适用于深厚软基的大型超重力离心机基础及其实施方法与流程

1.本发明涉及一种适用于深厚软基的大型超重力离心机基础及其实施方法。适用于工程技术领域。


背景技术：

2.大型超重力离心机是研究复杂科学问题的重要实验装置，如大型岩土体滑坡等灾变分析、大型深地工程和深海工程的模拟、300米级高坝的溃坝风险分析、核素地下万年历时迁移以及百公里级地质构造演变等问题的研究都需要开展相应的离心机试验进行分析。随着工程规模和研究的深入，科研工作对容量在1000g
·
t以上的大型超重力离心机的需求越来越大。
3.大型超重力离心机基础是离心机主机和驱动电机的支承结构，与主机的运行安全息息相关。离心机运行时，由于试件质心变化、安装质量误差、开停机工况变化等因素会产生比较显著的不平衡荷载，导致基础产生振动，影响主机运行；对于深厚软基中的离心机基础，地基刚度较弱，振动问题更加突出。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种适用于深厚软基的大型超重力离心机基础及其实施方法。
5.本发明所采用的技术方案是：一种适用于深厚软基的大型超重力离心机基础，用于安装大型超重力离心机主机，其特征在于：所述离心机基础与大型超重力离心机主机运行期间产生的不平衡荷载主频的错频在30％以上；
6.所述离心机基础具有机墩，机墩内部上、下两层的中央位置分别布置所述大型超重力离心机主机和驱动该大型超重力离心机主机的驱动电机，所述机墩的振动位移响应控制在0.05mm以内。
7.所述离心机基础具有围成口字形结构的地下连续墙，对应口字形结构的四个角处具有四对翼墙，形成井字形结构，所述机墩设置于所述井字形结构中心区域内。
8.每对所述翼墙中两翼墙相互垂直。
9.所述机墩下方设有块体基础，块体基础下方设有若干钻孔灌注桩，钻孔灌注桩顶部嵌入块体基础，形成一个整体。
10.所述井字形结构外围设有一圈环形隔振缝，内部填充橡胶材料。
11.所述橡胶材料弹性模量小于离心机基础所在土层的弹性模量最小值。
12.所述橡胶材料底部深入离心机基础底部持力层上部土层。
13.所述离心机基础底部所在持力层的剪切波速不低于700m/s，承载力不低于800kpa。
14.所述离心机基础底部进入持力层至少5m深度。
15.一种所述离心机基础的实施方法，其特征在于：
16.对选定场址进行地质勘查，确定离心机基础底部所在持力层的波速和承载力参数；
17.通过有限元软件建模，计算离心机基础的自振频率和振动响应，若自振频率计算结果不满足要求，则增大基础中翼墙的长度；若振动响应计算结果不满足要求，则增大基础中块体基础的厚度，直至大型超重力离心机基础的自振频率和振动响应满足要求；
18.对离心机基础的地下连续墙和翼墙进行施工；对地下连续墙所围绕空间内的底部进行钻孔灌注桩施工；对地下连续墙所围绕空间进行开挖，然后完成桩基上部块体基础和机墩的浇筑；
19.在离心机基础的地下连续墙外围布置环形隔振缝，在环形隔振缝内填充橡胶材料。
20.本发明的有益效果是：本发明通过布置成井字形的地下连续墙和翼墙，以及大质量混凝土块体基础和嵌入式钻孔灌注桩，使得离心机基础结构与大型超重力离心机主机运行期间产生的不平衡荷载主频的错频达到30％以上，并将机墩的振动位移响应控制在0.05mm以内，确保了主机的正常运行以及结构安全。本发明通过在外围设置隔振缝，能够有效地控制大型超重力离心机运行对周围建筑的影响。
附图说明
21.图1为实施例的平面布置示意图。
22.图2为图1中a
‑
a剖面的示意图。
23.1、大型超重力离心机主机；2、驱动电机；3、地下连续墙；4、翼墙；5、机墩；6、设备间；7、块体基础；8、钻孔灌注桩；9、环形隔振缝。
具体实施方式
24.本实施例为一种适用于深厚软基的大型超重力离心机(容量达到1000g
·
t～2000g
·
t)基础，整体均处于地表以下，包括四堵围成一个口字形结构的地下连续墙，地下连续墙与相邻地下连续墙相交后继续向外延伸形成翼墙，对应口字形结构的每个角均有一对相互垂直的翼墙，在平面上整体形成井字形结构。
25.本例中口字形(四边形)结构在互相垂直的两个水平方向的对称性更好，刚度一致；同时便于布置机墩外侧的设备间结构；而且更方便施工。本实施例中翼墙的作用在于：(1)增大了基础的平面面积，(2)同时翼墙侧面显著增大与土体的接触面积，这两个因素都会有利于提高基础整体的抗倾覆刚度，进而提高基础的自振频率。
26.本实施例中在井字形结构中心区域内部布置有机墩，在机墩内上、下两层的中央位置分别布置大型超重力离心机主机和驱动大型超重力离心机主机的驱动电机。机墩外侧边缘设置有多个设备间，以满足人员和设备的空间需求；机墩下方依次为块体基础和若干钻孔灌注桩，钻孔灌注桩的顶部嵌入块体基础，形成一个整体。
27.本实施例中通过布置井字形结构、大质量混凝土块体基础以及嵌入式钻孔灌注桩，使得离心机基础与大型超重力离心机主机运行期间产生的不平衡荷载错频达到30％以上，并将机墩的振动位移响应控制在0.05mm以内，确保了主机的正常运行以及结构安全。
28.本实施例中在井字形结构外围一定距离设置一道适用于深厚软基的环形隔振缝，
内部填充橡胶材料。
29.本实施例中离心机基础的具体实施方法如下：
30.(1)首先，对选定场址进行地质勘查，确定地下连续墙、翼墙和钻孔灌注桩底部所在持力层的波速和承载力参数，要求所在持力层的剪切波速不低于700m/s，承载力不低于800kpa，两个条件需要同时满足，否则就应选择其他场址。
31.具体地，参照图1，若土层
①②③
为软土覆盖层，土层
④
为软岩地层，则作为持力层的土层
④
的波速应不小于700m/s，承载力不低于800kpa，且地下连续墙、翼墙和钻孔灌注桩需要进入持力层至少5m深度。
32.(2)通过有限元软件建模，计算基础的自振频率和振动响应，要求自振频率不低于大型超重力离心机最大转频的1.3倍，机墩的水平和竖向的振动位移不大于0.05mm；若自振频率计算结果不满足要求，则增大翼墙的长度；若振动响应计算结果不满足要求，则增大块体基础的厚度；直至大型超重力离心机基础的自振频率和振动响应满足上述要求；
33.(3)对大型超重力离心机基础的地下连续墙和翼墙进行施工；对地下连续墙所围绕的空间内底部进行钻孔灌注桩施工；对地下连续墙所围绕的空间进行开挖，然后完成桩基上部块体基础和机墩的混凝土浇筑。
34.具体的，如图1和图2所示，地下连续墙边长为25m，向外延伸的翼墙长度为10m，墙厚均为1m；块体基础厚度为5m，钻孔灌注桩直径为800mm；地下连续墙、翼墙和钻孔灌注桩底部高程相同，均进入持力层约8m；
35.(4)在距离井字形结构中地下连续墙外侧25m处布置环形隔振缝，环形隔振缝底部深入持力层上部土层
③
；在环形隔振缝内填充橡胶材料，厚度为20cm，橡胶材料弹性模量满足小于土层
①②③
的弹性模量最小值，以保证材料具有较小的波阻抗，可以实现较好的屏障隔振效果。
36.上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。