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H型鋼樁建筑物地基抗震的有效選擇

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    此次四川汶川大地震中，震區(qū)昔日美麗的城市建筑、中小學(xué)校在一瞬間變成一片廢墟，讓人倍感痛惜。痛定思痛，抗震救災(zāi)很快將進(jìn)入災(zāi)后重建階段，社會(huì)更加關(guān)注災(zāi)區(qū)再建建筑的抗震功能，特別是學(xué)校建筑的抗震功能。據(jù)教育部消息，有關(guān)部門(mén)目前正在積極研究制定新標(biāo)準(zhǔn)，以提高學(xué)校校舍抗震能力，制定新標(biāo)準(zhǔn)的基本原則是，所有新校舍的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)必須要高于當(dāng)?shù)匾话忝裼媒ㄖ慕ㄔO(shè)標(biāo)準(zhǔn)，要使學(xué)校房屋成為最牢固、最安全的建筑。俗話說(shuō)，基礎(chǔ)不牢，地動(dòng)山搖。通過(guò)多年來(lái)在地基處理工作方面的實(shí)踐中積累的一些經(jīng)驗(yàn)和方法，筆者認(rèn)為結(jié)合災(zāi)區(qū)中小學(xué)校重建工作，建議采用高頻液壓振動(dòng)錘施工型鋼樁作為學(xué)校建筑地基的基礎(chǔ)樁和承載樁，可有效防止地震對(duì)校舍地基產(chǎn)生的破壞，此技術(shù)成本增加不多，而安全性能可靠。
    鋼樁的優(yōu)良力學(xué)性能柔性、強(qiáng)度高震不斷
    　　鋼樁在發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用廣泛，在我國(guó)并未大量推廣應(yīng)用，這既跟國(guó)情有關(guān)，又跟習(xí)慣有關(guān)，還跟施工設(shè)備有關(guān)。在我國(guó)的高層建筑中，應(yīng)用最廣泛的是鋼筋混凝土灌注樁；在中高、中低層建筑物中，應(yīng)用最廣泛的是樁（高強(qiáng)混凝土予應(yīng)力管樁），其次是樁（又稱(chēng)素混凝土樁或剛性樁復(fù)合地基），還有粉體噴射攪拌樁、碎石樁等就屬于地基改良，很難稱(chēng)為真正意義上的樁了。后面所提到的幾種樁型，基本是剛性的或脆弱的，在強(qiáng)地震時(shí)容易震斷。 　
    　樁在無(wú)地震條件下，只需滿(mǎn)足抗壓要求，即通常說(shuō)的單樁承載力，但在有地震條件下，還要滿(mǎn)足抗拔要求（上下震動(dòng)時(shí)）及抗剪要求（水平震動(dòng)時(shí)），而只有鋼類(lèi)樁能滿(mǎn)足后兩種要求。假定這樣一種震動(dòng)模型：在一個(gè)大型剛性平面上放置一小塊剛性物體，這兩個(gè)物體之間沒(méi)有任何連接，讓大型平面上下左右振動(dòng)，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？一是小塊物體上下左右更加雜亂的跳動(dòng)，二是傾翻；如果將二者通過(guò)一個(gè)可靠的柔性體加以連接，就會(huì)產(chǎn)生如下現(xiàn)象：一是小塊物體的震動(dòng)幅度沒(méi)有大型平面那么大，二是沒(méi)有傾翻。這可以較好的說(shuō)明鋼樁作為柔性樁在地震時(shí)對(duì)建筑物所產(chǎn)生的減震、抗震作用。
    　人們可能會(huì)擔(dān)心，在地基中使用鋼樁，如果樁產(chǎn)生銹蝕，若干年后，建筑物底下不是沒(méi)樁了嗎？以上提到的優(yōu)越性不就不復(fù)存在了嗎？甚至還不如混凝土樁，畢竟它不會(huì)腐爛。首先，鋼樁深埋地面以下，氧氣極少，對(duì)樁的腐蝕作用有限，鋼樁采用振動(dòng)設(shè)備施工時(shí)，樁周?chē)耐寥罆?huì)被進(jìn)一步振密，氧氣進(jìn)一步析出，地層含氧量更少，對(duì)樁的銹蝕作用更小。其次，在將鋼樁沉入地下之前，可對(duì)鋼樁作一些簡(jiǎn)單的物理或化學(xué)的防銹處理，以進(jìn)一步提高其抗銹蝕的能力。如此，鋼樁的使用壽命可達(dá)數(shù)百年之久。當(dāng)前，上海寶鋼廠房的地基處理，上海金茂大廈及上海環(huán)球貿(mào)易中心都應(yīng)用了鋼樁作地基。

    H型鋼樁四川地質(zhì)條件下的優(yōu)良選擇

    　　四川地震災(zāi)區(qū)，以上是砂卵石地基，用傳統(tǒng)方法施工樁基礎(chǔ)很困難，靜力壓樁一般只能進(jìn)入卵石層三四米，柴油錘打入深度稍多一些，螺旋鉆機(jī)幾乎不能在這種地質(zhì)條件下施工，旋挖樁機(jī)在砂卵石中施工時(shí)護(hù)壁困難，工效不高，而利用液壓振動(dòng)錘可輕松地將型鋼樁振入卵石層中米以上，最深可達(dá)多米，足以滿(mǎn)足中小學(xué)建筑物的承載，抗拔、抗剪需要。由于采用了振動(dòng)設(shè)備高頻液壓振動(dòng)錘施工，對(duì)建筑物的地基進(jìn)行了予振密處理，在地震發(fā)生時(shí)，該地基不會(huì)出現(xiàn)因震動(dòng)液化而產(chǎn)生的不均勻沉降，地面建筑物的搖晃量將進(jìn)一步減少。
    　　液壓振動(dòng)錘是一種高效的施工型鋼樁的設(shè)備，如果樁長(zhǎng)在米左右，它能在小時(shí)內(nèi)將根鋼樁沉入地下，一棟中小學(xué)校的地基處理，兩天左右就可完成，用其它方法，最少需半個(gè)月時(shí)間，尚且不說(shuō)效果的好壞，這將為災(zāi)區(qū)重建贏得寶貴的建設(shè)時(shí)間。

    國(guó)外有益的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒

    　　國(guó)外采用型鋼用作建筑基礎(chǔ)很普通，尤其是在日本。上世紀(jì)七八十年代，日本鋼產(chǎn)量大量過(guò)剩，加上鐵礦石便宜，鋼材價(jià)格低，日本將大量鋼材用于地下工程中，包括我國(guó)寶鋼廠房的基礎(chǔ)處理，也使用了大量的型鋼樁。
    　有專(zhuān)家說(shuō)，日本的很多建筑物是柔性結(jié)構(gòu)的，這種說(shuō)法應(yīng)包括兩方面內(nèi)容：一是指建筑物的基礎(chǔ)是柔性的（鋼樁），二是指上部結(jié)構(gòu)是柔性的（鋼結(jié)構(gòu)或其它復(fù)合柔性材料結(jié)構(gòu)），但從振動(dòng)減振的角度來(lái)分析，基礎(chǔ)的柔性結(jié)構(gòu)更重要，大地是激振源，樁是減振器，上部建筑物即使是剛性體也無(wú)所謂，因?yàn)閯傂泽w的振動(dòng)烈度完全取決于減振器。日本的建筑物的抗震性舉世聞名，其成功的經(jīng)驗(yàn)值得我們借鑒經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。
    采用H 型鋼作為建筑物基礎(chǔ)樁，成本增加并不多，但安全性卻增加很多，就像利用一個(gè)巨大的鋼釘將地面建筑物牢牢地固定在地基之中，從而在心理上給廣大民眾足夠的安全感，只要一根根規(guī)格正確、生產(chǎn)廠家正規(guī)的型鋼樁從地面規(guī)定的樁位進(jìn)入了地下，其他任何質(zhì)量問(wèn)題都不用擔(dān)心了。至于建筑物的上部結(jié)構(gòu)采用何種安全的形式，就由其它方面的專(zhuān)家學(xué)者來(lái)解決了。

    　有中國(guó)工程院院士認(rèn)為，利用高頻液壓振動(dòng)錘施工型鋼樁，不僅可以作為學(xué)校地基的基礎(chǔ)承載樁，同樣還能廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑、民用建筑的基礎(chǔ)處理，對(duì)建筑物的地基抗震能起到很好的保護(hù)作用，能有效減小地震對(duì)地基產(chǎn)生的破壞。 我們相信，有最好的、震不垮的基礎(chǔ)，有震不垮的上層結(jié)構(gòu)，才會(huì)有真正意義上震不垮的學(xué)校，才能將祖國(guó)的未來(lái)放進(jìn)保險(xiǎn)柜中，讓我們永不為了孩子的安全而牽掛！
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