一种用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法

摘要

本发明涉及一种用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法，包括：S101、根据振动台动力参数资料确定振动台基础振动控制指标及所需基础参振质量；S102、根据振动台功能需求及建筑布局初步确定振动台基础混凝土基座设计方案，包括振动台基础埋深、基础底板面积及厚度；S103、根据场地工程地质情况及混凝土基座平面布置初步确定桩基选型，包括扩大头桩桩直径、桩长及桩间距；S104、计算振动台基础主要动力特性参数并进行动力分析计算，包括地基刚度、基组阻尼系数、参振质量；S105、调整桩基扩大头直径与桩直径的比值，并进行动力分析计算，直至振动台基础的动力响应满足控制指标要求。

说明书

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，特别是中软土场地大型地震工程模拟振动台基础设计。

背景技术

大型地震模拟振动台在工作时激振力很大，相当于一个大的振动源，振动台基础设计，主要是控制基础振动及传播，控制的主要途径一般是增大基础重量、设置隔振沟等。如何通过合理设计桩体及桩布置，保证桩与桩间土能够与基础底板共同参振，控制基础不均匀沉降及后期振陷的同时，进一步增加振动台基础的参振质量及阻尼，尤其对于大型振动台基础振动控制意义重大。

实际工程中，对于中软土场地土的大型振动台基础，一般天然地基础不能满足地基承载力或动力控制需要，大多采用桩基础。但是动力基础的桩基础，需要考虑振动台基础的振动带动桩的振动，桩振动带动桩周土体振动，一方面，桩周土体对桩身的摩擦作用提供桩基刚度，另一方面，桩带动土体振动将一部分振动能量传至土中形成阻尼。动力基础的桩基，不同于静力承载为主的桩基础，桩基的选型及布置，对桩基动刚度及地基阻尼，均有较大的影响，而目前对这方面的研究内容比较少。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法。桩基端部增加扩大头，能够增强桩基振动过程桩与土的共同作用，同时通过优化桩直径、桩长及桩间距的布置，能够更好的控制桩基振动的输出。本发明的方法操作简单，易于实施，不仅能保证振动台基础动力响应减少到容许范围，还能降低工程造价，具有较高的工程价值。

根据本发明的一方面，提供一种用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法，包括：

S101、根据大型振动台动力参数资料，确定振动台基础振动控制指标及所需基础参振质量；

S102、根据振动台功能需求及建筑布局初步确定振动台基础混凝土基座设计方案，包括振动台基础埋深、基础底板面积及厚度；

S103、根据场地工程地质情况及混凝土基座平面布置，确定扩大头桩布置方案，包括桩直径、扩大头直径、桩长以及桩间距，其中：所述扩大头桩的扩大头直径与桩直径的比值为1.5～2.0，所述扩大头桩的长径比不大于20；

S104、基于步骤S102和103，计算振动台基础动力特性参数并进行动力分析计算，所述特性参数包括地基刚度、基组阻尼系数以及参振质量，然后判断动力分析计算结果是否符合步骤S101中的控制指标，如果不符合则进行步骤S105；以及

S105、调整桩基扩大头直径及桩间距，并进行动力分析计算，直至振动台基础的动力响应符合S101中的控制指标要求。

优选地，所述控制指标包括最大振动加速度、最大振动速度以及最大振动线位移。

优选地，所述振动台基础底部为中软土场地。

优选地，所述扩大头桩的桩间距取扩底直径的1.5～2.0倍。

优选地，所述基础底板厚度不小于1000mm；

优选地，扩大头的倾斜不大于1/3；

优选地，所述用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法还包括进行等效静力校核。

优选地，所述大型振动台的台面尺寸大于6m×6m。

优选地，所述扩大头桩的设计需满足扩大头直径范围内的土体有效参与振动的要求。

本发明有益效果：

本设计方法操作简单，易于实施，不仅能保证振动台基础动力响应减少到容许范围，还能降低工程造价，具有较高的工程价值。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施方案的用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法流程图；以及

附图2为根据本发明实施方案的用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法所应用的大型振动台扩大头桩基础示意图。

图中，1-基础底板，2-扩大头桩，3-扩大头

具体实施方式

为清楚地说明本发明中的方法，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开的应用或用途。

应该理解的是，本发明所涉及的动力特性参数、动力分析、等效静力校核等本身是已知的，因此本发明重点阐述如何利用这些已知技术的组合来设计用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础的过程。

参见附图1和2，实施方案的用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计方法，具体包括：

S101、以某大型振动台基础设计为例，振动台试验质量和平台质量之和约1000吨，根据振动台动力参数资料确定振动台基础振动控制指标为最大振动加速度0.1g、最大振动速度10mm/s、最大振动线位移0.1mm，基础参振质量初步取振动台试验质量和平台质量之和的40倍约40000吨；

S102、根据地勘报告中本场地以黏性土、粉土、粉砂为主，总体分布较均匀、稳定，其中埋深12m以上属中～偏高压缩性，12m以下中～低压缩性。依据建筑布局初步确定振动台基础混凝土基座(1)设计方案，振动台基础埋深取9.0m，基础底板面积取10000m

S103、根据场地工程地质情况及混凝土基座平面布置初步确定扩大头桩布置方案：桩直径取800mm，扩大头直径取1600mm(2.0倍桩直径)，桩长取15m(18.75倍桩直径)，桩距取3.2m(2倍大头直径)；

S104、基于S102、S103计算振动台基础的主要动力特性参数，包括地基刚度、基组阻尼系数、基组参振质量，确定后再进行动力分析计算，得到振动台基础的加速度及位移响应等；

S105、初步计算振动台基础加速度响应或位移响应不满足控制指标要求，调整扩大头桩的扩大头直径增加至2000mmm(2倍桩直径)，桩间距修改为3000mm(扩大头直径1.5倍)，并重新进行动力分析计算，振动台基础的动力响应满足控制指标要求；

S106、进行等效静力校核，满足设计要求。

本发明实施方案还提供了用于大型振动台振动控制的扩大头桩基础设计系统，该系统可以包括一个或多个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可由所述一个或多个处理器执行的指令，所述指令使得所述系统执行根据本发明所述的方法。

以上对本发明实施例所提供的技术方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，

以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本发明的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。