这篇文章是我的一位朋友---原浙江大学教授史佩栋先生所著,对深基础的定义及发展和现状作了系统的阐述,对岩土工作者是一份难得的教材,特介绍给大家。 ?{J1Uw<
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深基础的历史演进与技术发展现状 Sq ]gU
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史佩栋 C|TQf8
(浙江省建筑业行业协会地下工程分会,杭州,310011) jgIG";:Q
t~/:St
摘 要 本文分为五节,1.何谓深基础?;2.深基础的历史演进;3.深基础工程技 m{ !$_z8:
": M]3.
术在20世纪后半叶的大发展;4.深基础工程不断引发热点难点问题;5.深基础工 qpYgTn8l7
pF-_yyQ
程的后续技术。本文为作者新著《深基础工程特殊技术问题》(即将由人民交通 vf{$2rC
sIgTSdk
出版社正式出版)的第一章,特先在此发表,以饷省内读者,并请大家指正。 {L%J DJ
关键词 深基础 桩基础 沉箱沉井 锚碇地下连续墙 热点难点问题 后续技术 n-cI~Ax+4
o&Xp%}TI
1. 何谓深基础? `hkvxt
按照国内外的传统观点,以及迄今常见的教科书、专著、手册或标准中的表述, =-fM2oiI:
YYYF a
建构筑物的基础工程常视其埋置于地面以下的深度不同,而分为浅基础和深基础 R P<M
`@],J
两类。但浅基础与深基础具体如何划分?浅基础或深基础的定义是什么?却长期 ,#3Aaw
%bN{FKNN
以来众说纷纭,未见有统一认识;即使同一作者在不同时期也会有不同的说法。 EHm*~Sd
LkS tU)
表1-1是近50年来国内外的一部分有代表性的出版物和术语标准中所见到的关于浅 e,_Sj(R8
eTvjo(Lvx
基础的定义,见仁见智,可见一斑。[1] L,y
q=%h|
ZZI}
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浅基础的定义 表1-1 8xgBNQdPT
序 号 定 义 出 处 8VMA~7^
jc
Mn
1 D≤4或D<5m 文献2,3([前苏联]1947;陈梁生、陈仲颐,1957) \]]K{DO
2 D≤2B 文献4(美)H.F.Wiuterkon etc.1983) ?%hd3zc+f
3 D≤B 文献5,6(高大钊,1998,1999) 'WP~-}(
4 D≤B 文献7([澳大利亚]I.K.Lee等,1983) ^]R_t@
5 D≤B 文献8([美]J.E.Bowles,1987) &AJkYh
6 D<5m 文献9,10(顾晓鲁,1978,1993) O0L]xr
7 D=3~5m 文献11(杨位氵光, ,1981) B?=R= p
8 明挖基础 文献12(刘成宇,1981) s)r!3HS
9 D<B或 D<5m 文献13(JGJ84-92) klT?h[I!
10 D<B或 D<5m 文献14(GB/T50279-98) "I/05k K
`D~oY=
注:D—基础埋置深度;B—基础底面宽度或最小宽度。 K {v^Y,B
l_Lz9k
更为有趣的是,作者手头有一本上世纪70年代购得的香港工艺出版社出版、袁芝 %"A8Af**I
Y$v #>w_M
编译的《土壤力学与例题详解》一书(未印明出版年月,也未说明其编译的依据 >,]a>V
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是何书)。该书第256页写道:“设基础最小宽度为B,埋入土中的深度为Df, 则 N wk
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Df / B <1者属于浅基础,Df / B > 3 ~ 5者属于深基础。”这是在同一本书中 )-&@8`
D5P-$1KPt
对浅基础与深基础的划分竟有互不衔接的标准,试问:当 Df / B> 2 ~ 3时,应 t,|Apl]
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属于什么基础? =JzzrM|V*
Xpg-rxX
诚然,浅基础和深基础的荷载传递机理和破坏模式不同,其设计计算方法和计算 E4892B:`
1Ys=KA-!_x
参数必须有所区别。但工程实践证明,若纯以某一相对深度或绝对深度来界定深 -(:T&rfTp
yV:8>9wE8
基础或浅基础,常徒然造成计算结果的混乱。 z@~H{glo
美国基础工程专家J.E.Bowles曾说过,尽管浅基础的定义可以略带随意性地定为D 92<+ug =
_.; PLq~0
≤2B或≤B等,但下部结构的实际形状和位置却会明确确定基础的真正类型。[8] = +MF@ 4
9S@x
何况就施工技术而言,似乎没有必要在浅基础和深基础之间人为划定一个相对的 -^CW}IM{ I
#&Tm%CvB
或绝对的深度界限。 w!6{{m
|nx3x
如所熟知,通常所谓浅基础一般是指独立基础、条形基础、筏形基础、箱形基础 Y:TfD{Xgc
xz!0BG
、壳体基础、大块基础及不埋式基础等;而桩(墩)基础、沉井、沉箱、锚拉基 QjY}$
(c0L
H
础、板桩墙及地下连续墙一类的支挡结构,则被统称为深基础。这实际上不是单 7CH&n4v
+?U[362>
纯按照基础埋置的深浅,而是按照基础结构的主要特征和对施工技术的不同要求 KJec/qca
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而作出的比较明确的分类。 z:f&k}(
P(k*SB|D
可以看到,有的文献如[ 15,16 ] 等,虽然仍对基础工程分为浅基础与深基础两 g]?pY
Twa(RjB<
类进行论述,却并未给出它们的量化的界定或定义。文献[17] 虽有浅基础一章, zl:by?
X1.-C@o
也并未给出它的深度定义。而文献[18] 则以“地基主要受力层”的观点代替了浅 6LCtWX
KqntOo}
y)
基础和深基础的提法。 p7Wt(A
n~ad#iN
随着基础工程理论研究、设计计算方法和施工技术的急剧发展,如今不同的基础 `~)?OTzU#
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类型常被联合应用,较典型的例子如,在软土地基的高层建筑中广泛应用了桩筏 [S,$E6&j$"
7wh4~
、桩箱基础;以及近年首先在我国北方,继而推广至南方的许多建构筑物中的CFG |w|c!;,
<|_>r`@%l
桩加褥垫或加条基或筏基等等。因此,现今所谓浅基础或深基础似乎只是沿袭传 pS+w4gW
0q"4\#4l
统习惯,提供一个概念而已。而将浅基础与深基础合理地加以联合应用,以充分 94#,dA,M
`KA==;0
发挥地基土的作用,乃至发挥地基—基础—上部结构的共同作用,应当认为是基 ~F'6k&A^q
=M;F&;\8
础工程设计和施工技术通过20世纪后期大量的科学研究和工程实践所取得的一项 m_/Ut
-@(LN%7!C
历史性的突破或创新。[19,20] ,FzkGB#
%"mI["{
上述观点已为大量工程实践所证明。因此,今天的深基础工程,或者说,完整意 Dnw^H.
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义的深基础工程,可用图1-1表示。它表明了深基础工程是一门综合性很强的边缘 {. 9BG&
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学科。 auK9wQ%\
zU&Iy_Ke.
深基础深部结构体(桩、墩、锚、沉井、沉箱等) /'jX_
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围护结构——如地下连续墙等 + m-88
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基坑内外土体加固(本属于地基处理范畴) #ay/VlD@
&!X<F,
深基坑工程 撑锚体系 NgyEy n
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HAK,z0/
工程降水
QvZ"{
^t4^gcoZ4Z
土方开挖 {TNORbZz
';FJs&=I
完整意义的深基础工程 U,i_}O3Q
wz`% (\
桩顶承台/ 筏基/ 箱基等结构体(传统上属于浅基础范畴) lu"0\}7X
VU,G.eLW
——大体积基础混凝土施工 I#(lxlp"Ho
#wIWh^^ Zy
工程监测与环境保护(应是深基础工程的重要组成部分, Hvk~BP'
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应用于桩基施工、基坑围护结构施工、降水、土方开挖、大体积混凝土施工等各 !VWA4 e!+
g,JfT^
阶段) I~n4}}9M
.4%z$(+6
图1-1完整意义的深基础工程 . J O3#
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2. 深基础的历史演进 gdf0
研究表明,深基础或浅基础都具有悠久的历史。但目前尚不甚清楚它们二者的出 i&>^"_4rc
tJ;qZyy(
现,究竟孰先孰后。深基础现今最常用而且用量最大的是桩基础,其次是沉井和 }jCO@v;
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地下连续墙。 i;^lh]u
pV ^+X}
一、桩的起源 Gb`)d
人类远在有历史记载以前,就已在其所聚落的沼泽、湖泊或洪积地区,以及江河 ZMgsuzg
UV D D)
海洋岸边伐木入土而成桩,以构筑其栖身之所。 5`p9Xo>)yW
M@{?#MkS%
我国的考古学家于1973年和1978年分两期相继在浙江东部余姚市河姆渡村发掘了 Nq`;\E.M
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新石器时代的文化遗址,出土了占地约4万m2的木桩和木结构遗存。经测定,其浅 qG;tD>jy
CjpGo}a/
层第二、第三文化层大约距今6000年,深层第四文化层大约距今7000年。这是太 ZcXAqep8'
1}wDc$O
平洋西岸迄今发现的时间最早的一处文化遗址,也是环太平洋地区迄今发现的规 n/1t UF
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模最大、最具有典型意义的一处文化遗址和木桩遗存。[19] ik(YJw'i7E
0"OEOYs}
1981年1月美国肯塔基大学的考古学家在太平洋东南沿岸智利的蒙特维尔德附近的 gW~T{+f
c<|y/n
杉树林内发现了一所支承于木桩上的木屋,经用放射性碳14测定,知其距今已有 cgrSd99.
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12000至14000年历史。这可能是全球迄今所发现的人类最古老的建筑物和木桩遗 hE(R[hc
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存。[19] zJw5+
+
'/8/M{`s
尔后,自1996年10月至1997年1月,我国考古学家又在浙江余姚市的鲻山(东距河 pmB
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姆渡约10公里)等地发掘了木桩遗迹,其时代与河姆渡遗址相同。
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6
人类最早所使用的木桩,估计主要是凭其四肢和体力攀折大自然中的树木枝干打 Bu=1-8@=qs
#E!^oZm<Z
入土中,后来才逐渐借助于最原始的石器工具砍树伐木打入土中而成桩。 iuY,E
#b[bgxm
河姆渡出土文物表明,人类在新石器时代,已具备了制桩和打桩的成套工具,其 .|[{$&B
,.9 lz
中包括使今人十分惊奇的带有木柄且用榫卯结合的石斧、石凿、石槌、木槌,以 YgcW1}
VNWB$mM.2
及用动物骨制成的锐利的刀具等。 :38{YCN
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河姆渡现今海拔高程平均约3~4m。所发掘的第四文化层位于今自然地面以下约- p\=T#lb
O^~IY/[
3.25至–3.80m。其所出土的数百根木桩或直立,或微斜,大多高出当时地面约 uG7]s]Wdz;
L3Y,z3/
800mm至1m左右,参见图1-2至1-4。 $f3 IO#N
c46-8z$
图1-2 河姆渡出土木桩现场(全貌) <)T| HKx
Qa=Y?=Za
图1-3 河姆渡第一次考古发掘现场 ?3BcjD0
PSq?8.
图1-4 河姆渡遗址博物馆外景 J "I,]
Vt}QPNt
图1-2和1-3所示木桩,其截面有圆形、方形和板状三种。圆桩直径约Φ60mm~ 8S8qj"s
@h|qL-:!vG
Φ180mm不等;方桩尺寸约 60mm×100mm 至150mm×180mm不等;板桩厚度约14至 gvT}UNqL
`r1}:`.m,
40mm,宽度约100~500mm不等。桩的入土深度一般为400至500mm,承重桩的入土深 f9u=h}
3!p`5hJd
度约1m多;桩的下端均被削尖。 6a,8t
s;TB(M~i[
考古研究认为,根据这些木桩的排列规律及其附近所出现的众多的带有榫头、卯 n%F _3`
(%L/|F_
口或互相绑扎(当时已用绳绑扎)的大小梁、龙骨和地板等木构件推测,这些木 ,K,st+s|
Hdew5Xn(:
桩应是3栋高架木屋的桩基础。木屋的纵长×进深大致分别是26.4m×6.9m,21.6m L&kCI`Tb
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×7.5m和11.6m×6.9m。研究认为,该处古地貌似是背山面水的一片沼泽。木屋采 D^@@ P
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用高架,主要是为了临空避水防潮;木屋较长,乃是氏族共居之所需。 D{B?2}X
5]dlD #
河姆渡高架木屋的上部形态在发掘时已荡无痕迹。但据史料记载此类建筑物在古 gEk;Tj
b69nj
代曾流行于我国长江下游、东南沿海、云贵高地及海南岛等地,亦流行于环太平 c@[Trk m
G"FO%3&|
洋沿海的其它地区。它在我国建筑史上称为“干阑式建筑”,在西方常傍湖而建 cQt&%SVT]E
$4g{4-)
,则称为“湖居(lake-dwelling)”。这种高架木屋,先民不仅用来居住,而且 ~NK $rHwi%
o^2MfFS
也作仓贮和豢养牲畜之用。其典型的外貌和形成过程在文献[20]第256页图9-1中 rlKR
<4H
z<5 5[~3
有较好的表述。该图较清楚地揭示了桩的起源最初萌发于人类的巢居。 Y
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图1-5所示是河姆渡遗址博物馆正在模仿搭建先民的“干阑式”房舍。 F&wAre<
0V<kpC,4
mh}D[K=~%
图1-5 仿建“干阑式建筑” kMVr[q,MEq
LH4#p%Pb%
图1-6是“干阑式建筑”的一些历史佐证。其中(a)是1956年至1957年在云南晋 O`y3H lc
o C|oh
宁县所发掘的青铜贮贝器的盖上所铸造的图案;(b)是稍后在广州附近发掘的东 GL O3v.
n;
s*Qyd{"z
汉墓 (公元80年)中的陶制随葬品房屋和谷仓。[21] ]6Iu\,#J
y-+W
图1-6 从历史文物所见到的干阑式建筑 ,VVA^'+
7/~=[#]*
(a) 出土的青铜贮贝器盖上的图案 hb;CpA
(b)出土汉墓中的随葬品 iG54 +]
|-V:#1wR.]
河姆渡第二文化层处于今自然地面以下约-1.20m至-1.80处。还发掘了一口2m×2m KUU{X~w
&233QRYM
的方形水井遗址。井孔四壁有紧密排列的直径约60的木桩挡土,其顶端有4根水平 =OO4C
M6p\QKi
木直角相交而构成井圈,水平木与水平木相交处用榫卯结合,直至出土时仍未松 nUj`#%
9 o,`peH
动。考古研究认为,这是我国迄今所知最早的人工水井,见图1-7。 f1aZnl
o+.L@3RT4
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Q NW
图1-7 河姆渡出土水井遗址——用桩作为挡土结构物的起源 LnE/62){N
I;'{X_9$a
从图1-7还可看到,水井系处于一直径约6m的锅底形土坑的底部,土坑周边又有木 ,7@\e&/&
Nt$4;
桩排列呈栅状围护。 X,w X)9]J
以上说明了采用桩作为挡土围护结构,也至少可上溯至新石器时代。 ir}z^+
}BC%(ZH6
二、漫长的木桩时期:自人类有桩以来直至公元19世纪末(在部分国家和地区至 _ VuWo
*w@1@6?j
20世纪中期) 0V3dc+t)O
H};1>G4
考古研究表明,我国和世界许多国家许多地方都存在着人类自新石器时代伊始在 W Csf_1
f9K7^qwkiz
不同年代利用木桩支承房屋、桥梁、高塔、码头、海塘或城墙的遗址,并且也可 .hx(9
tNFw1&
以从一些墓砖、古画等历史文物中领略数千年以前的木桩构筑物的风貌。 E\/[hT
8B*(P>
1953年我国四川成都青杠坡出土的汉代墓砖,其年代约在公元前200年至公元200 #[jS&rr(
_$AM=?P&
年之间,其上所刻画的一座木桥的景象显示每排桥墩各有木桩4根,桩顶设有木梁 4x)vy-y
w|&lRo@1
构成排架,桥上轺车骏马奔驰而过,栩栩如生。它是我国用木桩造桥的最早佐证 A*DN/lG
i+O7," (@
之一,不论在历史文化上或艺术上都是难得的珍品。 D-{*3?x
2ul8]=
上海的龙华塔(图1-8)始建于三国东吴,约公元247年,重建于宋太平兴国二年 .*`^dt
HU>>\t?d
,即公元977年。该塔于20世纪50年代整修时,已故我国著名土力学家俞调梅教授 I4@XOwl{P
m)L50ot:/
曾亲自在塔旁的挖坑中摸到了塔基的矩形木桩,并测得桩的截面厚度为130mm。此 1@OpvO5
iz-z?)%
后有人补测,得知桩的截面宽度为180mm。 EF<TU.)Zf
q~9-A+n
Xsa8YP9
图1-8 始建于公元约247年采用130mm×180mm方木桩的上海龙华塔 C,+
PyfWIU7O
我国至今保存完好的始建于公元6世纪(隋朝)的河南郑州超化寺塔,始建于公元 imif[n+]}d
J*rYw5QB
10世纪(五代)的山西太原晋祠圣母殿浙江杭州湾海塘等,始建于明清时代的北 l[i4\ CT
.4v?/t1
京御桥、南京石头城等,都支承在木桩基础上。 \#%GVru!
qvc<_k^
1998年4月浙江杭州市区涌金广场工地出土了数排木桩,据考证属于唐宋时期,距 >ZkL`!:s
W2X`%Tx0
今约1000年以前的遗存。 fhN\AjB6Td
"Y<;R+z
宋代《营造法式》有“临水筑基”一节,所述即为木桩施工;清代《工部工程做 }
TUr96
H14Q-2U1xa
法》对木桩的选料、布置和施工方法作了具体规定。 oVK:A;3T|
a9e0lW:=c
图1-9是西安附近的古灞桥在1834年(清道光14年)进行翻修时的构造图,它显示 5 I_ :7$8
wIi(\]Q
了木桩、石承台、石墩与灰土护底层的巧妙结合。[21] 7k*
Dazm8_x
2p, U ^h
图1-9 西安灞桥的构造(唐念慈教授绘制) [Ep'm
nlB'@r
据史载,奠基于1866年,建成于1869年的上海圣三一教堂(图1-10)在1000余平 rEWJ3*Hb
=.8n K
y
方米的场地中打了8000余根木桩。1883年该教堂加建钟塔,在100平方米左右的场 TQck$&
eXKEx4rU
地中打了625根木桩,桩的长度为5m多。[23 ] !nl-}P,
;&=jSgr8
Chnt)N`/B4
图1-10 上海圣三一堂(每平方米至少打了约6根木桩) b, a7XANsh
~NIhS!
始建于清代的江西万年桥施工时先用竹笼装石块作为外层围堰,并用木板桩为内 129\H<
m
ftRFG
夹层填泥防水,然后用水车排水而打木桩。 .Qrpz^wdt
+TqrvI.
上海河南路桥于1923年重建,发现其5个木桩基础采用了4种长度不同的木桩(图 EmT_T3v
nV8'QDQ:Al
1-11)。[22] |c0^7vrC
TXi|
图1-11 上海河南路桥的木桩基础(俞调梅教授亲自绘制) fd *XK/h
:7 LA/j
大约至20世纪 20年代或稍晚一些,上海即使是三、四层的房屋,对地基的强度有 R-m5(
s\mA3t
疑问时也常用木桩,一般都是几米长,不超过15m;其大头直径约φ300mm,小头 %/I:r7UR{
8:& !F`o
直径约φ150mm;至30年代初,在多层和高层建筑及重型结构物中由于上部荷载的 By@65KmR"
:dW\Q&iW
需要和打桩机具的改进,开始用长达30m的木桩,其直径相应增大。[23] 3H!]X M
HY5R
建于1930年的上海提篮桥医院,7层钢筋混凝土框架结构,支承在直径φ310mm× i_N8)Z;r
}o:LwxNO
长12.2m的木桩上。建于1931年的卡德公寓(在今黄河路)9层钢筋混凝土框架结 _{'[Uf/l
"mBM<rEn*
构,支承在直径φ280mm×长18.3m的木桩上。建于1934年,解放前雄居我国第一 +m./RlQ{
(UkDww_!
高楼的上海国际饭店,地下二层,地上22层,常称24层,高83.8m,是我国历史上 jz"
>Kh.}
hiVa\s
采用木桩支承的最高楼(图1-12)。 wY ItG"+6
({rcH.:
T9$~tv,5F
图1-12 我国历史上采用木桩支承的最高建筑物上海国际饭店(1934) t[2b~peNI
R*bx&..<
有趣的是,20世纪大约40年代以前,上海常将木桩打在房屋平面的四角,因为人 `l]Lvk8O
ZX&e,X~V
们意识到四角的地基应力较高,需要加固;有的房屋则将木桩打在产权界线的偏 %"r9;^bj&<
pZS]i
"
心墙基之下。[22] H 0+-$s;f
-crMO57/
此外,20世纪50年代以前我国铁路桥梁和码头船坞大多采用木桩基础。 A<|9</9z
3r+c&^
在西方,古罗马具有应用木桩的悠久历史。意大利16世纪的一位建筑师Andrea O=bkq}
/b>xQ.G
Palladio曾根据公元前55年凯撒大帝的一段文字叙述,绘制了一幅老木桥的结构 2g O@
yJ!26
图,参见文献[1]第258页。该桥确实建成于何年何地尽管犹待查考,它毕竟提供 _0$>LWO~
&UH0Tw4
了2000多年前古罗马帝国用木桩造桥的一个珍贵佐证。 #$W5)6ch
|v7Je?yh
有趣的是,我国江西长冈乡有一座木撑墩木板桥(见图1-13),其构造与前者相 )]q Qgc&
Pi"?l[T0
比似更为合理,径间较大,撑架较平,用材极省;其建造年代可能比前者晚许多 @@*x/"GJG
8lx}0U
年。 E\D,=|Mul
6V$ )ym*F
Zo2+{a
图1-13我国江西长冈的木撑木板桥 82,^Pu
H4`>B>\
在英国,历史上由罗马人修建的桥梁和住宅中有许多木桩的例证。中世纪在东安 RTlC]`IGT
.pPuBJL]<
格里其沼泽地区修建的大修道院采用了橡木和赤杨木桩。 9 RDs`>v
~OX\R"aZBW
瑞典应用木桩也有悠久历史。1981年曾对奥斯陆市始建于12至14世纪的若干座著 BGi'UL,
p+~Imf-Jk
名的大教堂进行了整修,发现它们的木桩基础完好无损。[24] p7> 9
m
Crc6wmp
瑞典大约至中世纪,打桩的工具已由手工木槌、石槌渐渐发展至改用绞盘提升锤 By6O@ .\V
NTq_"`JjZ
头,然后让其自由坠落冲击桩顶,这就是今日所称的落锤法施工。 1P"7.{
#+D][LH4
瑞典首都斯德哥尔摩市由14个大小岛屿和70余座桥梁组成。图1-14是16世纪斯德 W)ug%@ )
M <JX
哥尔摩市在冬季结冰期间所使用的一种“双动式”打桩机。它后来被放在驳船上 WwsNAJ
J\+fkN<.
,也用于不结冰的河流中。瑞典著名学者Olaus Magnns曾在其巨著《北欧人民的 1f+A_k/@
h^rG5Q
历史》中写道:瑞典王国的首都就是建造在用这样的打桩机打下的桩上的。 ,X3D<wl
@cIYS%iZ
ng+sK
图1-14 16世纪斯德哥尔摩市采用过的“双动式”打桩机 NB<8M!X/
<|k :%
随着打桩数量的增加和深度的加深,落锤式打桩机渐渐显得无能为力。于是,至 bxYSZCo*
-Wa<}Tz
1782年,亦即瓦特发明改良的蒸汽机后约13年,蒸汽打桩锤应运而生。至1911年 mQ1
CP\[9#]:
,亦即狄塞尔发明内燃机后约18年,导杆式柴油机打桩锤问世。大约又过了20年 !B Pm{_C
YZfi-35@g
,高效的筒式柴油打桩锤问世。 :2xGfy??
\h'7[vkr
图1-15是19世纪末期至20世纪30年代瑞典的建筑物基础的典型做法及其演进,当 i45.2,
=b*GV6b
时所用的木桩一般不超过12 m。 \\ItN
h'S0XU
;
J=Kv-@I>E
图1-15 瑞典历史上建筑物的木桩基础 AQ$)JPs
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哥德堡是瑞典历史上用木桩最多的城市之一。建于1918年至1923年的哥德堡邮局 ZgEV-.>P
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曾用了6000多根木桩。图1-16是瑞典用木桩建造码头的发展过程。瑞典在历史上 \LJ!X3TZ
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还常用木桩来稳定边坡和路堤。 ZB1%Kn#zo4
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图1-16 哥德堡用木桩建造码头的发展过程 8B-PsS|'
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大约至20世纪40年代后期,瑞典木桩的长度达到了20 m。 EE]xZz>o
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长期的应用经验表明,木桩的突出优点是它的强度与重量之比值(R/W)大;它易 90uXJyW;d
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于搬运和施工操作;它在全部处于稳定的地下水位以下时,由于能抵抗真菌的腐 ! xM=7Q
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蚀,几乎具有无限的寿命。但木桩如处于水位变化或干湿交替的环境中,它极易 4J[zNB]
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腐烂,即使作防腐处理,其寿命也不长。[25,26]
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木桩直接取材于天然资源,它的长度、直径和强度都受到一定的限制。由于上部 awR !=\
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结构荷载增大,以及地基的良好持力层埋藏深度加深,木桩的弱点逐渐暴露。同 u\ 7Y_`8
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时,随着工程建设规模不断扩大,在一些地区出现了木材短缺现象。 3(K.:376
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三、木桩、钢桩和钢筋混凝土桩三者并存的时期,从世界范围而言,自19世纪末 8!35
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至20世纪中期。到了19世纪后期,钢、水泥和混凝土相继问世,并且研究生产了 6t7FklM%
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钢筋混凝土,它们先被成功地应用于桥梁、房屋建筑等的上部结构,继而又被成 j.6!T'$|
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功地用来作为制桩材料。19世纪末,在美国和瑞典分别打下了世界历史上第一根 c[2ikI,n[
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钢管桩和第一根钢筋混凝土预制桩。[24] H2|'JA#v
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在桩的发展历史中,这里需要指出发生于19世纪末的一件大事。这就是缘于1871 e~gNGr]L/
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年美国芝加哥市发生的一场大火,产生了直至今日一直被世界许多国家和地区广 ^`#7(S)a/
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泛应用的人工挖孔桩。当时芝加哥市区约2万幢建筑物都被烧毁。在灾后的城市重 afHRy:<+%
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建中,为了提高土地利用率,兴起了建造高层建筑的一股热潮(芝加哥后来因此 bK }ZR*)
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而被称为世界高层建筑的故乡)。但芝加哥城市地表以下存在着厚度很大的软土 ;B
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或仅有中等强度的粘土层,而建造高层建筑如仍沿用当时盛行的摩擦桩,必然会 X,+a 6F
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产生很大的沉降。于是工程师不得不考虑把桩设在很深的持力层,为了满足承载 $hCS-9%&
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要求,还必须把桩的截面设计得很大。但这样的桩既不能用木桩制作,若用钢管 #Ev}Gf+5Q
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桩、型钢桩或钢筋混凝土预制桩,依靠当时的打桩设备也难以打至必要的深度。 =U~53Tg
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于是借鉴人类古代的掘井技术,人工挖孔桩乃应运而生。这种桩后来就被称作“ hwUb(pZ
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芝加哥式挖孔桩”。[27] ,k_ b-/
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另一也具有特别重要意义的大事是,1899年俄国工程师斯特拉乌斯(CTPAYC)首 <=_!8A
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创了沉管灌注桩新桩型。而稍后,1900年美国工程师雷蒙特(Raymond)在完全不 tH; 6Mp;f
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知道前者的情况下,也独自制成了沉管灌注桩,他把它命名为“雷蒙特桩”。 %`pi*/(
上述人工挖孔桩和沉管灌注桩都是人类有了混凝土后,桩型的重大突破,它们至 "uuM#@h
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今百余年,均仍在世界各地被广泛应用,并有了新的改进。 U*{0, Ue'
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自此以后,木桩与钢桩和钢筋混凝土桩在许多国家和地区并存了数十年。在前面 W2-l_{
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的图1-16(d)、(e)和(f)中可以看到瑞典曾在同一工程中应用钢筋混凝土桩 A?04,l]y
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和木桩的例子。 4_>;|2
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我国著名的钱塘江大桥建于1937年同时采用了木桩和钢筋混凝土预制桩。 %cDGs^lgA
木桩与钢筋混凝土桩并存的另一类实例是将钢筋混凝土桩接在木桩顶上,以解决 fcp_<2KH
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因地下水位变化以致木桩容易腐烂的问题;以及木桩长度不足的问题。瑞典的历 .n_Z0&i/w
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史记载了哥德堡约在1935年打下了第一根这种组合桩,即其上段是预制的钢筋混 I-8I/RRkmP
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凝土桩,下段是木桩。 #*9 |\
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几乎在同一时期,我国上海也曾用过这种组合桩,唯其上段为沉管灌注桩。 mEYfsO
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1917年,俄国教授格尔谢万诺夫(ГЕРСЕВАНОБ )发表了著名的打桩动 P%&|?e~D^
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力公式。 9[\do@
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瑞典学者Bjerrum等曾于1948年对钢筋混凝土预制桩和木桩的极限承载力作了比较 :I"22EH
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荷兰在1970年打入桩的总长度约为700万m,其中约15%是木桩,其余为钢筋混凝土 4/{pz$
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桩;瑞典在1974年打入桩的长度约为300万m,其中木桩约20%,其余为钢筋混凝土 OH`zeI,[*
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