地基動力特征參數(shù)的選用

1、地基動力特征參數(shù)的選用浙江國土工程勘察有限公司華維松浙江泛華工程有限公司勘察院汪永森一、概述動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計與其它結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)設(shè)計有著明顯不同，其主要區(qū)別在于動力機(jī)器基礎(chǔ)上部作用有由機(jī)器傳來的動力。由于這種動力引起基礎(chǔ)本身的振動，甚至影響到周圍建筑物的振動。國標(biāo)動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（CTB50040-96（以下簡稱動規(guī)）確定的機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計要求是使基礎(chǔ)由于動荷載而引起的振動幅值，不能超過某一限值。這個限值的確定主要取決于：保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及由于基礎(chǔ)振動所產(chǎn)生的振動波，通過土體的傳播，對附近的人員、儀器設(shè)備及建筑物不產(chǎn)生有害的影響。機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，必然會產(chǎn)生動力荷載，按其動力作用的時間形式不同

2、，大致可以分為三類：一類是旋轉(zhuǎn)式機(jī)器的動荷載；一類是往復(fù)式機(jī)器的動荷載；一類是瞬態(tài)脈沖動荷載（沖擊荷載）。動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計的一般原則，除了要保證相鄰基礎(chǔ)不受其動力作用而產(chǎn)生過大的沉降（或不均勻沉降）外，還要求動力機(jī)器基礎(chǔ)本身能滿足下式要求：P&nf式中：P基礎(chǔ)底面地基的平均靜壓力設(shè)計值（KP0丫f地基承載力的動力折減系數(shù)；f地基承載力設(shè)計值（KPa動力基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)取得下列資料：1 、機(jī)器的型號、轉(zhuǎn)速、功率、規(guī)格及輪廓尺寸圖等；2 、機(jī)器自重及重心位置；3 、機(jī)器底座外郭圖、輔助設(shè)備、管道位置和坑、溝、孔洞尺寸及灌漿層厚度、地腳螺栓和預(yù)埋件的位置等；4 、機(jī)器的擾力和擾力矩及其方向；5 、基礎(chǔ)

3、的位置及其鄰近建筑物的基礎(chǔ)圖；6 、建筑場地的地質(zhì)勘察資料及地基動力試驗(yàn)資料。其中第6條就是地質(zhì)勘察部門所要提供的資料。動力機(jī)器基礎(chǔ)勘察要求較高，除了需要提供一般建筑勘察所需的巖土試驗(yàn)成果外，還要提供地基動力特征參數(shù)，這些參數(shù)主要包括以下9項：天然地基抗壓剛度系數(shù)；地基土動彈性模量；地基土動剪變模量；動泊松比；天然地基地基土動沉陷影響系數(shù)樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù)；樁尖土當(dāng)量抗壓剛度系數(shù)；天然地基豎向阻尼比；樁基豎向阻尼比。有關(guān)地基動力特征參數(shù)如何選擇，應(yīng)考慮哪些因素，如何應(yīng)用等方面的專題論文很少，有的勘察人員不知道這些參數(shù)如何提供，提多大合適，感到困惑不解。本文通過位于蕭山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的“通用

4、電氣亞洲水利項目”這一大型工程的詳細(xì)勘察，按照設(shè)計要求，結(jié)合場地地質(zhì)條件，經(jīng)過公式計算，通過地質(zhì)類比法，現(xiàn)場測試，參照動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范提供了設(shè)計所需的動力參數(shù)，施工中又進(jìn)行了檢測，還進(jìn)行靜力觸探對比試驗(yàn)，并對試驗(yàn)成果進(jìn)行評價達(dá)到了設(shè)計要求。二、工程概況及地質(zhì)條件該工程位于蕭山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，主體建筑物為1棟機(jī)器制造聯(lián)合廠房，單層高24.9m。1棟二層辦公樓及其輔助建筑物；（1、液氧站2、空壓站3、廢水處理4、油化庫等）還有動力機(jī)器基礎(chǔ)，總建筑面積60400平方米。（一）重型廠房、動力機(jī)器基礎(chǔ)的特點(diǎn)及對勘察的要求1 、重型廠房一層高24.9m,框架結(jié)構(gòu)，屋頂輕鋼結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)是12X24m廠房內(nèi)設(shè)有

5、兩臺150T行車，柱下最大軸力設(shè)計值8000KN/ft。2 、動力機(jī)器基礎(chǔ)，基礎(chǔ)形式以實(shí)體（大塊）式基礎(chǔ)為主，最大基礎(chǔ)面積20X20m基礎(chǔ)砌置深度4.0m,設(shè)計單樁豎向承載力3650KN/ft,主要設(shè)備：液壓試驗(yàn)臺200400T油壓機(jī)，數(shù)挖鏈洗床，三輾卷板機(jī)，其它車、洗、鏈、立式鉆床等振動方式以垂直振動為主，也有水平回轉(zhuǎn)，大型動力設(shè)備基礎(chǔ)，擬采取隔振消振措施，對重型廠房，動力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計擬采用樁基礎(chǔ)，辦公樓、輔助廠房設(shè)計擬采用天然地基。3、設(shè)計對勘察的要求：1 、查明勘察場地的巖土分層、埋深結(jié)構(gòu)構(gòu)造、工程性質(zhì)。2 、對天然地基、樁基持力層作巖土工程條件評價，并對樁基型式及持力層提出建議。3 、

6、對巖土的物理力學(xué)性質(zhì)除按常規(guī)提供試驗(yàn)參數(shù)以外，要求提供動力特性參數(shù)。4 、動力機(jī)器基礎(chǔ)要求查明在靜力作用條件下的穩(wěn)定性，變形性質(zhì)和承載力，尚要查明地基在動力(反復(fù)荷載)作用條件下的動力穩(wěn)定性，變形性質(zhì)，承載力和地基土的各項動力參數(shù)。5 、要求提供如下動力特征參數(shù)。(a)天然地基抗壓剛度系數(shù)Cz(KN/由(b)天然地基阻尼比Ez(c)地基的動彈性模量Ed(KP(d)地基的動剪變模量Gd(KP(e)動泊松比V(f)樁基阻尼比6Pz(g)樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù)Cpp(KN/m)(h)樁尖土當(dāng)量抗壓剛度系數(shù)Cpz(i)地基土動沉陷影響系數(shù)B(二)勘察工作的布置1、根據(jù)勘察任務(wù)書和有關(guān)規(guī)范巖土工程勘察規(guī)

7、范(GB50021-2001)、浙江省標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(DB33/1001-2003);動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB5004-96)、地基動力特征測試規(guī)范(GB/T50269-97)等制訂本工程的勘察大綱。首先我們搜集了勘察場地附近的工程地質(zhì)資料，有針對性的確定了勘探孔的深度和原狀土樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、重H型動力觸探試驗(yàn)，波速試驗(yàn)的層位、數(shù)量、確定室內(nèi)土工試驗(yàn)項目，以及需提供上述動力特性參數(shù)需進(jìn)行的測試和試驗(yàn)手段。1）根據(jù)勘察場地已有的地層資料，廠房和設(shè)備基礎(chǔ)的設(shè)計總平面布置圖，按巖土工程勘察規(guī)范樁基勘察要求和動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范要求；動力機(jī)器基礎(chǔ)地基的勘察可與建筑物地基勘察一起進(jìn)行?？碧?/p>

8、點(diǎn)是沿建筑物輪廓線結(jié)合網(wǎng)格狀布設(shè)，勘探點(diǎn)、線間距24m共布設(shè)勘探點(diǎn)162個，其中機(jī)鉆孔99個，靜力觸探孔63個，控制性孔11個要求鉆進(jìn)圓礫層以下5m預(yù)計孔深70m（圓礫層厚12m。技術(shù)性孔58個，要求鉆進(jìn)圓礫層5-10m,一股性孔30個要求鉆進(jìn)圓礫層5-8m,靜力觸探孔要求達(dá)到圓礫層頂板為止，取原狀土樣700件，波速試驗(yàn)3組（單孔法）。2）勘察工作的目的在于了解擬建場地巖土的工程條件，地基土的構(gòu)成，物理力學(xué)性質(zhì)及動力性質(zhì)，特別是軟土和可能液化的飽和粉土、砂土的分布情況。場地土層自上而下為：層號巖土埋深（項巖土層名稱10.000.60耕植土2-10.602.10砂質(zhì)粉土2-22.108.90砂質(zhì)

9、粉土2-38.9015.40粉砂315.4030.80淤泥質(zhì)粘土4-130.8034.80粉質(zhì)粘土4-234.8042.20粉質(zhì)粘土夾粉砂4-342.2044.00粉砂4-444.0046.80粉質(zhì)粘土4-546.8049.70粉砂549.7055.60圓礫5夾55.6056.90粉質(zhì)粘土（粉砂）556.9059.40圓礫659.4064.00細(xì)砂76400全風(fēng)化凝灰?guī)r三、地基動力特征參數(shù)的選用地基動力特征參數(shù)，是動力機(jī)器基礎(chǔ)振動和隔振設(shè)計以及在動荷載作用下各類建筑物、構(gòu)筑物的動力反應(yīng)及地基動力穩(wěn)定性分析必需的資料。動力特征參數(shù)可由現(xiàn)場試驗(yàn)確定。當(dāng)無條件進(jìn)行試驗(yàn)并有經(jīng)驗(yàn)時可按動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)

10、范規(guī)定確定。本工程按照設(shè)計要求，結(jié)合場地地質(zhì)條件，參照動規(guī)，通過地質(zhì)類比法，現(xiàn)場波速測試和公式計算提供了設(shè)計所需的地基動力參數(shù)，滿足了設(shè)計要求。1 、天然地基抗壓剛度系數(shù)Cz:按天然地基地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值（fk）求取。2 、天然地基阻尼比Wz,動規(guī)指出由現(xiàn)場試驗(yàn)確定，但由于一般現(xiàn)場不具備測試條件且影響阻尼比的因素較多，而它僅對在共振區(qū)，振動時的振幅起著決定性作用。所以動規(guī)參照了實(shí)測資料，取阻尼比為一定值。（阻尼比為阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比）。3 、天然地基土動沉陷影響系數(shù)儲：參照動規(guī)，先劃分地基土類別，再提供Bi值。天然地基土層為粉土，fki60Kpa對照地基土類別，屬于四類土，取儲=3.0

11、。4 、樁基（預(yù)制樁）豎向阻尼比七pz,根據(jù)動規(guī)的建議，對預(yù)制樁和打入式灌注樁樁基阻尼比可按下列數(shù)值采用：己pz=0.205 、樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù)Cpp:參照動規(guī)，結(jié)合土層性質(zhì)及原位測試成果（動探、靜探、波速測試）和土工試驗(yàn)成果，綜合分析后確定。6 、樁尖土當(dāng)量抗壓剛度系數(shù)Cpz:參照動規(guī)，分別提供二層樁尖持力層的Cpz值。7 、地基土動彈性模量Ed:根據(jù)原位測試和土工試驗(yàn)成果，參照其它已建工程的Ed值，分別提出各土層的Ed值。8 、地基土動剪變模量Gd9、地基土動泊松比v具體本工程的動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)見表動力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)一覽表表1通用電氣亞洲水利項目巖土名稱樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù)樁

12、尖土當(dāng)量抗壓剛度系數(shù)天然地基抗壓剛度系數(shù)動泊松比地基土動彈性模量地基土動剪變模量天然地基阻尼比樁基阻尼比Cpt(KN/m3)Cpz(KN/m3)CZ(KN/m3)Ed(MPaGd(MPO)EzHp2-1砂質(zhì)粉土8000220000.31130300.150.202-2砂質(zhì)粉土10000260000.30147442-2夾砂質(zhì)粉土7000200000.31125282-3粉28160523淤泥質(zhì)粘土7000180000.42115304-1粉質(zhì)粘土75000.33130424-2粉質(zhì)粘土夾粉砂90000.32140464-2工粉質(zhì)粘土70000.34132434-3粉砂

13、120000.30154524-4粉質(zhì)粘土75000.35133444-4夾粉質(zhì)粘土夾粉砂85000.33140464-5粉砂110000.30145485圓礫2000010000000.47172625夾粉質(zhì)粘土（粉砂）100000.256細(xì)砂13000.27四、基礎(chǔ)設(shè)計及跟蹤服務(wù)1、參加設(shè)計施工交底會，會上設(shè)計談了重型廠房及動力設(shè)備基礎(chǔ)擬采用600的高強(qiáng)度（PHC預(yù)應(yīng)力管樁，整個廠房和動力設(shè)備基礎(chǔ)計布樁1245根,其中重型廠房762根，動力設(shè)備基礎(chǔ)及輔助廠房483根。并以5層圓礫為樁基持力層，樁長約50m根據(jù)巖土分布情況及樁長設(shè)計準(zhǔn)備采用錘擊沉樁。會上我們對設(shè)計采用錘擊沉樁方案提了幾點(diǎn)建議

14、：1 ）5層圓礫頂板東西向有一定起伏，建議分區(qū)、分段設(shè)計樁長，并在沉樁施工中以樁長和貫入度雙向控制。2 ）場地14m以淺為飽和粉土、粉砂沉樁過程中要采取防液化措施。如：合理設(shè)計打樁路線，控制沉樁速率。3 ）預(yù)應(yīng)力管樁是種擠土型樁，在沉樁施工中會產(chǎn)生擠土效應(yīng)，使周邊樁擠偏，對周圍環(huán)境和建（構(gòu)）筑物造成一定影響，建議采取防擠土措施。如：打應(yīng)力釋放孔、挖應(yīng)力釋放溝，并在施工過程中對周圍環(huán)境和建（構(gòu)）筑物嚴(yán)密進(jìn)行變形監(jiān)測。4 、參加沉樁施工中出現(xiàn)的一些問題的討論會，對基坑開挖參加基坑驗(yàn)槽。5 、沉樁施工結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)群樁基礎(chǔ)，有部分樁樁長未達(dá)設(shè)計要求也就是樁端未達(dá)5層圓礫。據(jù)了解這些樁是群樁基礎(chǔ)最后施工的1-2支樁（最大動力設(shè)備基礎(chǔ)最多布樁56根）。這些樁雖然樁長未達(dá)設(shè)計要求，但貫入度均已滿足設(shè)計要求，80錘最后三陣擊，每陣擊（10擊）不超過3-5cm,實(shí)際每陣擊是小地3cmi最后在這些樁中抽查6根樁，做靜載荷試驗(yàn)單樁豎向極限承載力5200KN滿足設(shè)計要求，樁的沉降變形也滿足設(shè)計要求。據(jù)我們分析認(rèn)為是預(yù)應(yīng)力管樁在沉樁過程中產(chǎn)生擠土效應(yīng)，使周邊的土產(chǎn)生擠密，聯(lián)系勘察場地的地基土分布情況，上部14m以淺為粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土夾粉砂擠土后，擠密效果比較明顯，為了證實(shí)這一點(diǎn)，我們建議在這6支試樁邊上再進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)，以與施工圖勘