1、地基動(dòng)力特征參數(shù)的選用浙江國(guó)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(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與其它結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有著明顯不同，其主要區(qū)別在于動(dòng) 力機(jī)器基礎(chǔ)上部作用有由機(jī)器傳來的動(dòng)力。由于這種動(dòng)力引起基礎(chǔ)本身的振動(dòng)， 甚至影響到周圍建筑物的振動(dòng)。國(guó)標(biāo)動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（CTB50040-96 （以下簡(jiǎn)稱動(dòng)規(guī)）確定的機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求是使基礎(chǔ)由于動(dòng)荷載而引起的振 動(dòng)幅值，不能超過某一限值。這個(gè)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(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)波， 通過土體的傳播，對(duì)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(huì)產(chǎn)生動(dòng)力荷載，按其動(dòng)力作用

2、的時(shí)間形式不同， 大致可以分為三類：一類是旋轉(zhuǎn)式機(jī)器的動(dòng)荷載；一類是往復(fù)式機(jī)器的動(dòng)荷載； 一類是瞬態(tài)脈沖動(dòng)荷載（沖擊荷載）。動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一般原則，除了要保證相鄰基礎(chǔ)不受其動(dòng)力作用而產(chǎn)生 過大的沉降（或不均勻沉降）外，還要求動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)本身能滿足下式要求：Pw 丫 ff式中：p基礎(chǔ)底面地基的平均靜壓力設(shè)計(jì)值（KPa丫 f地基承載力的動(dòng)力折減系數(shù)；f地基承載力設(shè)計(jì)值（KPa動(dòng)力基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)取得下列資料：1 、機(jī)器的型號(hào)、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

3、力和擾力矩及其方向;5 、基礎(chǔ)的位置及其鄰近建筑物的基礎(chǔ)圖；6 、建筑場(chǎng)地的地質(zhì)勘察資料及地基動(dòng)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(dòng)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(dòng)力特征參數(shù)，這些參數(shù)主要包括以下9項(xiàng)：天然地基抗壓剛度系數(shù)；地基土動(dòng)彈性模量； 地基土動(dòng)剪變模量；動(dòng)泊松比；天然地基地基土動(dòng)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(dòng)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

4、。 本文通過位于蕭山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的“通用電氣亞洲水利項(xiàng)目”這一大型工程 的詳細(xì)勘察，按照設(shè)計(jì)要求，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件，經(jīng)過公式計(jì)算，通過地質(zhì)類比 法，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，參照動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范提供了設(shè)計(jì)所需的動(dòng)力參數(shù)，施 工中又進(jìn)行了檢測(cè)，還進(jìn)行靜力觸探對(duì)比試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)達(dá)到了設(shè) 計(jì)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?rùn)C(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(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)，總建筑面積 60400平方米。（一）重型廠房、動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)的特點(diǎn)及對(duì)勘察的要求1 、重型廠房一層高24.9

5、m，框架結(jié)構(gòu)，屋頂輕鋼結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)是12X24m廠 房?jī)?nèi)設(shè)有兩臺(tái)150T行車，柱下最大軸力設(shè)計(jì)值8000KN柱。2 、動(dòng)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 20X 20m基礎(chǔ)砌置深度4.0m,設(shè)計(jì)單樁豎向承載力3650KN/柱，主要設(shè)備：液 壓試驗(yàn)臺(tái)200400T油壓機(jī)，數(shù)挖鏜洗床，三輥卷板機(jī)，其它車、洗、鏜、立式 鉆床等振動(dòng)方式以垂直振動(dòng)為主， 也有水平回轉(zhuǎn)，大型動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)，擬采取隔 振消振措施，對(duì)重型廠房，動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)擬采用樁基礎(chǔ)，辦公樓、輔助廠房設(shè)計(jì)擬采用天然地基。3 、設(shè)計(jì)對(duì)勘察的要求：1 、查明勘察場(chǎng)地的巖土分層、埋深結(jié)構(gòu)構(gòu)造、工程性質(zhì)。2 、對(duì)天然地基、

6、樁基持力層作巖土工程條件評(píng)價(jià)，并對(duì)樁基型式及持力層 提出建議。3 、對(duì)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(dòng)力特性 參數(shù)。4 、動(dòng)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(dòng)力(反復(fù)荷載)作用條件下的動(dòng)力穩(wěn)定性，變形性質(zhì)，承載力 和地基土的各項(xiàng)動(dòng)力參數(shù)。5 、要求提供如下動(dòng)力特征參數(shù)。(a) 天然地基抗壓剛度系數(shù) Cz( KN/m3)(b) 天然地基阻尼比E z(c) 地基的動(dòng)彈性模量Ed ( KPa(d) 地基的動(dòng)剪變模量Gd( KPa(e) 動(dòng)泊松比V(f) 樁基阻尼比S pz(g) 樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù) Cpr (KN/帛)(h) 樁

7、尖土當(dāng)量抗壓剛度系數(shù) Cpz(i )地基土動(dòng)沉陷影響系數(shù) B(二)勘察工作的布置、根據(jù)勘察任務(wù)書和有關(guān)規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001、 浙江省標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 (DB33/1001-2003);動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè) 計(jì)規(guī)范(GB5004-96、地基動(dòng)力特征測(cè)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(chǎng)地附近的工程地質(zhì)資料， 有針對(duì)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U型動(dòng)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(xiàng)目，以及需提供上述動(dòng)力特性參數(shù)需進(jìn)行的測(cè)試和試 驗(yàn)手段。1 ）根據(jù)勘察場(chǎng)地已有的地層資料，廠房和設(shè)備基

8、礎(chǔ)的設(shè)計(jì)總平面布置圖，按巖土工程勘察規(guī)范樁基勘察要求和動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范要求；動(dòng)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。勘探點(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(gè)，其中機(jī)鉆孔99個(gè)，靜力觸 探孔63個(gè)，控制性孔11個(gè)要求鉆進(jìn)圓礫層以下5m預(yù)計(jì)孔深70m （圓礫層厚 12m）。技術(shù)性孔58個(gè)，要求鉆進(jìn)圓礫層5-10m, 般性孔30個(gè)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(chǎng)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(dòng)力性質(zhì)，特別是軟土和可能液化的飽和粉

9、土、 砂土的分布情況。場(chǎng)地 土層自上而下為：層號(hào)巖土埋深（m巖土層名稱10.00 0.60耕植土2-10.60 2.10砂質(zhì)粉土2-22.10 8.90砂質(zhì)粉土2-38.90 15.40粉砂315.40 30.80淤泥質(zhì)粘土4-130.80 34.80粉質(zhì)粘土4-234.80 42.20粉質(zhì)粘土夾粉砂4-342.20 44.00粉砂4-444.00 46.80粉質(zhì)粘土4-546.80 49.70粉砂549.70 55.60圓礫5夾55.60 56.90粉質(zhì)粘土 （粉砂）556.90 59.40圓礫659.40 64.00細(xì)砂6400全風(fēng)化凝灰?guī)r三、地基動(dòng)力特征參數(shù)的選用地基動(dòng)力特征參數(shù)，是動(dòng)力

10、機(jī)器基礎(chǔ)振動(dòng)和隔振設(shè)計(jì)以及在動(dòng)荷載作用下各類建 筑物、構(gòu)筑物的動(dòng)力反應(yīng)及地基動(dòng)力穩(wěn)定性分析必需的資料。動(dòng)力特征參數(shù)可由 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。當(dāng)無條件進(jìn)行試驗(yàn)并有經(jīng)驗(yàn)時(shí)可按動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī) 定確定。本工程按照設(shè)計(jì)要求，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)條件，參照動(dòng)規(guī)，通過地質(zhì)類 比法，現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試和公式計(jì)算提供了設(shè)計(jì)所需的地基動(dòng)力參數(shù)，滿足了設(shè)計(jì)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E z,動(dòng)規(guī)指出由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，但由于一般現(xiàn)場(chǎng)不具備測(cè)試條件且影響阻尼比的因素較多， 而它僅對(duì)在共振區(qū)，振動(dòng)時(shí)的振幅起 著決定性作用。所以動(dòng)規(guī)參照了實(shí)測(cè)資料，取阻尼比為一定值。

11、 （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(dòng)沉陷影響系數(shù) B i ：參照動(dòng)規(guī)，先劃分地基土類別，再 提供B 1值。天然地基土層為粉土，fkV 160Kpa對(duì)照地基土類別，屬于四類土， 取 B 1=3.0。4 、樁基（預(yù)制樁）豎向阻尼比E pz,根據(jù)動(dòng)規(guī)的建議，對(duì)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：E pz=0.205 、樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù) Cpr :參照動(dòng)規(guī)，結(jié)合土層性質(zhì)及原位測(cè) 試成果（動(dòng)探、靜探、波速測(cè)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(dòng)規(guī)，分別提供二層樁尖持力 層的Cpz值。7 、地基土動(dòng)彈性模量Ed:根據(jù)原位

12、測(cè)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(dòng)剪變模量Gd9 、地基土動(dòng)泊松比v具體本工程的動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)見表動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表表1通用電氣亞洲水利項(xiàng)目層號(hào)巖土名稱樁周土當(dāng)量抗剪剛度系數(shù)樁尖土當(dāng)量抗壓剛度系數(shù)天然地基抗壓剛度系數(shù)動(dòng)泊松比地基土動(dòng)彈性模量地基土動(dòng)剪變模量天然地基阻尼比樁基阻尼比Cpt (KN/m3)Cpz(KN/m 3)CZ(KN/m3)VEd(MPag( MPaE zE p2-1砂質(zhì)粉土8000220000.31130302-2砂質(zhì)粉土10000260000.30147442-2夾砂質(zhì)粉土7000200000.3112528

13、2-3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夾粉質(zhì)粘土70000.34132430.150.204-3粉砂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(jì)及跟蹤服務(wù)1 、參加設(shè)計(jì)施工交底會(huì)，會(huì)上設(shè)計(jì)談了重型廠房及動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)擬

14、采用600的高強(qiáng)度（PHC預(yù)應(yīng)力管樁，整個(gè)廠房和動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)計(jì)布樁 1245根, 其中重型廠房762根，動(dòng)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(zhǎng)約50m根據(jù)巖土分布情況及樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備采用錘擊沉樁。會(huì)上我們 對(duì)設(shè)計(jì)采用錘擊沉樁方案提了幾點(diǎn)建議：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(jì)樁長(zhǎng)，并在沉樁 施工中以樁長(zhǎng)和貫入度雙向控制。2 ）場(chǎng)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(jì)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(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng)，使周邊樁擠 偏，對(duì)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

15、：打應(yīng) 力釋放孔、挖應(yīng)力釋放溝，并在施工過程中對(duì)周圍環(huán)境和建（構(gòu)）筑物嚴(yán)密進(jìn)行 變形監(jiān)測(cè)。2 、參加沉樁施工中出現(xiàn)的一些問題的討論會(huì)，對(duì)基坑開挖參加基坑驗(yàn)槽。3 、沉樁施工結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)群樁基礎(chǔ)，有部分樁樁長(zhǎng)未達(dá)設(shè)計(jì)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(dòng)力設(shè)備 基礎(chǔ)最多布樁56根）。這些樁雖然樁長(zhǎng)未達(dá)設(shè)計(jì)要求，但貫入度均已滿足設(shè)計(jì) 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3cm。 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(jì)要求，樁的沉降變形也滿足設(shè)計(jì)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(chǎng)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