）预埋支腿安装和验收：塔机支腿预埋时，控制支腿安装尺寸和水平度；基础浇筑前，做好防止支腿移动的保护措施；基础浇筑未初凝时，及时对支腿进行复测和处理，防止基础浇筑过程支腿移动。
2）搁置在基础上的支腿，在支腿安装过程中，根据制造厂要求，控制支腿水平度。
3）根据制造厂对塔身安装垂直度控制要求，严格控制塔身安装垂直度，制造厂垂直度控制要求一般都高于国家相关标准确、规范要求。
4）塔机安装完成后（往往塔身独立高度或低于独立高度），在基础四角用油漆标注基础沉降检测点，并将沉降测量点位置尺寸留存资料；在进行负荷试验前和负荷试验后，分别进行塔机基础沉降和塔身垂直度测量，并将测量值留存在塔机安装技术资料。
5）安装附着控制塔身垂直度：塔机安装和使用过程中，塔身发生偏差是正常的；安装附着时，可以适当降低塔身偏差，但过大纠正偏差会使塔身在非负荷时承受较大水平力，对塔机安全是极不利的。应该根据本次塔机施工所需的附着，有计划地利用附着降低塔身偏差。
3.3 塔机基础沉降测量和塔身垂直度偏差测量
1）测量周期：塔机安装后前2个月1周测量1次，以后每2周测量1次，测量有疑问时应增加测量频次；当安装工况发生变化或遇台风、暴雨后必须及时进行测量。
2）塔机基础测量：在基础顶面四角应作好沉降及位移观测点，并作好原始记录，以后按规定定期测量；当基础的沉降量大于50mm或倾斜率(tanθ)大于0.001，应及时汇报，由上级技术领导组织基础处理。
3）塔机塔身垂直度偏差测量：塔机塔身垂直度偏差分2种工况测量：①独立状态测量：沿着塔身垂直2个面测量塔身垂直度偏差，此时除制造厂有特别规定外，塔身垂直度偏差不大于4/1 000；②附着状态测量：也沿着塔身垂直2个面进行塔身垂直度测量，除制造厂有特别规定外，最高附着以下部分塔身垂直度偏差不大于2/1 000，最高附着以上自由端塔身垂直度偏差不大于4/1 000。
3.4 塔机基础沉降和塔身垂直度偏差测量数据分析
1）项目部加强对塔机基础沉降和塔身垂直度偏差测量管理，及时对测量数据进行分析，当发现基础沉降和塔身偏差超标时，应及时向上级机械管理部门报告。
2）项目每月1次将塔机基础沉降和塔身垂直度偏差测量记录上传到本单位机械管理部门，公司所属各单位应认真分析测量数据，及时处理有关测量异常事宜，并及时将各项目塔机基础沉降和塔身垂直度偏差上报上级公司。
3）公司本部设备管理部门对各单位、项目塔机基础和塔身垂直度偏差值分析，有疑问及时同基层单位、项目沟通，了解公司系统所使用的所有塔机基础沉降和塔身垂直度偏差状况，及时组织处理塔机使用突发事件，确保塔机使用安全。
