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H型钢桩 建筑物地基抗震的有效选择

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发表于 2008-6-16 14:11:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
  在此次四川汶川大地震中,震区昔日美丽的城市建筑、中小学校在一瞬间变成一片废墟,让人倍感痛惜。痛定思痛,抗震救灾很快将进入灾后重建阶段,社会更加关注灾区再建建筑的抗震功能,特别是学校建筑的抗震功能。据教育部消息,有关部门目前正在积极研究制定新标准,以提高学校校舍抗震能力,制定新标准的基本原则是,所有新校舍的建设标准必须要高于当地一般民用建筑的建设标准,要使学校房屋成为最牢固、最安全的建筑。俗话说,基础不牢,地动山摇。通过多年来在地基处理工作方面的实践中积累的一些经验和方法,笔者认为结合灾区中小学校重建工作,建议采用高频液压振动锤施工H型钢桩作为学校建筑地基的基础桩和承载桩,可有效防止地震对校舍地基产生的破坏,此技术成本增加不多,而安全性能可靠。

  钢桩的优良力学性能柔性、强度高,震不断

  钢桩在发达国家应用广泛,在我国并未大量推广应用,这既跟国情有关,又跟习惯有关,还跟施工设备有关。在我国的高层建筑中,应用最广泛的是钢筋混凝土灌注桩;在中高、中低层建筑物中,应用最广泛的是PHC桩(高强混凝土予应力管桩),其次是CFG桩(又称素混凝土桩或刚性桩复合地基),还有粉体喷射搅拌桩、碎石桩等就属于地基改良,很难称为真正意义上的桩了。后面所提到的几种桩型,基本是刚性的或脆弱的,在强地震时容易震断。

  桩在无地震条件下,只需满足抗压要求,即通常说的单桩承载力,但在有地震条件下,还要满足抗拔要求(上下震动时)及抗剪要求(水平震动时),而只有钢类桩能满足后两种要求。假定这样一种震动模型:在一个大型刚性平面上放置一小块刚性物体,这两个物体之间没有任何连接,让大型平面上下左右振动,将会发生什么现象?一是小块物体上下左右更加杂乱的跳动,二是倾翻;如果将二者通过一个可靠的柔性体加以连接,就会产生如下现象:一是小块物体的震动幅度没有大型平面那么大,二是没有倾翻。这可以较好的说明钢桩作为柔性桩在地震时对建筑物所产生的减震、抗震作用。

  人们可能会担心,在地基中使用钢桩,如果桩产生锈蚀,若干年后,建筑物底下不是没桩了吗?以上提到的优越性不就不复存在了吗?甚至还不如混凝土桩,毕竟它不会腐烂。首先,钢桩深埋地面以下,氧气极少,对桩的腐蚀作用有限,钢桩采用振动设备施工时,桩周围的土壤会被进一步振密,氧气进一步析出,地层含氧量更少,对桩的锈蚀作用更小。其次,在将钢桩沉入地下之前,可对钢桩作一些简单的物理或化学的防锈处理,以进一步提高其抗锈蚀的能力。如此,钢桩的使用寿命可达数百年之久。当前,上海宝钢厂房的地基处理,上海金茂大厦及上海环球贸易中心都应用了钢桩作地基。

  H型钢桩四川地质条件下的优良选择

  四川地震灾区,90%%以上是砂卵石地基,用传统方法施工桩基础很困难,静力压桩一般只能进入卵石层三四米,柴油锤打入深度稍多一些,螺旋钻机几乎不能在这种地质条件下施工,旋挖桩机在砂卵石中施工时护壁困难,工效不高,而利用液压振动锤可轻松地将H型钢桩振入卵石层中10米以上,最深可达30多米,足以满足中小学建筑物的承载,抗拔、抗剪需要。由于采用了振动设备-高频液压振动锤施工,对建筑物的地基进行了予振密处理,在地震发生时,该地基不会出现因震动液化而产生的不均匀沉降,地面建筑物的摇晃量将进一步减少。

  液压振动锤是一种高效的施工型钢桩的设备,如果桩长在15米左右,它能在12小时内将50根钢桩沉入地下,一栋中小学校的地基处理,两天左右就可完成,用其它方法,最少需半个月时间,尚且不说效果的好坏,这将为灾区重建赢得宝贵的建设时间。

  国外有益的经验可以借鉴

  国外采用型钢用作建筑基础很普通,尤其是在日本。上世纪七八十年代,日本钢产量大量过剩,加上铁矿石便宜,钢材价格低,日本将大量钢材用于地下工程中,包括我国宝钢厂房的基础处理,也使用了大量的型钢桩。

  有专家说,日本的很多建筑物是柔性结构的,这种说法应包括两方面内容:一是指建筑物的基础是柔性的(钢桩),二是指上部结构是柔性的(钢结构或其它复合柔性材料结构),但从振动减振的角度来分析,基础的柔性结构更重要,大地是激振源,桩是减振器,上部建筑物即使是刚性体也无所谓,因为刚性体的振动烈度完全取决于减振器。日本的建筑物的抗震性举世闻名,其成功的经验值得我们借鉴。

  采用H型钢作为建筑物基础桩,成本增加并不多,但安全性却增加很多,就像利用一个巨大的钢钉将地面建筑物牢牢地固定在地基之中,从而在心理上给广大民众足够的安全感,只要一根根规格正确、生产厂家正规的H型钢桩从地面规定的桩位进入了地下,其他任何质量问题都不用担心了。至于建筑物的上部结构采用何种安全的形式,就由其它方面的专家学者来解决了。

  有中国工程院院士认为,利用高频液压振动锤施工H型钢桩,不仅可以作为学校地基的基础承载桩,同样还能广泛应用于工业建筑、民用建筑的基础处理,对建筑物的地基抗震能起到很好的保护作用,能有效减小地震对地基产生的破坏。

  我们相信,有最好的、震不垮的基础,有震不垮的上层结构,才会有真正意义上震不垮的学校,才能将祖国的未来放进保险柜中,让我们永不为了孩子的安全而牵挂! 王进怀
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