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      1. 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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