地基基础设计思考与实践（十六）-动力荷载下的地基基础

地基基础设计思考与实践（十六） —动力荷载作用下的地基与基础

地基基础设计思考与实践（十六）

—动力荷载作用下的地基与基础

动力荷载可以分成两类，即地震作用和其它动力荷载比如工业设备振动等，本期先说其它动力荷载。

一

对于静力荷载，我们都知道地基应该满足强度和变形方面的要求，即

如果除了静力荷载还有振动的作用，则必须考虑振动作用的影响。早期的做法是将动力荷载乘以放大系数（很多的要求不严格的动力地基基础还是这样进行估算），但这种做法与实际相差甚远。地基在振动的作用下，土的强度和变形性能会有很大的改变，换句话说，振动作用不但改变了外荷载，还改变了地基土的承载和变形性质即上述公式右边的和。这种改变主要为振动压密、振动蠕变、地震液化和震陷。后两种现象是地震作用下的地基性状，下期再谈。

二

振动压密主要发生在不密实的砂土、碎石中，振动会使地基土趋于密实。这个原理很容易理解。虽然振动加密会提高地基土的强度，振动加密会随着时间的增加沉降趋于稳定，但是会增加基础的沉降。如果建筑某个柱子附近存在动力设备荷载，该柱基础沉降将增加，且距离动力荷载的水平距离越近沉降越大，造成建筑的不均匀沉降。所以振动加密对建筑和基础的影响主要是附加沉降和不均匀沉降。

解决振动压密方法可分为两种，一是加固地基，比如采用复合地基、注浆等。二是减少振动源的加速度及振幅。我们总不能改变设备参数，所以有效的方法就是隔震措施。这类似于建筑结构的隔震原理，只不过一个是隔上部设备对地基土的振动，一个是隔地基振动（地震）对上部结构的影响。

对土的密实性的判别，可按《地基基础规范》中的砂土、碎石土的重型动力触探的锤击数的多少确定。对于松散和稍密的砂土和碎石土的地基基础上部或周边有动力荷载时，应考虑其振动压密造成的沉降及不均匀沉降的影响。

应该注意的是，减少基底的静荷载的压力，并不能有效减少振动压密的沉降。可以想象，即使没用上部的静荷载，振动荷载仍会出现松散砂土或碎石土的压密现象。

二

对于密实的砂土或粘性土会发生振动蠕变，这种蠕变类似地基土的剪胀特性。

如上图所示，振动蠕变其实是地基土发生了剪切变形，破坏了密实土之间的原有的抵抗剪切变形的能力。它不但出现在密实的砂土碎石土中，也会出现于粘性土中。

该系列前期文中曾讲过地基承载力本质是滑切面失稳，减少了抗剪能力的地基土的承载能力必然降低，表现出来就是造成地基土沉降且不会稳定，且难于估算。

地基土的振动蠕变往往是在长期的振动不大的情况下发生的，所以初期不易发现。

地基基础在静荷载的作用下沉降稳定后，如果受到长期振动，由于土的剪切变形引起了附加沉降，可以分为三种情况：一是沉降逐渐减小趋于稳定，这种情况和振动压密的情况比较类似，两者很难区分；二是沉降几乎等速发展；三是沉降速度逐渐加大最终导致地基破坏或变形超过上面结构的要求。第一种情况要看附加沉降是否符合地基变形的要求，第二、三种情况是不允许的。

振动蠕变和振动的大小有密切关系，振动愈大，沉降愈大。

基底底面的静压力是产生振动蠕变的必要条件。静压力愈大，同样的振动，沉陷越大，这和振动压密是不同的。所以减少静压力是降低振动蠕变的有效方法。

防止产生振动蠕变可以采取一下措施：

（1）选用适当的方法加固地基。

（2）采用隔震措施减少振动。

（3）降低基底的静压力。

对某种土质来说，当静压力小于地基承载力标准值到某种程度时，即使存在振动荷载也不会发生振动蠕变了，但不同的土质降低静压力的程度要求不同，读者可查阅有关的资料。

三

现对动力基础设计原理简单介绍一下，本文仅介绍其原理和概念，有兴趣的读者可查阅相关资料。

动力设备的地基基础要能满足下面的公式：