談壓縮機大塊式基礎(chǔ)設(shè)計與構(gòu)造要求

陳敬洪

壓縮機基礎(chǔ)的設(shè)計，在當今工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)類型主要有三種，即大塊式基礎(chǔ)、框架式基礎(chǔ)和墻式基礎(chǔ)，且一般以鋼筋混凝土為組成材料。壓縮機機組主要由電動機和壓縮機及一些輔助設(shè)備組成，壓縮機運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生較大的不平衡慣性力，這種不平衡慣性力會引起地基及基礎(chǔ)的振動，過大的地基及基礎(chǔ)的振動會產(chǎn)生一系列的不良影響，因此我們對壓縮機基礎(chǔ)進行設(shè)計和計算的目的就是要把基礎(chǔ)的振動控制在允許的范圍內(nèi)，使基礎(chǔ)的振動不影響機器的正常工作。為了保證基礎(chǔ)的振動在設(shè)備允許的范圍內(nèi)，避免共振，我們通常采用固有頻率較高的大重量基礎(chǔ)塊，也就是大塊式基礎(chǔ)。本文主要對大塊式基礎(chǔ)的設(shè)計進行了論述。

1 設(shè)計資料

1)機器制造廠提供的機器資料。a.機器的型號、規(guī)格、功率、轉(zhuǎn)速及輪廓配置圖，包括機器底部形狀、高程、大小及埋設(shè)螺栓的位置和大小。b.壓縮機的重量、位置及方向，包括重心位置。c.壓縮機組的附屬設(shè)備及主要管道的自重、作用點及固定方式。d.壓縮機的動力大小、位置方向，包括正常運轉(zhuǎn)的不平衡力和非正常狀態(tài)引起的短路力等。e.機器廠家提供的運轉(zhuǎn)頻率，建議的基礎(chǔ)輪廓圖，以及機器廠家規(guī)定的機器容許最大振幅或振動速度。f.與設(shè)備有關(guān)的預(yù)留溝槽，孔洞的位置及大小。二次灌漿的厚度及要求。

2)工程地質(zhì)資料。a.地基壓縮層厚度內(nèi)的土壤種類、基本性質(zhì)、壓縮性、剪力強度及地下水的變化和對基礎(chǔ)的侵蝕影響等。b.地基土的動態(tài)性質(zhì)，包括土的動態(tài)剪力模數(shù)，剪力波速及動態(tài)波生比。c.地基承載力。

3)設(shè)計前要了解壓縮機基礎(chǔ)臨近的設(shè)備或者建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)尺寸和埋置深度，了解其對振動靈敏程度的限制。

4)隔振系統(tǒng)。如果基礎(chǔ)要采用隔振系統(tǒng)來解決本身振動向外傳遞或阻止外來振源對本基礎(chǔ)的影響，則還要收集以下資料:a.了解所采用隔振器的工作原理，隔振器承載力的上限和下限。b.垂直向及水平向的彈簧系數(shù)。c.阻尼特性。d.各種影響因素，包括時間、溫度、疲勞等。

2 基礎(chǔ)尺寸的初步確定

基礎(chǔ)尺寸應(yīng)根據(jù)收集的資料，并考慮機器周圍的相互影響確定。設(shè)計時除了滿足靜力和動力分析外，還要滿足其他相關(guān)部門的檢查校核。基礎(chǔ)在初步確定時可以遵循以下原則:1)基礎(chǔ)應(yīng)擱置在承載力良好的地基上，如承載力不滿足要求，可以對基礎(chǔ)進行改良或采取措施進行地基處理。若基礎(chǔ)底部位于地下水位以下，應(yīng)考慮振動傳遞的可能性，必要時采取打樁或隔振系統(tǒng)減少對周圍的影響。2)基礎(chǔ)各部分要滿足剛度要求。一般來說，基礎(chǔ)板厚度不應(yīng)小于其長度的1/10及其寬度的1/5，若尺寸明顯的存在不合理，可以做相應(yīng)的調(diào)整。3)基礎(chǔ)垂直轉(zhuǎn)軸的寬度，應(yīng)考慮機器撓力造成的基礎(chǔ)橫擺的影響。特別是淺基礎(chǔ)，應(yīng)具有足夠的寬度維持其穩(wěn)定性。4)基礎(chǔ)平面尺寸除了必須滿足廠家的要求外，其邊緣還應(yīng)大于機器底座向外延伸至少50 mm，且要滿足鋼筋混凝土保護層的最小要求。5)基礎(chǔ)應(yīng)避免與其他結(jié)構(gòu)物或者是地坪相連，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，以隔絕振動的傳遞。

3 靜力分析與動力分析

3.1 靜力分析

1)依據(jù)機器廠商提供的資料，進行靜力分析，使基礎(chǔ)能夠滿足抵抗施加在其上的荷載。2)根據(jù)地基的強度和機組(包括壓縮機和基礎(chǔ)上的機器、附屬設(shè)備、填土)重力，驗算地基的承載力。支撐基礎(chǔ)板的土壤或基樁承載力，操作狀態(tài)下不得超過土壤長期容許承載力的50%或基樁長期容許承載力的75%;突發(fā)狀態(tài)及地震狀態(tài)不可超過土壤短期容許承載力的50%或基樁短期容許承載力的75%。3)要注意基礎(chǔ)沉降量驗算，使其符合機器廠商和相關(guān)專業(yè)設(shè)計的要求。設(shè)計時應(yīng)嚴格控制因地質(zhì)差異或基礎(chǔ)系統(tǒng)偏心所造成的差異沉降，應(yīng)避免基礎(chǔ)的長期沉降，必要時應(yīng)對地基進行處理。淺基礎(chǔ)的形心最好與基礎(chǔ)系統(tǒng)的重心重合。

3.2 動力分析

動力分析是用來評估機器在運轉(zhuǎn)下，基礎(chǔ)系統(tǒng)的自然頻率是否與機器的運轉(zhuǎn)頻率發(fā)生共振，及因不平衡力所引起的振幅是否在允許的范圍內(nèi)，避免不允許的振動傳遞到周圍環(huán)境。

1)大塊式基礎(chǔ)分析時，將基礎(chǔ)塊視為剛體，其力學(xué)模型采用質(zhì)量—彈簧—阻尼器體系。將機組作為單質(zhì)點，應(yīng)考慮6個自由度(即豎向、橫移、縱移、橫擺、縱擺和扭轉(zhuǎn))。2)不平衡力的確定。機器的不平衡力應(yīng)由機器廠商提供，若廠商沒有提供不平衡力，則可以根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范或標準計算。3)動力分析時應(yīng)考慮基礎(chǔ)系統(tǒng)的質(zhì)量包括機器、管線、基礎(chǔ)和參與振動的附屬設(shè)備。4)彈簧。根據(jù)基礎(chǔ)的不同形式，采用不同的方法計算彈簧常數(shù)。例如淺基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)尺寸、埋深、土體動態(tài)剪力模數(shù)及動態(tài)波生比等，采用彈性半空間理論分析土體各個自由度的彈簧常數(shù);樁基礎(chǔ)依據(jù)樁身材料、長細比、樁的受力狀態(tài)和地層狀況等估算各自由度的彈簧常數(shù)。5)阻尼。不同的基礎(chǔ)形式有不同的阻尼常數(shù)，動力分析時，不考慮阻尼效應(yīng)，將高估振幅。6)動力分析結(jié)果的檢核。包括自然頻率的檢核和容許振幅或振動速度的檢核。各種檢核結(jié)果應(yīng)符合相應(yīng)的標準和規(guī)范要求。

4 基礎(chǔ)設(shè)計和構(gòu)造

1)大塊式基礎(chǔ)的剛度高，要保證大塊式基礎(chǔ)的整體完整性。所有構(gòu)件必須構(gòu)筑在同一基礎(chǔ)上。一般來說，混凝土應(yīng)一次澆筑完畢，不可設(shè)置施工縫。如因特殊原因需要設(shè)置施工縫時，必須把施工縫的位置及施工方式在設(shè)計圖紙中說明。

2)基礎(chǔ)應(yīng)采用混凝土或鋼筋混凝土，混凝土強度等級不低于C20，墊層混凝土強度等級不低于C15。二次灌漿應(yīng)采用強度等級不低于C25的微膨脹混凝土或其他高強無收縮灌漿料，其厚度不宜小于50 mm。鋼筋最好采用二級鋼，不得采用冷加工鋼筋。基礎(chǔ)底座邊緣至基礎(chǔ)邊緣的距離不應(yīng)小于100 mm。

3)螺栓孔邊緣至基礎(chǔ)邊緣的距離:當螺桿直徑小于36 mm時，不得小于100 mm;螺桿直徑不小于36 mm時，不得小于150 mm。螺栓中心至基礎(chǔ)邊緣的最小距離不應(yīng)小于4倍螺栓直徑，若不滿足要求時，應(yīng)采取加強措施。預(yù)埋螺栓底部至基礎(chǔ)底面距離不應(yīng)小于50 mm，若為預(yù)留孔，則不應(yīng)小于100 mm。地腳螺栓的埋置深度應(yīng)按機器制造廠提供的螺栓長度。

4)足夠均勻的鋼筋配置:所有基礎(chǔ)表面必須配置螺紋鋼筋，且配置的鋼筋總重與混凝土體積之比須大于30 kg/m3。大塊式基礎(chǔ)的側(cè)面、頂面設(shè)置鋼筋網(wǎng)，直徑為10 mm～14 mm，間距為200 mm～300 mm。厚度大于1000 mm的混凝土內(nèi)部須配置間距600 mm的三向直徑16 mm鋼筋。

5)注意基礎(chǔ)開挖及回填工作，設(shè)計時應(yīng)對回填材料及夯實度予以特別要求。

6)大塊式振動基礎(chǔ)由于具有振動和剛性特性，基礎(chǔ)螺栓位置及基礎(chǔ)高程不允許錯誤。此兩項必須明確標注在設(shè)計圖上。

5 大塊式壓縮機基礎(chǔ)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

1)合理的選擇基礎(chǔ)形式，盡可能的使基礎(chǔ)的自振頻率與機器的工作頻率錯開30%以上，以免發(fā)生共振。

2)對于大塊式基礎(chǔ)應(yīng)合理選擇地基的動力參數(shù)，充分考慮基礎(chǔ)埋深對地基剛度、阻尼比的提高作用。

3)基礎(chǔ)宜設(shè)置在均勻的中、低壓縮性土層上。如遇軟弱地基、濕陷性黃土、膨脹土或溝、坑、溶洞時，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，謹慎對待。在地基的受力層范圍內(nèi)容易發(fā)生振動液化的飽和粉細砂，可能產(chǎn)生嚴重振陷的松散軟土和人工填土，不宜做天然地基，宜采用樁基或其他有效的地基加固方案，以避免基礎(chǔ)產(chǎn)生有害的沉降。

4)機組的總重心與基礎(chǔ)底面形心宜位于同一鉛垂線上，如偏心不可避免時，其偏心距不應(yīng)超過相應(yīng)方向的底板邊長的3%。

6 結(jié)語

壓縮機基礎(chǔ)的設(shè)計是工程中一項復(fù)雜的課題，土建專業(yè)設(shè)計人員要認真收集資料，仔細分析設(shè)計，綜合考慮各個環(huán)節(jié)，嚴格控制，以達到經(jīng)濟合理、安全實用、確保質(zhì)量的設(shè)計要求。

[1]SH 3091-1998，石油化工壓縮機基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]HG 20554-93，活塞式壓縮機基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定[S].

[3]HG 20555-93，離心式壓縮機基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)定[S].

[4]GB 50040-96，動力機器基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[5]GB 50007-2002，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].