每部电梯的基础：为什么地面支撑至关重要

牛顿第三运动定律指出，每一个作用力都有一个大小相等、方向相反的反作用力。为了保持平衡，当一个物体对另一个物体施加力时（例如起重机对地面的作用力，或你的脚踩在地板上的作用力），第二个物体也会对第一个物体施加一个大小相等、方向相反的力。如果第二个物体缺乏足够的稳定性或承载能力，就会导致平衡失效。

为确保重型起重作业有足够的地基（地面）支撑，起重作业规划人员需要清楚地、彻底地了解三个基本要素：地面稳定性、地面承载能力和起重设备本身的知识。

从公元前 600 年左右希腊人发明建筑起重机开始，直到今天，人们一直基本认识到，足够的地面稳定性和足够的地面承载力对于确保安全高效的起重作业都至关重要。

因此，无论是吊起1万吨重的地面设备，还是从沙发上起身，每一次安全成功的重物移动都取决于支撑条件的稳定性和承载能力。因此，每一次起重作业都始于“地下”，而这首先需要足够的地面支撑。

尽管地面支撑的重要性已延续数百年，但近年来，它在重型起重领域受到了更多关注。SC&RA 新近发布的《支腿垫材料、选择和使用指南》以及即将发布的 ASME P30 标准附录 D（非强制性附录——LHE 基础和支撑规划）都体现了这种日益增长的关注。

需要特别说明的是，本文内容主要针对更大容量、更复杂、更关键的“工程”吊装作业提出建议。我们理解，“出租”起重机作业的经济性限制或阻碍了其中许多建议的实施。然而，无论吊装规模或复杂程度如何，这些建议都能帮助我们认识到此类信息的必要性。

确保地面支持

为确保重型起重作业有足够的地面支撑，起重作业计划人员需要清楚透彻地了解以下三个基本要素：

地基稳定性——了解地表及其地下状况的完整性，包括了解地下设施（地基、储罐、公用设施等）、这些设施的状况及其三维位置（坐标位置和覆盖深度）、潜在的未固结土壤区域和地下空隙。

地面承载力——土壤、路面或高架结构抵抗变形和支撑所施加荷载的机械能力。

了解电梯本身——识别要部署的具体电梯搬运设备 (LHE)、要部署的任何辅助设备，以及要施加在地面上的相关地面支座反作用力（地面支座压力，又称 GBP）。

地球物理方法可以采集大范围的数据，并大致描绘出场地内的地下状况。分析这些数据可以识别地下空隙和松散土层区域，并估算它们的位置和范围。

地面稳定性

了解场地地表和地下状况是电梯规划过程中至关重要的第一步，而收集现有的历史资料和项目相关文件又是至关重要的第一步。航拍照片（包括当前和历史照片）、地形测量图、岩土工程报告、公用设施地图和图集、土建图纸以及场地物流计划等，都有助于规划人员了解可能存在的设施和地下结构。掌握这些信息后，下一步是进行现场勘测。现场勘测能够验证和记录现状。

在规划场地勘测时，重要的是不要忽略辅助设备的运行位置，或者装载和起重相关设备进出场地或穿越场地的行进路线。

勘测过程首先是对现场进行步行勘察，以观察地面状况和地上结构。步行勘察还用于识别其他潜在的起重作业危险，例如公用设施结构、相邻地下室、地基和高架结构。

尽管可以通过人工测量来记录这些特征，但如今的技术可以实现三维数据采集。地面激光扫描、激光雷达（LiDAR）、SLAM（同步定位与地图构建）和/或摄影测量，包括无人机（无人飞行系统），都是可行的数据采集技术。虽然每种技术都有其特定的适用范围，但它们都能全面、准确地捕捉场地内的各种状况。

对于地下评估，强烈建议采用地球物理勘探和岩土工程勘探相结合的方法。这两种方法结合起来，可以全面了解地下状况。ASTM 的多项标准对地球物理勘探和岩土工程勘探方法进行了规范。

地球物理勘探采用非侵入性技术，例如探地雷达（GPR），来定性地了解和表征地下状况。地球物理方法可以采集大范围的数据，并大致描绘出场地内的地下状况。通过分析这些数据，可以识别地下空隙和松散土层区域，并估算其位置和范围。

探地雷达勘测的另一优势在于其能够发现并验证各种地下设施的存在，包括金属和非金属材料。探地雷达具备分析能力，可以记录地下管线、混凝土基础等的深度和位置。在这些勘测中，还可以使用手持式管道和电缆定位器来辅助确定导电地下管线的位置。

需要注意的是，任何地球物理数据本身都不具备能够专门识别或区分不同地下目标（即“异常”）的固有特性。换句话说，探地雷达数据无法自动识别某个线性目标是污水管道，也无法自动区分污水管道、燃气管道、风管组件和树根。要正确评估这些数据，需要专家分析和补充信息（例如，历史资料和项目相关文件），以便将数据置于合适的背景中，使其真正发挥作用。

岩土工程数据采集是一个物理侵入性过程，旨在获取土壤材料本身的“定量”数据。全面的岩土工程勘测包括在特定位置对土壤进行物理取样（土壤钻孔）。分析从取样时开始，记录将分体式取样器打入地下六英寸所需的击打次数（“击打计数”），并对取样材料进行目测评估；最终分析在实验室进行。

动态圆锥贯入法 (DCP) 是一种快速、经济且有效的土体强度评估替代岩土工程方法。该方法利用从固定高度自由落下的标准砝码，将带有刻度杆的金属圆锥打入土中，并通过测量每次冲击的贯入深度来评估土体的阻力。贯入速率与加州承载比 (CBR) 相关，而土体的刚度则由 CBR 计算得出。

场地数据采集的最后一个必要条件是建立“土地测量控制点”和/或“地理参考”。已知地表特征和数据采集点的走向和位置对于评估拟建升降机以及合理布置改进设施和升降设备至关重要。

地面容量

一旦场地条件被记录和描述，就需要确定土壤的机械承载力。

凭借岩土工程试验数据，合格人员可以计算出特定地点的极限土体承载力。土体的极限承载力通常定义为土体在破坏前单位面积所能承受的最大荷载。它是确定拟建电梯允许地基承载力的关键因素。

Dearborn 公司的业务范围涵盖高架结构、密集的城市街道、发电厂和工业厂房以及风力发电场的起重机部署，以及复杂脚手架、支撑和土方支护系统的工程应用。

无论采用何种岩土工程测试方法，数据都代表了特定位置地质条件的“快照”。由于需要推断或插值各点之间的地质条件，因此需要在LHE部署区域内设置多个测试点。

合格人员利用极限承载力并应用“设计系数”（又称“安全系数”），即可计算出拟建升降机的允许地面承载力。设计系数是应用于极限承载力的乘数，用于考虑材料性能的不确定性和未知的环境影响，并提供防止灾难性故障的安全裕度。

了解升降机

一旦现有条件得到记录并确定场地地面承载力，即可进行最终的吊装方案规划。通过平衡计算出的吊装设备地面反作用力与允许的地面承载力，可以为起重机垫和垫板的使用和位置、地基改良的潜在需求和范围，甚至吊装设备的选择或吊装位置的变更等决策提供依据。

无论起重方案多么周密，索具多么精巧，都无法在糟糕的地面条件下生存——每一次起重都始于下方，也终于下方。

作者

迈克·沃尔什是美国机械工程师协会（ASME）P30分会的成员，也是迪尔伯恩公司（Dearborn Companies）的总裁。迪尔伯恩公司是一家拥有70多年历史的家族企业，已传承至第三代，一直致力于提供工程和建筑咨询服务。迪尔伯恩公司的业务范围涵盖高架结构、密集城市街道、发电厂、工业厂房和风力发电场的起重机部署，以及复杂脚手架、支撑和挡土系统的工程应用。