不均匀地基情况下大型设备基础沉降分析

不均匀地基情况下大型设备基础沉降分析

杜喜增

杜喜增

天津中怡建筑规划设计有限公司天津300193

摘要：在工业厂房设计中，由于工业厂房特殊的功能要求，很多重型工业厂房内要布置大型设备，如何保证大型设备正常运行，基础设计时不仅要考虑到重型设备自身振动问题，还要考虑重型设备使用期间基础的沉降变形，当浅基础无法满足变形要求时，就要进行地基处理或桩基设计。下面我们将依据已有工程项目对大型设备基础沉降问题作详细分析。

关键词：大型设备基础；桩基设计；沉降分析

0前言

随着我国工业迅速发展，大型工业设备不断出现在人们的视野中，它不仅代表了一个国家的工业发展水平，而且极大的提高了生产力水平。如何保证大型设备正常运行，不仅要满足恒荷载、活荷载和动荷载能传递到基础，基础应该具备一定的刚度，其配筋要满足整体变形和局部变形的要求，而且还包括地基沉降变形分析。一般情况下地基承载力都满足设备基础荷载要求，但是，重型设备要满足一定的变形要求，因此重型设备基础如何控制地基变形至关重要。曾宪平等人通过对大型精密机床设备基础设计，提出了利用钻孔灌注桩控制基础沉降取得了良好效果[1]；严霁提出了针对不同土质情况下振动设备基础的构造措施和施工要求[2]；马晓光等人对设备基础沉降事故分析，由于回填土质量不符合设计要求，采用深层搅拌桩进行地基加固，形成复合地基，从而满足设备荷载对地基承载力的要求[3]。

1工程概况

本工程为北京龙威发电技术有限公司保定分公司厂房内设备基础改造项目，位于河北省保定市，岩土工程勘察报告由保定华北工程勘测设计研究院提供，场地位于保定市北二环路以北，风能街88号院一厂房内，区域地貌单元属华北冲积平原。

1.1工程地质

场地表层为素填土（Qml），其下为第四系全新统、晚更新统冲积成因（Q4al）的粉土、粉质粘土、砂土。勘察期间，场地钻孔深度20m，在钻探控制深度范围未见地下水，地下水埋藏深，地下水对地基与基础工程无不良影响。地层参数如下：

①层素填土，粉土为主，含水量平均值16.2%，孔隙比平均值0.621，干重力实度平均值16.7kN/m3，压缩系数平均值0.26MPa-1，压缩模量平均值9.52MPa，呈中密，中压缩性。

②层粉土，含水量平均值16.4%，孔隙比平均值0.642，压缩系数平均值0.19MPa-1，呈中密~密实，中压缩性。

③层粉质粘土，孔隙比平均值0.718，液性指数平均值0.11，压缩系数平均值0.27MPa-1，呈可塑~硬塑，中压缩性。

④层粉土，含水量平均值18.2%，孔隙比平均值0.651，压缩系数平均值0.2MPa-1，呈密实，中压缩性。

④-1层粉质粘土，孔隙比平均值0.648，液性指数平均值0.12，压缩系数平均值0.24MPa-1，呈可塑~硬塑，中压缩性。

⑤层细砂，标准贯入试验实测锤击数平均值28击，呈中密状态，低压缩性。

⑥层粉土，含水量平均值18.4%，孔隙比平均值0.596，压缩系数平均值0.2MPa-1，呈密实，中压缩性。

⑦层粉质粘土，孔隙比平均值0.716，液性指数平均值0.22，压缩系数平均值0.2MPa-1，呈可塑~硬塑，中压缩性。

本场地素填土分布厚度1.5~8.7m，中南部分布厚度大，北侧分布厚度最小，填土至今堆填约7年，填土层底面坡度15%~25%，大于10%，综合评价为不均匀地基。

1.2地基基础方案

首层为素填土，经机械碾压，呈中密状态。分析土的试验参数，土的含水量变化较大，土压缩模量变化较大，轻型动力触探试验N10局部变化较大，综合考虑设计要求地基变形量，本场地不宜选用天然地基及夯实水泥土桩复合地基。

考虑到厂房已建成，机械钻孔成桩施工条件不理想，建议采用人工挖孔灌注桩桩基础，根据场地地层分布条件与基底荷载条件，可选择④层粉土、或⑤层细砂、⑥层粉质粘土作桩端持力层。桩基础设计时可按《建筑桩基技术规范》第5.4.2~5.4.4条要求计算；桩基施工安全应满足《建筑桩基技术规范》第6.6节相关要求；单桩承载力可通过载荷试验确定；桩基沉降计算可根据土层固结试验曲线图表，按实际应力段计算压缩模量并计算桩基沉降量。由岩土工程勘察报告提供的地层参数见下表：

3沉降结果对比分析

方案一：对此设备基础沉降进行分析，桩距大于6倍桩径，简化为减沉复合疏桩计算，沉降计算值为5.7mm，满足工艺设备沉降要求，采用干作业钻孔灌注桩能有效控制沉降变形。

方案二：利用夯实水泥土桩复合地基处理方法进行沉降分析，由于复合土层的压缩模量Esp计算可知，利用分层总和法求的沉降值为25mm，不满足工艺对设备沉降变形的要求。

4结论

由于本项目地基评价为不均匀，填土主要为工业废渣，填土时间未满十年，以前厂房出现过严重沉降问题，分析主要原因为填土未完全固结并遇水沉陷。因此，虽然方案一采用干作业钻孔灌注桩相比较造价高，但是能有效的控制基础沉降变形，满足甲方提出的沉降变形的要求，方案一更加合理。

参考文献

[1]曾宪平.大型精密机床设备基础设计[J].一重技术，1999，（1）：58-59.

[2]严霁.振动设备基础的分析与讨论[J].山西建筑，2008，（29）：133-134.

[3]马晓光，王敬勋，等.填土地基设备基础沉降原因分析及处理措施[J].中国科技信息.2007.