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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    
時間：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，抗震救災很快將進入災后重建階段，社會更加關注災區再建建筑的抗震功能，特別是學校建筑的抗震功能。據教育部消息，有關部門目前正在積極研究制定新標準，以提高學校校舍抗震能力，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，要使學校房屋成為最牢固、最安全的建筑。俗話說，基礎不牢，地動山搖。通過多年來在地基處理工作方面的實踐中積累的一些經驗和方法，筆者認為結合災區中小學校重建工作，建議采用高頻液壓振動錘施工型鋼樁作為學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生的破壞，此技術成本增加不多，而安全性能可靠。
    鋼樁的優良力學性能柔性、強度高震不斷
    　　鋼樁在發達國家應用廣泛，在我國并未大量推廣應用，這既跟國情有關，又跟習慣有關，還跟施工設備有關。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，在強地震時容易震斷。 　
    　樁在無地震條件下，只需滿足抗壓要求，即通常說的單樁承載力，但在有地震條件下，還要滿足抗拔要求（上下震動時）及抗剪要求（水平震動時），而只有鋼類樁能滿足后兩種要求。假定這樣一種震動模型：在一個大型剛性平面上放置一小塊剛性物體，這兩個物體之間沒有任何連接，讓大型平面上下左右振動，將會發生什么現象？一是小塊物體上下左右更加雜亂的跳動，二是傾翻；如果將二者通過一個可靠的柔性體加以連接，就會產生如下現象：一是小塊物體的震動幅度沒有大型平面那么大，二是沒有傾翻。這可以較好的說明鋼樁作為柔性樁在地震時對建筑物所產生的減震、抗震作用。
    　人們可能會擔心，在地基中使用鋼樁，如果樁產生銹蝕，若干年后，建筑物底下不是沒樁了嗎？以上提到的優越性不就不復存在了嗎？甚至還不如混凝土樁，畢竟它不會腐爛。首先，鋼樁深埋地面以下，氧氣極少，對樁的腐蝕作用有限，鋼樁采用振動設備施工時，樁周圍的土壤會被進一步振密，氧氣進一步析出，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，可對鋼樁作一些簡單的物理或化學的防銹處理，以進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，上海寶鋼廠房的地基處理，上海金茂大廈及上海環球貿易中心都應用了鋼樁作地基。

    H型鋼樁四川地質條件下的優良選擇

    　　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條件下施工，旋挖樁機在砂卵石中施工時護壁困難，工效不高，而利用液壓振動錘可輕松地將型鋼樁振入卵石層中米以上，最深可達多米，足以滿足中小學建筑物的承載，抗拔、抗剪需要。由于采用了振動設備高頻液壓振動錘施工，對建筑物的地基進行了予振密處理，在地震發生時，該地基不會出現因震動液化而產生的不均勻沉降，地面建筑物的搖晃量將進一步減少。
    　　液壓振動錘是一種高效的施工型鋼樁的設備，如果樁長在米左右，它能在小時內將根鋼樁沉入地下，一棟中小學校的地基處理，兩天左右就可完成，用其它方法，最少需半個月時間，尚且不說效果的好壞，這將為災區重建贏得寶貴的建設時間。

    國外有益的經驗可以借鑒

    　　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，日本鋼產量大量過剩，加上鐵礦石便宜，鋼材價格低，日本將大量鋼材用于地下工程中，包括我國寶鋼廠房的基礎處理，也使用了大量的型鋼樁。
    　有專家說，日本的很多建筑物是柔性結構的，這種說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），但從振動減振的角度來分析，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所謂，因為剛性體的振動烈度完全取決于減振器。日本的建筑物的抗震性舉世聞名，其成功的經驗值得我們借鑒經驗可以借鑒。
    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、生產廠家正規的型鋼樁從地面規定的樁位進入了地下，其他任何質量問題都不用擔心了。至于建筑物的上部結構采用何種安全的形式，就由其它方面的專家學者來解決了。

    　有中國工程院院士認為，利用高頻液壓振動錘施工型鋼樁，不僅可以作為學校地基的基礎承載樁，同樣還能廣泛應用于工業建筑、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，才會有真正意義上震不垮的學校，才能將祖國的未來放進保險柜中，讓我們永不為了孩子的安全而牽掛！
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