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摘要:岩土工程技术创新是其发展的灵魂。本文从技术创新的角度探讨了岩土工程技术创新的方法,以期对广大学者提供研究思路。
关键词:岩土工程;技术创新;应用
技术创新可分了原始创新和跟踪创新,其思维方式的差异,形成了技术创新的不同特点。要把科学严谨化、科技兴国、科技为国家建设和经济发展服务,就需要原始创新。而技术创新则主要是对新产品和新工艺构想的研究,将其投入在技术经济活动之中。判断技术创新成功与否的主要标志是其市场实现程度,而不是技术上的完善程度。近年来,我国经济迅速发展,在岩土工程技术创新领域取得取新的进展,新产品、新工艺层出不穷,我国岩土工程技术在世界领域也有一席之地。
1现浇混凝土大直径管桩(PCC 桩)技术
目前,随着我国经济建设的高速发展,大规模的高速公路、高速铁路、市政工程、大型港口和机场工程等建设进入了新的快速发展时期。而我国沿海和内地湖泊地区存在大量的软弱土环境问题,在软土地基上修建以上构造物对沉降变形提出了更高的要求,迫切需要开发新的优质高效的地基沉降控制技术。复合地基是目前国内外软土地基加固的主要方法,它包括柔性桩复合地基和刚性桩复合地基两大类。总体上来说,柔性桩技术优点是造价低且普及性广,但缺点是桩身强度低、加固深度有限且工后沉降控制较难,而刚性桩桩身强度高、加固深度大,但缺点是费用成本高,大面积推广投资大。因此如何吸收柔性桩和刚性桩两种技术的优点,克服其相应的缺点具有重要的工程意义。现浇混凝土大直径管桩(PCC 桩)技术的应用,其目的是针对目前复合地基处理中柔性桩和刚性桩的优缺点,克服两种桩型的缺点,结合两者的优点,寻求一种具有加固效果好、加固费用低的新桩型,即采用柔性桩的成本达到刚性桩的加固效果。所谓加固效果好,是指桩的承载力高,也就是桩基侧摩阻力或桩端阻力高,沉降控制效果好;所谓加固费用低,是指混凝土材料用量少。为达此目的,需开发一种桩基承载力高且混凝土用量少的新桩型。此外,作为软土地基处理复合地基中的桩基,一般是以摩擦为主型桩,因此要提高承载力,必须尽量提高基桩侧摩阻力,提高侧摩阻力又可以通过增大基桩的侧表面积实现,而增大桩的周长可达到增大侧表面积的效果。显然,桩径越大,桩周长就越大,然而混凝土用量也相应增大,因此,既要增大周长、又要减少混凝土用量,只有将桩的形式变成空心管桩,故大直径空心混凝土管桩应运而生。
2抗液化排水刚性桩
地震作用下砂性土地基中将产生超静的孔隙水压力,由于不能快速消散从而导致地基液化破坏。一般工程场地采用碎石桩作为竖向排水通道来抵抗地基液化,同时,碎石桩本身也具有承载性能,能使(构造物)地基得到加固。碎石桩孔隙大,排水速度快,还对周围土体有挤密作用,因此其抗液化效果好,但碎石桩是一种柔性桩,桩基承载力不高,桩体变形大,因此不能承担较大的上部荷载,对房屋建筑等地基不适应。工程中对于房屋等建筑物地基,普遍采用刚性桩来提高地基承载力,刚性桩承载力高,变形小,但不能排水,在液化地基中容易丧失承载力而引起刚性桩基础的破坏,继而导致房屋破坏,这种灾害实例在每次大地震中都有记录。目前提高桩基承载能力的常用方法为注浆加固,可以采用注浆法使碎石桩加固,形成浆固碎石桩,这种方法能提高桩基承载力,减小桩基变形,但是碎石桩注浆后,桩基的排水能力丧失,显然这种思路行不通。另一种思路是在刚性桩的基础上进行改进,即要在尽量不减少刚性桩承载力的基础上,使刚性桩具有排水能力,有了这个想法之后,创新思路就很明显了,只要人为地在刚性桩中设置一排水通道即可。碎石桩为柔性桩,承载力较低,桩身压缩变形大,但具有排水效果,可抗液化,而刚性桩则相反,其承载力高,桩身压缩变形小,但缺乏排水功能,不适应于液化土层。可以看出,这两种桩型的优缺点正好可以互补,一种桩型的缺点正好是另一种桩型的优点,两者可以相互克服、相互补充。
3克服桥头跳车方法中需封闭施工、增铺材料导致新的沉降的方法
为了克服目前常用处理桥头跳车方法中需封闭施工、增铺材料导致新的沉降等问题,合理有效地、一次性地解决桥头跳车问题,本发明提出一种一次性解决既有高速公路桥头跳车问题、且施工时不影响高速公路正常使用的处理方法。要使软基路段不沉降,有两种方法:一种是传统的增加地基土体强度;另一种是采用轻质土减轻路堤荷载,但主要应用于在建的路堤。对于已通车的高速公路路堤,要在不影响通车情况下将轻质土置换原来的路堤土,需要解决一系列的技术难题。采用拌和机在现场拌和轻质材料,拌和机在底部开孔通过软管与增压泵相连,再通过软管连接到钻杆上端部,形成轻质材料的输送通道。采用螺栓钻杆分别在高速公路桥头路段左、右两侧路堤边坡处倾斜钻孔,钻杆旋转钻进并通过螺纹口向外自动排土,钻孔深度接近路堤填土中心。边旋转边缓慢外拔长螺旋钻机的钻杆,同时开启增压泵,通过钻杆中心管将轻质材料泵送到钻孔。轻质材料通过钻杆中心的孔洞喷出,从下而上逐渐填满孔洞,置换掉了原来的路堤填土。与常规增铺材料处理桥头差异沉降方法相比,该技术方案具有处治效果好、施工便捷、且不影响道路正常运营等显著优势。
4浆固碎石桩技术
在道路、桥梁等工程施工中,复合地基施工方法是目前处理软土地基常用的一类方法。碎石桩属散粒体桩,桩身强度低,但造价相对较低。CFG桩和PHC桩等属刚性桩,桩体强度高,加固效果好,但造价高。在实际工程施工中,作为复合地基技术,一般需要中等黏结强度的桩型即可。另外,传统的桩基复合地基加固技术只发挥桩基础本身的作用,对其桩间土改善甚微,而桩间土也会影响地基加固的质量。同时,随着城市建设和工业发展,大量废弃的砖块、碎石等建筑垃圾以及钢厂大量钢渣等工业垃圾需要进行填埋处理,这既占用了宝贵而有限的耕地,又造成了浪费,也影响了生态环境。碎石桩复合地基技术,由于其具有施工便捷、造价相对较低等优点,在软基处理工程中得到了广泛应用。但是,由于碎石桩属于柔性桩,其在支撑上部荷载过程中,地基沉降量相对较大;这对于上部构建物沉降控制要求相对较高时,碎石桩复合地基无法满足要求,从而在一定程度上限制了其推广应用。基桩后注浆技术是在基桩成桩之后,通过预埋的注浆管,在桩侧、桩端或桩侧联合桩端灌注水泥浆液等,以提高桩侧摩阻力和桩端阻力的技术方案;该技术方案可以有效提高基樁整体承载力,不过常规注浆桩技术均针对刚性桩。基于此项因素考虑,可以将传统碎石桩复合地基和注浆桩两种技术方法组合在一起,在碎石桩施工完成的基础上,通过预埋的注浆管对碎石等散体材料及桩周土体进行注浆,最终形成浆固碎石桩。通过注浆处理后,使复合地基加固区扩展到桩体、浆液渗透加固体和天然土体三部分组成,可以更好地达到提高地基承载力和减少地基沉降的复合效果。此外,桩体材料可以为碎石、砖块或钢渣等废物作为骨料(散体材料),可以有效保护环境,降低施工成本;由于施工机械高度不高,因此不受现场空间限制。
参考文献:
[1]马志涛.现浇混凝土薄壁管桩水平受力特性试验研究与分析[J].中华民居,2014,9(14).
[2]刘汉龙,丁选明,吴宏伟,等.一种PCC能量桩及制作方法[J].经营管理者,2011,7(20).
[3]沈珠江.采百家之长、酿百花之蜜——岩土工程研究中如何创新[J].岩土工程学报,2010,11(08).
[4]刘汉龙,费康,马晓辉,等.振动沉模大直径现浇薄壁管桩技术及其应用[J].岩土力学,2013,24(2).
摘要:岩土工程技术创新是其发展的灵魂。本文从技术创新的角度探讨了岩土工程技术创新的方法,以期对广大学者提供研究思路。
关键词:岩土工程;技术创新;应用
技术创新可分了原始创新和跟踪创新,其思维方式的差异,形成了技术创新的不同特点。要把科学严谨化、科技兴国、科技为国家建设和经济发展服务,就需要原始创新。而技术创新则主要是对新产品和新工艺构想的研究,将其投入在技术经济活动之中。判断技术创新成功与否的主要标志是其市场实现程度,而不是技术上的完善程度。近年来,我国经济迅速发展,在岩土工程技术创新领域取得取新的进展,新产品、新工艺层出不穷,我国岩土工程技术在世界领域也有一席之地。
1现浇混凝土大直径管桩(PCC 桩)技术
目前,随着我国经济建设的高速发展,大规模的高速公路、高速铁路、市政工程、大型港口和机场工程等建设进入了新的快速发展时期。而我国沿海和内地湖泊地区存在大量的软弱土环境问题,在软土地基上修建以上构造物对沉降变形提出了更高的要求,迫切需要开发新的优质高效的地基沉降控制技术。复合地基是目前国内外软土地基加固的主要方法,它包括柔性桩复合地基和刚性桩复合地基两大类。总体上来说,柔性桩技术优点是造价低且普及性广,但缺点是桩身强度低、加固深度有限且工后沉降控制较难,而刚性桩桩身强度高、加固深度大,但缺点是费用成本高,大面积推广投资大。因此如何吸收柔性桩和刚性桩两种技术的优点,克服其相应的缺点具有重要的工程意义。现浇混凝土大直径管桩(PCC 桩)技术的应用,其目的是针对目前复合地基处理中柔性桩和刚性桩的优缺点,克服两种桩型的缺点,结合两者的优点,寻求一种具有加固效果好、加固费用低的新桩型,即采用柔性桩的成本达到刚性桩的加固效果。所谓加固效果好,是指桩的承载力高,也就是桩基侧摩阻力或桩端阻力高,沉降控制效果好;所谓加固费用低,是指混凝土材料用量少。为达此目的,需开发一种桩基承载力高且混凝土用量少的新桩型。此外,作为软土地基处理复合地基中的桩基,一般是以摩擦为主型桩,因此要提高承载力,必须尽量提高基桩侧摩阻力,提高侧摩阻力又可以通过增大基桩的侧表面积实现,而增大桩的周长可达到增大侧表面积的效果。显然,桩径越大,桩周长就越大,然而混凝土用量也相应增大,因此,既要增大周长、又要减少混凝土用量,只有将桩的形式变成空心管桩,故大直径空心混凝土管桩应运而生。
2抗液化排水刚性桩
地震作用下砂性土地基中将产生超静的孔隙水压力,由于不能快速消散从而导致地基液化破坏。一般工程场地采用碎石桩作为竖向排水通道来抵抗地基液化,同时,碎石桩本身也具有承载性能,能使(构造物)地基得到加固。碎石桩孔隙大,排水速度快,还对周围土体有挤密作用,因此其抗液化效果好,但碎石桩是一种柔性桩,桩基承载力不高,桩体变形大,因此不能承担较大的上部荷载,对房屋建筑等地基不适应。工程中对于房屋等建筑物地基,普遍采用刚性桩来提高地基承载力,刚性桩承载力高,变形小,但不能排水,在液化地基中容易丧失承载力而引起刚性桩基础的破坏,继而导致房屋破坏,这种灾害实例在每次大地震中都有记录。目前提高桩基承载能力的常用方法为注浆加固,可以采用注浆法使碎石桩加固,形成浆固碎石桩,这种方法能提高桩基承载力,减小桩基变形,但是碎石桩注浆后,桩基的排水能力丧失,显然这种思路行不通。另一种思路是在刚性桩的基础上进行改进,即要在尽量不减少刚性桩承载力的基础上,使刚性桩具有排水能力,有了这个想法之后,创新思路就很明显了,只要人为地在刚性桩中设置一排水通道即可。碎石桩为柔性桩,承载力较低,桩身压缩变形大,但具有排水效果,可抗液化,而刚性桩则相反,其承载力高,桩身压缩变形小,但缺乏排水功能,不适应于液化土层。可以看出,这两种桩型的优缺点正好可以互补,一种桩型的缺点正好是另一种桩型的优点,两者可以相互克服、相互补充。
3克服桥头跳车方法中需封闭施工、增铺材料导致新的沉降的方法
为了克服目前常用处理桥头跳车方法中需封闭施工、增铺材料导致新的沉降等问题,合理有效地、一次性地解决桥头跳车问题,本发明提出一种一次性解决既有高速公路桥头跳车问题、且施工时不影响高速公路正常使用的处理方法。要使软基路段不沉降,有两种方法:一种是传统的增加地基土体强度;另一种是采用轻质土减轻路堤荷载,但主要应用于在建的路堤。对于已通车的高速公路路堤,要在不影响通车情况下将轻质土置换原来的路堤土,需要解决一系列的技术难题。采用拌和机在现场拌和轻质材料,拌和机在底部开孔通过软管与增压泵相连,再通过软管连接到钻杆上端部,形成轻质材料的输送通道。采用螺栓钻杆分别在高速公路桥头路段左、右两侧路堤边坡处倾斜钻孔,钻杆旋转钻进并通过螺纹口向外自动排土,钻孔深度接近路堤填土中心。边旋转边缓慢外拔长螺旋钻机的钻杆,同时开启增压泵,通过钻杆中心管将轻质材料泵送到钻孔。轻质材料通过钻杆中心的孔洞喷出,从下而上逐渐填满孔洞,置换掉了原来的路堤填土。与常规增铺材料处理桥头差异沉降方法相比,该技术方案具有处治效果好、施工便捷、且不影响道路正常运营等显著优势。
4浆固碎石桩技术
在道路、桥梁等工程施工中,复合地基施工方法是目前处理软土地基常用的一类方法。碎石桩属散粒体桩,桩身强度低,但造价相对较低。CFG桩和PHC桩等属刚性桩,桩体强度高,加固效果好,但造价高。在实际工程施工中,作为复合地基技术,一般需要中等黏结强度的桩型即可。另外,传统的桩基复合地基加固技术只发挥桩基础本身的作用,对其桩间土改善甚微,而桩间土也会影响地基加固的质量。同时,随着城市建设和工业发展,大量废弃的砖块、碎石等建筑垃圾以及钢厂大量钢渣等工业垃圾需要进行填埋处理,这既占用了宝贵而有限的耕地,又造成了浪费,也影响了生态环境。碎石桩复合地基技术,由于其具有施工便捷、造价相对较低等优点,在软基处理工程中得到了广泛应用。但是,由于碎石桩属于柔性桩,其在支撑上部荷载过程中,地基沉降量相对较大;这对于上部构建物沉降控制要求相对较高时,碎石桩复合地基无法满足要求,从而在一定程度上限制了其推广应用。基桩后注浆技术是在基桩成桩之后,通过预埋的注浆管,在桩侧、桩端或桩侧联合桩端灌注水泥浆液等,以提高桩侧摩阻力和桩端阻力的技术方案;该技术方案可以有效提高基樁整体承载力,不过常规注浆桩技术均针对刚性桩。基于此项因素考虑,可以将传统碎石桩复合地基和注浆桩两种技术方法组合在一起,在碎石桩施工完成的基础上,通过预埋的注浆管对碎石等散体材料及桩周土体进行注浆,最终形成浆固碎石桩。通过注浆处理后,使复合地基加固区扩展到桩体、浆液渗透加固体和天然土体三部分组成,可以更好地达到提高地基承载力和减少地基沉降的复合效果。此外,桩体材料可以为碎石、砖块或钢渣等废物作为骨料(散体材料),可以有效保护环境,降低施工成本;由于施工机械高度不高,因此不受现场空间限制。
参考文献:
[1]马志涛.现浇混凝土薄壁管桩水平受力特性试验研究与分析[J].中华民居,2014,9(14).
[2]刘汉龙,丁选明,吴宏伟,等.一种PCC能量桩及制作方法[J].经营管理者,2011,7(20).
[3]沈珠江.采百家之长、酿百花之蜜——岩土工程研究中如何创新[J].岩土工程学报,2010,11(08).
[4]刘汉龙,费康,马晓辉,等.振动沉模大直径现浇薄壁管桩技术及其应用[J].岩土力学,2013,24(2).