桩基学科新进展史佩栋.ppt

桩 基 学 科 新 进 展,史 佩 栋,岩土工程丛书编审出版委员会 主任 浙江省建协 地下工程分会 会长 浙江隧道与地下工程杂志 主编 浙江建科院 地下工程研究中心 顾问教授 浙江理工大学建工学院 兼职教授,2007年12月9日 于 江苏杨州,桩基学科新进展,随着我国经济建设的史无前例地发展，桩基技术在建筑、市政、道路、桥梁、港口、码头、能源、电力等领域的工程建设中得到了大量的应用，而桩基工程的地质条件、荷载特征、使用功能、施工环境等更趋复杂，这使岩土工程科技工作者面临前所未有的机遇和挑战。正是由于这种机遇和挑战带动了我国桩基工程的科研、创新和技术进步。,桩基学科新进展,今年9月在上海举行了全国第8届桩基工程学术年会， 参加者300余人，录用论文100余篇，为全国桩基工程学 术委员会历届年会所没有。 今年11月在重庆举行了全国第10届土力学及岩土工 程学术年会，暨土力学及岩土工程分会成立50周年庆典 活动，参加者700余人，录用论文400余篇。为历史之最。 其中涉及桩基的论文数十篇。 但以上两次大会，都没有关于桩基学科发展的水平 报告或综合报告。,桩基学科新进展,这次应邀来杨州，为了使大家对桩基学科 当前发展情况和发展前景，有一个比较清晰的 概念，以有助于进一步更好地开展桩基领域的 科研、设计、施工、检测等工作，我对以下相 关资料做了一番浏览：, Geo-Shanghai 2006论文集 ASCE Special Publications 第10届桩与深基础国际会议（希腊）论文集 Porceedings of the 10th Conference of Piling and Deep Foundations 第8届全国桩基学术年会会议论文集 第10届全国土力学及岩土工程学术会议论文集 （有关桩基部分） 近年的许多期刊、出版物等,桩基学科新进展,桩基学科新进展,结合个人几年来的认识，对桩基学术的进展， 提出一些参考意见。我所讲的，并非是在个人的视 野中，又发现了在国内外有什么最新的动态。而主 要是审视了桩基学科的现状，与以往十年、十五年、 二十年前的状况相比较，而形成了一些个人感受； 尤其是在浏览了上述文献所归纳出的一些动态、信 息等。,桩基学科新进展,在国际层面上，有两篇最新文章值得关注, 澳大利亚 H.G. Poulos 群桩沉降的估算 从理论研究到工程实践 美国 James K. Mitchell 岩土工程的新前沿 - 挑战与机遇 （我们都已有了中译本）,桩基学科新进展,我国已成为世界上用桩第一大国 不论用桩的数量、桩型等都已居世界前列 上海刚刚总结了金茂大厦、东海大桥等的宏伟业绩，北京一大批奥运工程，几乎都采用桩基础，其中有的单项工程用桩量达数万根之多。 准备建设的京沪高速铁路，由于工后沉降要求极为严格，将以桥为路，全部采用桩支承。,我 国 桩 机 领 域 总 的 态 势,桩基学科新进展,我 国 桩 型 概 略,桩基学科新进展,CCTV新大厦,体型复杂，基础荷载大。双塔分别高51层和45层，高234m和205m，基底压力达900 kPa左右，采用钻孔灌注桩基础。施工分5个阶段。为确保沉降满足要求，特别要保证双塔悬臂准确对接，进行了不同工况下的桩基与上部结构的协同左右分析，准确地预测了？各阶段的沉降和总沉降量。,桩基学科新进展,（一）桩基设计理论的革命 从上部荷载完全由桩承担，发展至 桩土共同作用。 承台桩土共同作用 桩筏基础 大桩距（ 6 d）复合桩基 变刚度调平设计 端承桩桩顶变形调节装置；等等,桩基学科新进展,我国有多位学者提出了各自命名、各具特色的 复合桩基设计理论与计算方法,童翊湘 （1979）减少桩数，控制沉降 管自立 （1983）疏桩基础 黄绍铭等（1989）减少沉降量桩基础 宰金珉 （1992）复合桩基础 最近，岩土工程学报2007第11期 首篇： 极限荷载下桩筏基础共同作用性状的 室内模型试验研究 刘金砺 （1991）变刚度调平设计 杨 敏 （1998）减少沉降桩基础 刘惠珊 （1999）,国 外 的 研 究 者 JB Burland; B B Broms（1977） Hooper (1977) Hain and Lee(1978) Cooke(1979) T Whitaker(1980) H G Poulous (1985) etc,桩基学科新进展,桩基学科新进展,变刚度布桩模式,均匀布桩与变刚度布桩的变形与反力示意,我国学者的研究和实践成果累累，可以说在总体上已赶上和超过了国际水平，当前亟需进一步加强国际交流，建议要把各家的学说加以整合，推出去。,桩基学科新进展,（二） 地基处理技术与桩基技术互相渗透应用 1. 灌注桩后注浆技术,1993年12月，本人在工业建筑杂志上发表大直径灌注桩的产生、发展与前景纪念大直径灌注桩诞生100周年（18931993）一文中最早介绍了灌注桩的后注浆技术 10余年来此技术已在我国获得了广泛的大量的应用，取得了非常好的技术经济效益。这是把地基处理技术与桩基工程技术相结合应用的最典范的技术之一,桩基学科新进展,如今对此技术的施工设备、施工工艺、注浆管的构造以及后注浆对于提高桩的承载力、改善桩身质量的功效已广为人知，并且对其提高桩的承载力的机理已经有许多学者做了卓有成效的研究。 北京市近10年来已将该技术成功应用于几乎全部高层、超高层和大型公共建筑的桩基工程，包括CCTV和BTV的新址，国家体育场鸟巢等等。 但是到目前为止，对后注浆工法作用机理的研究还不够深入。有研究发现，桩端后注浆还可使桩身土挤产生预应力的作用。,桩基学科新进展,2.在复合地基中打入刚性桩或柔性桩形成 复合地基的竖向加固体,3. 日本出现了一种“水泥土肋形钢管桩,水泥乳浆（水灰比1：65）制成搅拌桩。 进入持力层后，改用较稠的乳浆，乳浆体积约为土体85%。 抗压强度：桩身0.51.0 MP a，桩端610 MP a. 特制的肋形钢管呈螺旋状（可以是内外壁都呈螺旋状，也可仅外壁螺旋状），钢管壁厚622 mm 拉拔试验强度为光面钢管的8倍。 肋形钢管与水泥土整体协同工作不发生滑移。 施工时噪音低，振动小，无需泥浆护壁，无土方排出。 此新桩型，实际上本人在1990年代初曾作过介绍，但因当时我国钢产量还不高，故其实用意义不大，现在我国钢产量高了，则可以进行技术经济比较后酌性推广。,4.水泥土搅拌桩向刚性桩发展,桩基学科新进展,南科院何开胜等（1998）在南京炼油厂油 罐（60m)工程中，改进搅拌桩机及工艺，制 成长达30m的水泥土搅拌桩，测得桩顶荷载可 传递至25m之深，打破了已往认为搅拌桩的临 界深度10m左右之说。,桩基学科新进展,（三）桩型发展 壁板桩或称壁桩,Barrettee,单体壁桩截面的形状,桩基学科新进展,壁桩的发展有后来居上之势,桩基学科新进展,壁桩和扩底桩结合基础 圆形结构壁桩布置,连续墙、壁桩及扩底桩联合基础,桩基学科新进展,挤 扩 支 盘 灌 注 桩它是利用静力挤扩技术，既加密增强土体又扩大桩的承载面，从而大幅度提 高桩的承载力。也称多级钻扩桩、糖葫芦桩、日本 称为竹节桩,已被大量应用.,a-普通钻孔灌注桩受力机理 b-挤扩支盘桩受力机理,有一本书，书名是新型桩挤扩支盘灌注桩设 计施工与工程应用，徐至钧等编著，机械工业出 版社出版，行销很广，已出第二版，最近发现该书大 量抄袭史佩栋的文章。徐至钧已做了检讨，写了致歉信。 致歉信将在多家专业媒体期刊公开发表。,桩基学科新进展,桩基学科新进展,蓄能桩/热交换桩 Energy Exchange Pile 瑞士联邦科技学院（洛桑）的一项创新成果,主要研究者 L.Laloui 1993年 写出博士学位论文 2003年 发表于加拿大岩土学报 2005年 专著热交换桩性状的实验和数值研究， 为地基处理案例一书的一章,桩基学科新进展,蓄 能 桩,季节性热能存储系统,桩基学科新进展,桩基学科新进展,（四）桩基检测技术的进展 大吨位及困难条件下的 （山上、水下、坡地、深基坑内） 试桩技术 Osterberg试桩法 应用与问题,1.传统的静载试桩法遇到了挑战,费时、费力、费钱、不安全,2. 美国Osterberg教授（1918- ） 于1984年提出了新的试桩方法,3. Osterberg试桩法的主要特点,4. O-cell可放在桩身的不同部位,5.O-cell放置在灌注桩的中部,O-cell 可以组合,6. O-cell法在国外的应用,国外应用Osterberg试桩法测得的最大单桩承载力 （t=美吨=2000磅）,7. 日本的一项研究成果,日本学者曾于1960年代末提出桩底加载法，并获得专利,8. 以色列也有类似方法,早在1960年代获得了本国专利； 但日、以两国当时并没进行推广,9.O-cell法在我国引进应用,1995年岩土工程学报第6期，首次报道； 19951999专业期刊、学术会议多次介绍； 1999年实用桩基工程手册专节介绍； 2004年深基础工程特殊技术问题专章介绍 -“大吨位及困难条件下桩的静载试验技术” 这是对O-cell法应用的定位,10.清华大学李广信教授 进行了不同加载方式下 桩侧阻力研究及 模型试验+现场试验,11.江苏南京的研究应用, 1997、2000 龚维明教授申请获得了“桩承 载力测定装置”及“桩承载力测定用荷载箱” 专利 提出了“自平衡法” 之名称 桩承载力自平衡测试技术规程出台 在国内大面积推广,12. 浙江、安徽、上海等地开展了应用与研究, 浙江制作了“可回收的 O-cell” 安徽主要用于人工挖孔桩，已制订地方标准 上海辉固岩土公司邀请Osterberg试桩公司新 加坡分公司合作测试苏通大桥、杭州湾大桥 等-提供了原汁原味的O-cell法及试桩报告 以色列的代表成立通莫公司，开展测试，地域 涉及：山东、河南等省及浙江宁波、杭州等地 国内其它许多地方相继开展了应用研究,13. 港澳台地区的应用, 香港：已纳入特区政府的 GEO 12006 基础设计施工指导书 在大直径灌注桩中广泛应用 在钢桩中也有应用 澳门：在葡京大酒店应用O-cell法 台湾：早在1993年即已在地工技术杂志 第43期作了介绍 近年，台北-高雄高速铁路工程设计规范规定 采用O-cell试桩，同时用传统法作对比,14. O-cell法的优点和局限性, 它是一种构思独特、装置简单，试验方便安全， 有巨大推广价值的试桩方法 由于试桩的受荷状态，毕竟不同于桩在正常工 作时的状态，诸多问题有待深入研究, 例如： 桩侧阻力的问题 荷载箱的摆放位置，影响试桩结果 判定单桩承载力的方法不一，有待研究 对长桩测试可能问题较多；对嵌岩桩测试较好 不能应用于桩基竣工后检测，等等, 某地方标准第一节总则第1.1条称：“自平衡试桩法是接近于竖向抗压（拔）桩的实际工作条件 的一种试桩方法”。,几个问题供大家商榷（一）,几个问题供大家商榷（二）, “自平衡法”，要找到自平衡点， 是一个困难 而又复杂的问题（龚维明教授语） 所谓 “自平衡法” 已经纳入某一行标，等 所谓“美国在80年代在研究自平衡法”,几个问题供大家商榷（三）, 已经发现此法最大的问题可能是，所测得的单桩 承载力将会随着荷承箱摆放位置不同而不同。,几个问题供大家商榷(四）, 判定单桩承载力目前有简化转换法、 等效转换法，还有精确法，等等， 以及经处理而得. -岩土工程不求计算精确， 只求判断正确（顾宝和大师语） 实际上，已做的试验大多是成功的， 也有失败的，亟需总结交流； 建议举行专题研讨会；制订规范宜慎重,桩基学科新进展,（五）桩的废除技术 及 托换技术 兴起 1,桩基学科新进展,（五）桩的废除技术 及 托换技术 兴起 2,桩基学科新进展,（五）桩的废除技术 及 托换技术 兴起 3,桩基学科新进展,（六）新的桩基工程手册即将出版,桩基学科新进展,本手册是我国近十年来桩机工程大发展的 产物，可以说是当今我国桩基工程学科较完备的一 部手册。全书含八篇4