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H型钢桩建筑物地基抗震的有效选择

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    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，应用最广泛的是桩（高强混凝土予应力管桩），其次是桩（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，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型钢桩振入卵石层中米以上，最深可达多米，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，如果桩长在米左右，它能在小时内将根钢桩沉入地下，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（中国建筑金属结构信息网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经验可以借鉴。
    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！
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