动力机器基础设计

动力机器基础设计

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≤γ

f

f

式中：P——基础底面地基的平均静压力设计值（KPa）

——地基承载力的动力折减系数；

γ

f

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：①天然地基抗压刚度系数；②地基土动弹性模量；③地基土动剪变模量；④动泊松比；⑤天然地基地基土动沉陷影响系数⑥桩周土当量抗剪刚度系数；⑦桩尖土当量抗压刚度系数；⑧天然地基竖向阻尼比；⑨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，柱网是12×24m，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20×20m，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200～400T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/m3）

（b）天然地基阻尼比ξz

（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ζpz

（g）桩周土当量抗剪刚度系数Cpτ（KN/m3）

（h）桩尖土当量抗压刚度系数Cpz

（i）地基土动沉陷影响系数β

（二）勘察工作的布置

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［Ⅱ］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：

层号岩土埋深（m）岩土层名称

1 0.00～0.60 耕植土

2-1 0.60～2.10 砂质粉土