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H型鋼樁建筑物地基抗震的有效選擇

作者：建筑鋼結構網(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，抗震救災很快將進(jìn)入災后重建階段，社會(huì )更加關(guān)注災區再建建筑的抗震功能，特別是學(xué)校建筑的抗震功能。據教育部消息，有關(guān)部門(mén)目前正在積極研究制定新標準，以提高學(xué)校校舍抗震能力，制定新標準的基本原則是，所有新校舍的建設標準必須要高于當地一般民用建筑的建設標準，要使學(xué)校房屋成為最牢固、最安全的建筑。俗話(huà)說(shuō)，基礎不牢，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)驗和方法，筆者認為結合災區中小學(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)校建筑地基的基礎樁和承載樁，可有效防止地震對校舍地基產(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、強度高震不斷
    　　鋼樁在發(fā)達國家應用廣泛，在我國并未大量推廣應用，這既跟國情有關(guān)，又跟習慣有關(guān)，還跟施工設備有關(guān)。在我國的高層建筑中，應用最廣泛的是鋼筋混凝土灌注樁；在中高、中低層建筑物中，應用最廣泛的是樁（高強混凝土予應力管樁），其次是樁（又稱(chēng)素混凝土樁或剛性樁復合地基），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)對建筑物所產(chǎn)生的減震、抗震作用。
    　人們可能會(huì )擔心，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，對樁的腐蝕作用有限，鋼樁采用振動(dòng)設備施工時(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，對樁的銹蝕作用更小。其次，在將鋼樁沉入地下之前，可對鋼樁作一些簡(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數百年之久。當前，上海寶鋼廠(chǎng)房的地基處理，上海金茂大廈及上海環(huán)球貿易中心都應用了鋼樁作地基。

    H型鋼樁四川地質(zhì)條件下的優(yōu)良選擇

    　　四川地震災區，以上是砂卵石地基，用傳統方法施工樁基礎很困難，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，螺旋鉆機幾乎不能在這種地質(zhì)條件下施工，旋挖樁機在砂卵石中施工時(shí)護壁困難，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)設備高頻液壓振動(dòng)錘施工，對建筑物的地基進(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備，如果樁長(cháng)在米左右，它能在小時(shí)內將根鋼樁沉入地下，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，這將為災區重建贏(yíng)得寶貴的建設時(shí)間。

    國外有益的經(jīng)驗可以借鑒

    　　國外采用型鋼用作建筑基礎很普通，尤其是在日本。上世紀七八十年代，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，包括我國寶鋼廠(chǎng)房的基礎處理，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構的，這種說(shuō)法應包括兩方面內容：一是指建筑物的基礎是柔性的（鋼樁），二是指上部結構是柔性的（鋼結構或其它復合柔性材料結構），但從振動(dòng)減振的角度來(lái)分析，基礎的柔性結構更重要，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，因為剛性體的振動(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)驗值得我們借鑒經(jīng)驗可以借鑒。
    采用H 型鋼作為建筑物基礎樁，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，只要一根根規格正確、生產(chǎn)廠(chǎng)家正規的型鋼樁從地面規定的樁位進(jìn)入了地下，其他任何質(zhì)量問(wèn)題都不用擔心了。至于建筑物的上部結構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。

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