大型设备混凝土设备基础沉降控制分析

摘要：工业厂区中的大型设备混凝土基础,在投产初期的试运转中,常常会出现不同程度的均匀沉降、甚至不均匀沉降。设备沉降的出现,将影响设备的正常运转，损坏与设备相连的管道、法兰等。笔者根据多年的设计经验，分析大型设备混凝土基础沉降控制。

关键词：设备基础；沉降；控制

中图分类号：TF351.5文献标识码： A

引言

设备基础设计的全面和安全是设备正常运行的重要保证之一，其主要作用是将设备固定在设备基础上，使设备的恒荷载、活荷载和动荷载传给地基，进而均匀传给地基土或桩基础，满足设备正常运转的各项要求。当设备出现均匀沉降过大或者不均匀沉降时，将会严重影响设备的正常运转，并损坏与设备相连的管道、法兰等。1、设备基础设计的基本要求与一般步骤

1.1设备基础设计的基本要求

建筑地基基础设计规范中规定，基础的设计需满足承载能力、变形及稳定性的要求，这就要求在设计过程中，首先基础应具有足够的刚度，能够避免在荷载作用下产生过大的倾斜和变形。其次，应保证基础在荷载作用下有足够的强度，避免产生破坏和混凝土开裂等现象。再次，需保证基础在扰力作用下不产生过大的振动，对于本身振动比较大的设备，在其基础设计时需进行详细的计算和采用有效的减振措施，以免影响设备的正常运行及邻近设备的正常使用。最后，设备基础设计除满足上述要求外，还要有良好的经济性，在保证安全生产的前提下，兼顾经济，经过多种方案的计算和比较，采用最为合理和经济的基础形式。

1.2设备基础设计的一般步骤

在设计前应明确设计任务，并收集由机器制造厂提供的设备资料，如各个设备的相互位置及传动方式、设备的总重及设备运行和停止时产生的动荷载等，再结合本项目的地质勘察报告、本地区的抗震设防裂度以及与相邻基础的位置关系，确定设备基础采用的基础形式（包括桩基础、大块式基础、墙式基础及箱式基础等），根据规范要求，通过对基础进行地基承载力计算、不均匀沉降计算、动力基础计算及抗震验算等方式，最终确定设备基础的外形尺寸、埋置深度及配筋大小。

2、设备基础设计的防振分析

2.1设备基础设计防振问题不容忽视

布设的许多大型设备都具有较大的振动荷载，若不能正确深刻地认识这些动荷载，对工厂的正常生产运行带来的危害无疑是巨大的。对于支承设备的上部结构假如在荷载的作用下产生强烈振动，就会导致钢筋混凝土开裂，甚至产生过大的变形，严重的会使结构构件因疲劳而被破坏，从而影响正常的生产，危害结构安全。对于地基基础，强烈的振动会使基础周围的土壤遭到破坏，从而引起严重危害基础的不均匀沉降，导致设备被拉坏不能正常使用，严重者还会导致相邻结构的基础受到影响。因此，在设备基础设计过程中，结构的防振减振问题不容忽视。

2.2设备基础设计中结构减振防振的一般方法

对于上部结构，在项目初步设计阶段要与工艺专业的设计人员积极沟通，合理布置振动较大的设备在结构平面上的摆放位置，协调布置支承设备的梁柱位置，从而使振动传给支承结构的影响减小。例如上下往复振动的设备宜布置在靠近柱子的梁板处，从而减小楼面的振幅达到减振的目的，前后往复振动的设备宜将支承设备的梁的纵轴布置在沿运动的方向，从而减小梁的振幅达到减振目的。对于地基基础，在有大型设备产生振动荷载的情况下，可以适当提高地基和基础的刚度，从而减小振动的振幅，减小对结构的危害。

其次，也可以利用减振装置的安放来减小振动。常用的减振装置有：钢弹簧、橡胶、弹簧橡皮组合减振器、软木、泡沫塑料以及毛毡等。

3、设备基础设计的桩基设计

3.1减沉型复合桩基

减沉型复合桩基是指设计时考虑桩—承台—同作用承受上部结构荷载，以控制基础沉降为目的的复合桩基。当天然地基的沉降不能满足要求时，增设部分桩，就可以将基础的沉降量控制在许可的范围之内。

（1）选择桩型及桩长

在减沉型复合桩基中，桩必须是摩擦桩，或是端承力较小的端承摩擦桩。桩长不宜过大，因为当桩长大于24d时，承台分担荷载的比例随桩长的增加反而减少了。我们主要考虑了以下两个方面的问题：一是因场地条件所限，好土层埋藏过深，桩端进入压缩性较小的“好土层”，势必增加桩长，这就又走了普通桩基的老路了；二是通过减少桩的长径比，来减少桩本身的压缩变形，达到减少基础沉降的目的。

（2）确定承台宽度

对减沉型复合桩基，我们考虑承台下土体已能满足承载力要求，桩仅起减沉作用。

如要减小作用于软弱下卧层表面的附加应力，可以采取加大基底面积（使扩散面积加大）或减小基础埋深的措施。前一措施可能使基础的沉降量增加，因为附加应力的影响深度会随着基底的面积的增加而加大，从而可能使软弱下卧层的沉降量明显增加。反之，减小基础埋深可以使基底到软弱下卧层的距离增加，使附加应力在软弱下卧层中的影响减小，因而基础沉降随之减小。因此，当存在软弱下卧层时，基础宜浅埋，这样不仅使“硬壳层”充分发挥应力扩散作用，同时减小了基础沉降。

（3）布桩并确定桩数

要充分发挥桩、土的承载力，使两者相互作用形成复合桩基，控制桩间距s是十分重要的。如果桩的距离过小（s

（4）沉降计算

在满足承载力要求的情况下，减沉型复合桩基能否安全工作的关键是能否将基础的沉降控制在允许的范围之内。沉降计算的理论，近几年在国内发展很快。现在采用较多的，基本分为两类：一是采用的等代墩基法计算。其原理是将桩和桩间土当成实体，按Boussinesq课题计算桩端以下土体的附加应力，再按分层总和法计算沉降，最后将结果乘以修正系数得到桩基的沉降。二是按Mindlin公式求出每桩土中引起的应力，与基底附加应力引起土中应力迭加后，再以分层总和法求沉降。计算时可用计算机求精确解，也可采用影响圆法、沉降漏斗法等近似方法。对于减沉型复合桩基，一般采用第二种方法。4、做好沉降观测与数据记录工作

在设备运行过程中，基础沉降和不均匀沉降对设备和生产的危害巨大。规范中规定，对于重要的或对沉降有严格要求的机器，应在基础上设置永久的沉降观测点，并在设计图纸中注明要求，在基础施工、机器安装及运行过程中应定期观测，做好记录。为尽量避免地基不均匀沉降对设备产生的危害，基组的总重心与基础底面型心宜位于同一竖线上，当不在同一竖线上时，两者之间的偏心距和平行方向基地边长的比值有如下限值：对于金属切削机床基础以外的一般机器基础，当地基承载力标准值小于150KPa时，此限制不能大于5%。故基础满足地基承载力要求之后，需验算基础的形心与重心的偏心距是否满足要求。

结束语

工业厂区内一般都有大量设备，这些设备能否正常运行关乎整个企业的生产作业，所以设备基础在设计过程中应予充分重视。设备基础的设计承载力、变形、稳定性及动力计算，对于承受动荷载作用的结构做好防振设计。设计人员应掌握设备基础设计的基本步骤和基本要求，按照规范要求，结合实际的地质情况，制定经济、合理、安全的设备基础设计方案，保证工厂的正常运行和财产安全。

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