3.4 地基动力特性参数

3.4.1  天然地基的动力特性参数宜由现场测试确定，测试方法应符合现行国家标准《地基动力特性测试规范》GB/T 50269的有关规定；当无测试条件时，宜按本标准第3.4.2条～第3.4.11条的规定确定。

3.4.2  天然地基的抗压刚度系数应按下列规定确定：

    1  当基础底面积不小于20m2时，宜按表3.4.2采用。

    2  当基础底面积小于20m²时，抗压刚度系数宜采用表3.4.2中的数值乘以基础底面积修正系数，基础底面积修正系数可按下式计算：

式中：β_r——基础底面积修正系数；

           A——基础底面积(m2)。

3.4.3  当基础底部的地基土由不同土层组成时，其影响深度应按下列规定确定：

    1  方形基础宜按下式计算：

h_d＝2b        (3.4.3-1)

式中：h_d——影响深度(m)；

            b——方形基础的边长(m)。

    2  其他形状的基础宜按下式计算：

h_d＝2√A        (3.4.3-2)

3.4.4  当基础对地基土影响深度范围内包含不同土层时(图3.4.4)，其抗压刚度系数宜按下式计算：

式中：C_z——地基土抗压刚度系数(kN/m³)；

          C_zi——第i层土的抗压刚度系数(kN/m³)，可按本标准第3.4.2条的规定确定；

           h_i——从基础底至i层土底面的深度(m)；

           h_i-1——从基础底至i-1层土底面的深度(m)。

3.4.5  天然地基的抗剪、抗弯、抗扭刚度系数宜按下列公式计算：

式中：C_x、C_y一一天然地基沿x轴、y轴的抗剪刚度系数(kN/m³)；

          C_θ、C_ф一一天然地基绕x轴、y轴的抗弯刚度系数(kN/m³)；

          C_ψ一一天然地基绕z轴的抗扭刚度系数(kN/m³)。

3.4.6  天然地基的抗压、抗剪、抗弯、抗扭刚度应按下列公式计算：

式中：K_z——天然地基沿z轴的抗压刚度(kN/m)；

          K_x、K_y——天然地基沿x轴、y轴的抗剪刚度(kN/m)；

          K_θ、K_ф——天然地基绕x轴、y轴的抗弯刚度(kN·m)；

          K_ψ——天然地基绕z轴的抗扭刚度(kN·m)；

           A——基础底面积(m²)；

          I_x、I_y——天然地基基础底面对通过底面形心的x轴、y轴的惯性矩(m⁴)；

          I_z——天然地基基础底面对通过底面形心的极惯性矩(m⁴)。

3.4.7  当埋置基础的地基承载力特征值小于350kPa，且基础四周回填土与地基土的密度比不小于0.85时，其抗压、抗剪、抗弯、抗扭刚度宜乘以提高系数，提高系数宜按下列公式计算：

式中：α_z——基础埋深作用对地基抗压刚度的提高系数；

           α——基础埋深作用对地基抗剪、抗弯、抗扭刚度的提高系数；

         δ_d——基础埋深比，当δ_d大于0.6时，取0.6；

          h_t——基础埋置深度(m)。

3.4.8  当基础与刚性地面相连时，地基抗弯、抗剪、抗扭刚度宜乘以刚性地面提高系数，提高系数可取1.0～1.4，软弱地基土的提高系数宜取上限值。

3.4.9  天然地基的阻尼比应按下列规定计算：

    1  竖向阻尼比宜按下列公式计算：

     (1)对于黏性土：

     (2)对于粉土、砂土：

式中：ζ_z——天然地基竖向阻尼比；

          m——基组质量比；

          m——基组的质量(t)；

          ρ——地基土的密度(t/m3)。

    2  水平回转向、扭转向阻尼比宜按下列公式计算：

式中：ζ_h1——天然地基水平回转耦合振动第一振型阻尼比；

          ζ_h2——天然地基水平回转耦合振动第二振型阻尼比；

          ζ_ψ——天然地基扭转向阻尼比。

3.4.10  埋置基础的天然地基阻尼比，宜取明置基础的阻尼比乘以基础埋深作用对阻尼比的提高系数，阻尼比提高系数宜按下列公式计算：

式中：β_z——基础埋深作用对竖向阻尼比的提高系数；

          β——基础埋深作用对水平回转向或扭转向阻尼比的提高系数。

3.4.11  采用本标准第3.4.2条～第3.4.10条确定的天然地基动力特性参数计算天然地基大块式基础的振动位移时，计算的竖向振动位移值应乘以折减系数0.7，水平向振动位移值应乘以折减系数0.85，冲击式机器和压力机基础可不折减。

3.4.12  桩基的动力特性参数取值应符合下列规定：

    1  预制桩或沉管灌注桩的动力参数宜由现场测试确定；当无测试条件时，宜按本标准第3.4.13条～第3.4.22条的规定确定；

    2  钻孔灌注桩或其他桩型的动力参数宜由现场测试确定；

    3  桩基动力参数的测试方法应按现行国家标准《地基动力特性测试规范》GB/T 50269的规定确定。

3.4.13  桩基的抗压刚度应按下列公式计算：

式中：K_pz——桩基抗压刚度(kN/m)；

          n_p——桩数；

          k_pz——单桩的抗压刚度(kN/m)；

          C_pτi——桩周第i层土的当量抗剪刚度系数(kN/m³)；

          A_pτi一一第i层土的桩周表面积(m²)；

          C_pz——桩端土的当量抗压刚度系数(kN/m³)；

          A_p——桩的截面积(m²)。

3.4.14  当桩的间距为桩的直径或截面边长的4倍～5倍时，桩周各土层的当量抗剪刚度系数C_pτ值宜按表3.4.14采用。

3.4.15  当桩的间距为桩的直径或截面边长的4倍～5倍时，桩端土层的当量抗压刚度系数C_pz值宜按表3.4.15采用。

3.4.16  桩基的抗弯刚度应按下列公式计算：

式中：K_pθ、K_pф——桩基绕x轴、y轴的抗弯刚度(kN·m)；

          k_pz——单桩抗压刚度(kN/m)；

          r_xi、r_yi——第i根桩的轴线至通过基础底面形心的回转轴x轴、y轴的距离(m)。

3.4.17  桩基的抗剪和抗扭刚度应按下列规定确定：

    1  桩基的抗剪刚度和抗扭刚度宜按下列公式计算：

式中：K_px、K_py——桩基沿x轴、y轴抗剪刚度(kN/m)；

          K_pψ——桩基抗扭刚度(kN·m)。

    2  当计入基础埋深和刚性地面作用时，桩基的抗剪刚度宜按下列公式计算：

式中：K_px、K_py——基础埋深和刚性地面对桩基刚度提高作用后的桩基沿x轴、y轴抗剪刚度(kN/m)；

          α₁——刚性地面提高系数，可按本标准第3.4.8条规定确定。

    3  当计入基础埋深和刚性地面作用时，桩基的抗扭刚度宜按下式计算：

式中：Kpψ——基础埋深和刚性地面对桩基刚度提高作用后的桩基抗扭刚度(kN·m)。

    4  当采用端承桩或桩上部土层的地基承载力特征值不小于200kPa时，桩基抗剪刚度和抗扭刚度不应大于相应的天然地基抗剪刚度和抗扭刚度。

3.4.18  斜桩的抗剪刚度应按下列规定确定：

    1  当桩的斜度大于1：6，其间距为桩的直径或截面边长的4倍～5倍时，斜桩的当量抗剪刚度宜取相应的天然地基抗剪刚度的1.6倍。

    2  当计入基础埋深和刚性地面作用时，斜桩桩基的抗剪刚度宜按下列公式计算：

3.4.19  计算桩基的固有频率和振动位移时，其竖向和水平回转向总质量及基组的总转动惯量应按下列公式计算：

式中：m_pz、m_px、m_py——桩基上基础沿z轴竖向、沿x轴和y轴水平回转振动质量(t)；

          m——天然地基基组的质量(t)；

          m₀——竖向振动时桩和桩间土参加振动的当量质量(t)；

          l_t——桩的折算长度(m)；

          b——基础底面的宽度(m)；

          d——基础底面的长度(m)；

         ρ_p——桩和桩间土的混合密度(t/m²)；

         J_pθ、J_pф、J_pψ——桩基上基组对x轴、y轴、z轴的转动惯量(t·m²)；

         J_θ、J_ф、J_ψ——天然地基上基组对x轴、y轴、z轴的转动惯量(t·m²)。

3.4.20  桩的折算长度宜按表3.4.20采用。

3.4.21  桩基的阻尼比应按下列规定计算：

    1  桩基竖向阻尼比宜按下列公式计算：

     1)桩基承台底为黏性土时：

     2)桩基承台底为砂土、粉土时：

     3)采用端承桩时：

     4)当桩基承台底与地基土脱空时，其竖向阻尼比可取端承桩的竖向阻尼比。

    2  桩基水平回转向、扭转向阻尼比宜按下列公式计算：

式中：ζ_pz——桩基竖向阻尼比；

          ζ_ph1、ζ_ph2——桩基水平回转耦合振动第一、二振型阻尼比；

          ζ_pψ——桩基扭转向阻尼比。

3.4.22  计算桩基阻尼比时，宜计入桩基承台埋深对阻尼比的提高作用，桩基竖向、水平回转向以及扭转向阻尼比提高系数，宜按下列规定计算：

    1  对于摩擦桩：

    2  对于端承桩：

式中：β_z——桩基承台埋深对竖向阻尼比的提高系数；

          β——桩基承台埋深对水平回转向或扭转向阻尼比的提高系数。