地基动力特征参数的选用.docx

1、 地基动力特征参数的选用浙江国土工程勘察有限公司 华维松浙江泛华工程有限公司勘察院 汪永森一、概述动力机器基础设计与其它结构物基础设计有着明显不同，其主要区别在于动力机器基础上部作用有由机器传来的动力。由于这种动力引起基础本身的振动，甚至影响到周围建筑物的振动。国标动力机器基础设计规范（CTB50040-96）（以下简称动规）确定的机器基础设计要求是使基础由于动荷载而引起的振动幅值，不能超过某一限值。这个限值的确定主要取决于：保证机器的正常运转以及由于基础振动所产生的振动波，通过土体的传播，对附近的人员、仪器设备及建筑物不产生有害的影响。机器在运转过程中，必然会产生动力荷载，按其动力作用的时间

2、形式不同，大致可以分为三类：一类是旋转式机器的动荷载；一类是往复式机器的动荷载；一类是瞬态脉冲动荷载（冲击荷载）。动力机器基础设计的一般原则，除了要保证相邻基础不受其动力作用而产生过大的沉降（或不均匀沉降）外，还要求动力机器基础本身能满足下式要求：P ff式中：P基础底面地基的平均静压力设计值（KPa） f地基承载力的动力折减系数；f地基承载力设计值（KPa）动力基础设计时，应取得下列资料：1、机器的型号、转速、功率、规格及轮廓尺寸图等；2、机器自重及重心位置；3、机器底座外郭图、辅助设备、管道位置和坑、沟、孔洞尺寸及灌浆层厚度、地脚螺栓和预埋件的位置等；4、机器的扰力和扰力矩及其方向；5、基

3、础的位置及其邻近建筑物的基础图；6、建筑场地的地质勘察资料及地基动力试验资料。其中第 6 条就是地质勘察部门所要提供的资料。动力机器基础勘察要求较高，除了需要提供一般建筑勘察所需的岩土试验成果外，还要提供地基动力特征参数，这些参数主要包括以下 9 项：天然地基抗压刚度系数；地基土动弹性模量；地基土动剪变模量；动泊松比；天然地基地基土动沉陷影响系数桩周土当量抗剪刚度系数；桩尖土当量抗压刚度系数；天然地基竖向阻尼比；桩基竖向阻尼比。有关地基动力特征参数如何选择，应考虑哪些因素，如何应用等方面的专题论文很少，有的勘察人员不知道这些参数如何提供，提多大合适，感到困惑不解。本文通过位于萧山经济技术开发区

4、的“通用电气亚洲水利项目”这一大型工程的详细勘察，按照设计要求，结合场地地质条件，经过公式计算，通过地质类比法，现场测试，参照动力机器基础设计规范提供了设计所需的动力参数，施工中又进行了检测，还进行静力触探对比试验，并对试验成果进行评价达到了设计要求。二、工程概况及地质条件该工程位于萧山经济开发区，主体建筑物为 1 栋机器制造联合厂房，单层高 24.9m。1 栋二层办公楼及其辅助建筑物；（1、液氧站 2、空压站 3、废水处理 4、油化库等）还有动力机器基础，总建筑面积 60400 平方米。（一）重型厂房、动力机器基础的特点及对勘察的要求1、重型厂房一层高 24.9m，框架结构，屋顶轻钢结构，柱

5、网是 1224m，厂房内设有两台 150T 行车，柱下最大轴力设计值 8000KN/柱。2、动力机器基础，基础形式以实体（大块）式基础为主，最大基础面积2020m，基础砌置深度 4.0m，设计单桩竖向承载力 3650KN/柱，主要设备：液压试验台 200400T 油压机，数挖镗洗床，三辊卷板机，其它车、洗、镗、立式钻床等振动方式以垂直振动为主，也有水平回转，大型动力设备基础，拟采取隔振消振措施，对重型厂房，动力设备基础设计拟采用桩基础，办公楼、辅助厂房设计拟采用天然地基。3、设计对勘察的要求：1、查明勘察场地的岩土分层、埋深结构构造、工程性质。2、对天然地基、桩基持力层作岩土工程条件评价，并对

6、桩基型式及持力层提出建议。3、对岩土的物理力学性质除按常规提供试验参数以外，要求提供动力特性参数。4、动力机器基础要求查明在静力作用条件下的稳定性，变形性质和承载力，尚要查明地基在动力（反复荷载）作用条件下的动力稳定性，变形性质，承载力和地基土的各项动力参数。5、要求提供如下动力特征参数。（a）天然地基抗压刚度系数 Cz（KN/m 3）（b）天然地基阻尼比 z（c）地基的动弹性模量 Ed（KPa）（d）地基的动剪变模量 Gd（KPa）（e）动泊松比 V（f）桩基阻尼比 pz（g）桩周土当量抗剪刚度系数 Cp（KN/m 3）（h）桩尖土当量抗压刚度系数 Cpz（i）地基土动沉陷影响系数 （二）勘

7、察工作的布置1、根据勘察任务书和有关规范岩土工程勘察规范（GB50021-2001）、浙江省标准建筑地基基础设计规范（DB33/1001-2003）；动力机器基础设计规范（GB5004-96）、地基动力特征测试规范（GB/T50269-97）等制订本工程的勘察大纲。首先我们搜集了勘察场地附近的工程地质资料，有针对性的确定了勘探孔的深度和原状土样、标准贯入试验、重型动力触探试验，波速试验的层位、数量、确定室内土工试验项目，以及需提供上述动力特性参数需进行的测试和试验手段。1）根据勘察场地已有的地层资料，厂房和设备基础的设计总平面布置图，按岩土工程勘察规范桩基勘察要求和动力机器基础设计规范要求；动

8、力机器基础地基的勘察可与建筑物地基勘察一起进行。勘探点是沿建筑物轮廓线结合网格状布设，勘探点、线间距 24m，共布设勘探点 162 个，其中机钻孔 99 个，静力触探孔 63 个，控制性孔 11 个要求钻进圆砾层以下 5m，预计孔深 70m（圆砾层厚 12m）。技术性孔 58 个，要求钻进圆砾层 5-10m，一般性孔 30 个要求钻进圆砾层5-8m，静力触探孔要求达到圆砾层顶板为止，取原状土样 700 件，波速试验 3组（单孔法）。2）勘察工作的目的在于了解拟建场地岩土的工程条件，地基土的构成，物理力学性质及动力性质，特别是软土和可能液化的饱和粉土、砂土的分布情况。场地土层自上而下为：层号 岩

9、土埋深（m） 岩土层名称1 0.000.60 耕植土2-1 0.602.10 砂质粉土2-2 2.108.90 砂质粉土2-3 8.9015.40 粉砂3 15.4030.80 淤泥质粘土4-1 30.8034.80 粉质粘土4-2 34.8042.20 粉质粘土夹粉砂4-3 42.2044.00 粉砂4-4 44.0046.80 粉质粘土4-5 46.8049.70 粉砂5 49.7055.60 圆砾5 夹 55.6056.90 粉质粘土(粉砂)5 56.9059.40 圆砾6 59.4064.00 细砂7 6400 全风化凝灰岩三、地基动力特征参数的选用地基动力特征参数，是动力机器基础振动

10、和隔振设计以及在动荷载作用下各类建筑物、构筑物的动力反应及地基动力稳定性分析必需的资料。动力特征参数可由现场试验确定。当无条件进行试验并有经验时可按动力机器基础设计规范规定确定。本工程按照设计要求，结合场地地质条件，参照动规，通过地质类比法，现场波速测试和公式计算提供了设计所需的地基动力参数，满足了设计要求。1、天然地基抗压刚度系数 Cz：按天然地基地基土承载力标准值（f k）求取。2、天然地基阻尼比 z，动规指出由现场试验确定，但由于一般现场不具备测试条件且影响阻尼比的因素较多，而它仅对在共振区，振动时的振幅起着决定性作用。所以动规参照了实测资料，取阻尼比为一定值。（阻尼比为阻尼系数与临界阻

11、尼系数之比）。3、天然地基土动沉陷影响系数 1：参照动规，先划分地基土类别，再提供 1值。天然地基土层为粉土，f k160Kpa，对照地基土类别，属于四类土，取 1=3.0。4、桩基（预制桩）竖向阻尼比 pz，根据动规的建议，对预制桩和打入式灌注桩桩基阻尼比可按下列数值采用：pz=0.205、桩周土当量抗剪刚度系数 Cp：参照动规，结合土层性质及原位测试成果（动探、静探、波速测试）和土工试验成果，综合分析后确定。6、桩尖土当量抗压刚度系数 Cpz：参照动规，分别提供二层桩尖持力层的 Cpz 值。7、地基土动弹性模量 Ed：根据原位测试和土工试验成果，参照其它已建工程的 Ed 值，分别提出各土层

12、的 Ed 值。8、地基土动剪变模量 Gd9、地基土动泊松比 v具体本工程的动力机器基础设计参数见表一动力机器基础设计参数一览表表 1 通用电气亚洲水利项目桩周土当量抗剪刚度系数桩尖土当量抗压刚度系数天然地基抗压刚度系数动泊松比地基土动弹性模量地基土动剪变模量天然地基阻尼比桩基阻尼比层号 岩土名称CP （KN/m 3） Cpz(KN/m3) CZ(KN/m3) Ed（MPa） Gd（MPa） z p2-1 砂质粉土 8000 22000 0.31 130 302-2 砂质粉土 10000 26000 0.30 147 442-2夹 砂质粉土 7000 20000 0.31 125 282-3 粉

13、砂 15000 30000 0.28 160 523淤泥质粘土 7000 18000 0.42 115 304-1 粉质粘土 7500 0.33 130 424-2粉质粘土夹粉砂 9000 0.32 140 464-2夹 粉质粘土 7000 0.34 132 434-3 粉砂 12000 0.30 154 524-4 粉质粘土 7500 0.35 133 444-4夹粉质粘土夹粉砂 8500 0.33 140 464-5 粉砂 11000 0.30 145 485 圆砾 20000 1000000 0.47 172 625 夹 粉质粘土 (粉砂) 10000 0.25 6 细砂 1300 0.

14、27 0.15 0.20四、基础设计及跟踪服务1、参加设计施工交底会，会上设计谈了重型厂房及动力设备基础拟采用600 的高强度（PHC）预应力管桩，整个厂房和动力设备基础计布桩 1245 根，其中重型厂房 762 根，动力设备基础及辅助厂房 483 根。并以 5 层圆砾为桩基持力层，桩长约 50m。根据岩土分布情况及桩长设计准备采用锤击沉桩。会上我们对设计采用锤击沉桩方案提了几点建议：1）5 层圆砾顶板东西向有一定起伏，建议分区、分段设计桩长，并在沉桩施工中以桩长和贯入度双向控制。2）场地 14m 以浅为饱和粉土、粉砂沉桩过程中要采取防液化措施。如：合理设计打桩路线，控制沉桩速率。3）预应力管

15、桩是种挤土型桩，在沉桩施工中会产生挤土效应，使周边桩挤偏，对周围环境和建（构）筑物造成一定影响，建议采取防挤土措施。如：打应力释放孔、挖应力释放沟，并在施工过程中对周围环境和建（构）筑物严密进行变形监测。2、参加沉桩施工中出现的一些问题的讨论会，对基坑开挖参加基坑验槽。3、沉桩施工结束后，发现群桩基础，有部分桩桩长未达设计要求也就是桩端未达 5 层圆砾。据了解这些桩是群桩基础最后施工的 1-2 支桩（最大动力设备基础最多布桩 56 根）。这些桩虽然桩长未达设计要求，但贯入度均已满足设计要求，80 锤最后三阵击，每阵击（10 击）不超过 3-5cm，实际每阵击是小地3cm。最后在这些桩中抽查 6

16、 根桩，做静载荷试验单桩竖向极限承载力5200KN，满足设计要求，桩的沉降变形也满足设计要求。据我们分析认为是预应力管桩在沉桩过程中产生挤土效应，使周边的土产生挤密，联系勘察场地的地基土分布情况，上部 14m 以浅为粉土、粉砂、粉质粘土夹粉砂挤土后，挤密效果比较明显，为了证实这一点，我们建议在这 6 支试桩边上再进行静力触探试验，以与施工图勘察的静力触探平均 qc 值进行对比，试验对比结果，浅部（14m 以浅）粉土、砂土，平均 qc 值提高 30%左右，中部淤泥质土平均 qc 值没有提高，其值基本与施工图勘察平均 qc 值持平，下部 4 层粉砂、粉质粘土夹粉砂，平均 qc 值提高约 20%，试验结果表明，沉桩施工后地基土的强度有所提高。五、结束语1、本文对动力机器基础的勘察，地基土动力特征参数的提供作了简要介绍。2、在预应力管桩（沉桩）施工中产生的挤土效应，通过现场试验，提出了定量的概念。上述资料对勘察设计施工单位有一定的参考价值。