我国近十年深基础工程技术发展现状

我国近十年深基础工程技术发展现状兰州交通大学桥梁系我国深基础工程技术发展现状与展望大规模的经济建设促进了深基础工程大发展,深基础工程，按照中外工程界学术界的共识，主要是指桩基及基坑工程两大范畴。前者为上部结构提供可靠的支承，后者为开发利用地下空间提供安全保障.1.我国近十年深基础工程成就进入21世纪10年来，我国深基础工程的巨大成就突显在以下4大领域。1.1高速铁路建设•截至2010年末，我国高铁运营里程已达到8358km，在建高铁约17000km，路网规模和速度等级均居世界第一。根据规划，至2011年，高铁将新增4715km，总运营里程将达到13073km，至2020年将达到16000km，从而将构成全球领先的最大高铁网络。京沪高铁全长1318km，是当今世界一次建成线路最长、技术标准最高的高速铁路。高铁均采用无碴道床，并有高架封闭。我国高铁的最高试验时速达到486.1km。•我国已建、在建的高铁路基、桥梁、站房等设施，所应用的基桩数量估计已达1000万根以上，它们分布于各种复杂的地质条件和环境条件。近10年来，我国“八纵八横”高速铁路网的建设也应用了大量深基础工程。建于青藏高原的铁路桥梁大量采用了大直径挖孔桩，破解了在冻土层、砾石、漂石和基岩中成孔灌桩的难题。贯通我国东西部的关键瓶颈，建于崇山峻岭、悬崖峭壁、溶洞暗河之间、穿越古蜀道的宜(昌)万(州)铁路是我国乃至世界铁路建设中最困难、最复杂的线路之一。它全线长仅377km，总投资高达226亿元，工期长达7年(2003年12月—2010年12月)。全线有桥梁253座，桥高超过100m的有23座，最高桥墩高达128m，基础深入溶洞几十米，基础横截面甚至达数百至1000m2，堪称罕见的深基础。1.2城市轨道交通建设•10年来，我国城市轨道交通建设快速发展。北京等12个城市的轨道交通至2010底运营里程总长已达1270km，其中上海市420km，北京市336km，广州市236km，3大城市相继步入网络化建设和运营的阶段。至2010年底，已获国家批准建设轨道交通的29个城市在建总里程约1800km。预计至2020年，我国城市轨道交通总里程将达6000km，位居世界各国之首。据估计，我国轨道交通包括地铁和轻轨线路上已建成的车站约2000座，若加上各条线路终端相关的维修保养车库车辆段和控制调度等场所，深基坑工程规模巨大，而且为了方便乘客可以在多条线路之间做到同站“无缝对接”或“零换乘”，以及在车站等处开发上盖物业等，均使得其基坑工程设计与施工的难度越来越大。1.3各类桥梁和港口码头建设•我国普速公路和高速公路均迅速发展，已形成了“五纵七横”共3.5万km的国道主干线网络，促进了跨江跨河跨海的大桥、特大桥的大量兴建。加之数百座城市道路网的发展，造就了高架路与立交桥星罗棋布，逶迤曲折。公路和城市各类桥梁主要也采用各种混凝土灌注桩和扩底桩;近年钢管桩的用量有所增加。许多港口码头因有水上运输之便，采用大直径后张法预应力大管桩，减少了桩身成桩质量的风险。10年来，在我国已建和在建的数百座大桥、特大桥中，有数座桥梁尤为著称于世。•1）在21世纪之初开工，2008年5月建成通车，世界最长的跨海大桥——杭州湾大桥，全长36km，桥宽33m，双向6车道，采用了钻孔灌注桩(3400根)和钢管桩(5474根，桩长71～89m，直径1.5～1.6m，钢管壁厚20，22mm)。东海大桥上海南汇芦潮港至宁波大小洋山港的东海大桥，2005年建成，全长32.5km，双向62.5m、长110m嵌岩钻孔灌注桩及长60m的1.5m钢管桩。大规模成功应用了海上砂桩技术(见图3);东海大桥的海上风力发电站规模为亚洲最大。世界最长的跨海大桥——杭州湾大桥，在21世纪之初开工，2008年5月建成通车，全长36km，桥宽33m，双向6车道，采用了钻孔灌注桩(3400根)和钢管桩(5474根，桩长71～89m，直径1.5～1.6m，钢管壁厚22mm)。杭州湾大桥胶州湾海湾大桥我国首座海上桥梁集群工程———胶州湾海湾大桥，也称青岛海湾大桥，跨胶州湾海域而建，将青岛市与近海岛屿黄岛连接，全长36.48km，宽35m，采用大直径钻孔灌注桩，2007年5月开工，建成后将超过杭州湾大桥而成为世界最长跨海大桥。嘉(兴)绍(兴)跨江大桥嘉(兴)绍(兴)跨江大桥，3.8m×110m(长)的特大直径钻孔灌注桩，单根桩混凝土灌注量达1300m3，施工用的钢管护筒重达40t。润扬长江大桥江苏镇江至扬州的润扬长江大桥，2000年10月开工，2005年5月建成通车，全长35.66km，其南汊为悬索桥，北汊为斜拉桥，南北塔基均采用2.8m钻孔灌注桩，南北锚碇基础分别采用冻融排桩法和地下连续墙方案，基坑平面69m×50m，基坑深达50m苏通长江大桥是世界最长的斜拉桥，全长8146m，支承于(2.5～2.8)m×(101～119)m(长)的钻孔桩，于2009年建成。南京大胜关铁路桥•南京大胜关铁路桥，全长14.78km，是我国第1座高速铁路过江桥，也是世界最大可同时行车3种速度的大桥，即京沪高铁双线(300km/h)，沪汉蓉普铁双线(200km/h)及南京城市地铁双线(80km/h);采用2.8m×112m(长)钻孔灌注桩，支承于泥岩土;2006年9月开工，2009年建成。西堠门大桥，自1999年开工至2008年建成贯通，是我国规模最大的桥路连接工程，全部采用大直径钻孔灌注桩。•2）我国首座外海大桥———上海南汇芦潮港至宁波大小洋山港的东海大桥，2005年建成，全长32.5km，双向6车2.5m、长110m嵌岩钻孔灌注桩及长60m的1.5m钢管桩。大规模成功应用了海上砂桩技术(见图3);东海大桥的海上风力发电站规模为亚洲最大。•3)我国首座海上桥梁集群工程———胶州湾海湾大桥，也称青岛海湾大桥，跨胶州湾海域而建，将青岛市与近海岛屿黄岛连接，全长36.48km，宽35m，采用大直径钻孔灌注桩，2007年5月开工，建成后将超过杭州湾大桥而成为世界最长跨海大桥。•4)嘉(兴)绍(兴)3.8m×110m(长)的特大直径钻孔灌注桩，单根桩混凝土灌注量达1300m3，施工用的钢管护筒重达40t。•5)江苏镇江至扬州的润扬长江大桥，2000年10月开工，2005年5月建成通车，全长35.66km，其南汊为悬索桥，北汊为斜拉桥，南北塔基均采用2.8m钻孔灌注桩，南北锚碇基础分别采用冻融排桩法和地下连续墙方案，基坑平面69m×50m，基坑深达50m。•6)江苏苏通长江大桥(自苏州常熟至南通)是世界最长的斜拉桥，全长8146m，桩经(2.5～2.8)m×(101～119)m(长)的钻孔桩，于2009年建成，获国际GeorgeRichardson奖，是我国迄今获此殊荣的首座桥梁工程。•7)南京大胜关铁路桥，全长14.78km，是我国第1座高速铁路过江桥，也是世界最大可同时行车3种速度的大桥，即京沪高铁双线(300km/h)，沪汉蓉普铁双线(200km/h)及南京城市地铁双线(80km/h);采用2.8m×112m(长)钻孔灌注桩，支承于泥岩土;2006年9月开工，2009年建成。浙江台州椒江二桥，桥宽39.5m，总长3.7km，采用了2.5m×139m(长)的钻孔灌注桩，进入凝灰岩深度＞3.5m，是我国当今最长钻孔灌注桩。连接香港、珠海、澳门的港珠澳大桥和沉管隧道，全长29.6km，涉及诸多深基础工程，正在施工中•8)浙江台州椒江二桥，桥宽39.5m，总长3.7km，采用了2.5m×139m(长)的钻孔灌注桩，进入凝灰岩深度＞3.5m，是我国当今最长钻孔灌注桩。•9)在十二五规划中已被列为“舟山群岛新经济区”的连岛大桥，全长50km，海域含西堠门大桥等5座大桥，自1999年开工至2008年建成贯通，是我国规模最大的桥路连接工程，全部采用大直径钻孔灌注桩。•10)连接香港、珠海、澳门的港珠澳大桥和沉管隧道，全长29.6km，涉及诸多深基础工程，正在施工中。1.4多高层建筑及地下空间开发建设•据英国媒体《金融时报》2011年3月3日报道，中国已成为全球头号建筑大国”。我国建造高楼之风兴起于20世纪八九十年代，至今仍方兴未艾。上海黄浦江畔继420m高的金茂大厦、492m高的环球金融中心之后，一座632m高、121层的上海中心大厦已完成深基础工程，成为我国第一、全球第二高楼。位于广州的71层珠江大厦是世界上最节能的摩天楼，受到了国际上的广泛赞誉。在武汉，1座606m的高楼(武汉中心)即将成为我国第二、全球第三高楼。在二、三线城市如昆明等地，也无不矗立着200m甚至400m以上的高楼。据报道，在全球已建成的15座最高楼中，我国占6座;全球在建的10座最高楼中，我国占4座。10年来，我国上述各地高层、超高层2深基础工程应对巨大挑战的主要技术措施1)加强设计施工技术的规范化管理•。10年来，全国各地产政学研企共同合作，有计划地适时编制和修订了一系列的地基基础、桩基础和基坑工程的技术标准规范，包括适用于全国的，适用于不同部门、不同专业(如建筑、铁路、公路、桥梁、港口、城市轨道交通等)，适用于不同地质条件(如软土、膨胀土、湿陷性黄土、红土、季节性冻土、岩溶地区等)，以及适用于不同省区市的地方性标准规范，从而形成了全国较完整的标准规范体系，使勘察、设计、施工、检测、验收等各项工作纳入了规范化范畴。•2)成功研发推广了适用于不同地质条件、不同工程要求的一系列新桩型，借以提高桩基承载能力和节约资源，其中最常用的桩型包括钻孔扩底桩、挤扩桩、旋挖钻孔桩、长螺旋钻孔压灌桩、多支盘桩、先张法预应力管桩、后张法预应力大直径管桩、钻孔咬合桩、壁板桩、薄壁筒桩、长螺杆桩、CFG桩等，并在工程实践中创新了诸多实用的新工法。•3)从引进借鉴到自主创新，成功制造了适合我国不同地质和环境条件的多种桩工机械产品，如旋挖钻孔桩机、长螺旋钻孔桩机、全套管钻孔桩机、SMW工法多轴搅拌机、大吨位静压桩机、地下连续墙挖槽机等，机械的主要性能有的已接近或达到国际先进水平，市场占有率逐步提高。2010年仅旋挖桩机生产量即达5000余台，满足了我国南北各地的施工需求，并出口至亚、非、欧一些国家和地区。•4)在各类混凝土灌注桩中普遍推广了卓有成效的“桩身、桩端后注浆工艺”，不仅消除了桩身泥皮和桩端沉渣的通病，并且加固了桩周和桩底一定范围的土体，从而使桩身质量获得更可靠的保证，桩基沉降得以减少，单桩承载力大幅度提高。•5)在桩基设计中，根据建筑物上部结构与地基基础共同作用的理念，因地制宜、因工程制宜，推广了疏桩基础设计;沉降控制复合桩基设计;长短桩结合设计;刚柔性桩结合设计;端承桩复合桩基设计;CFG桩复合桩基设计;现浇大直径管桩复合地基设计;变刚度调平设计等一系列新的设计方法，取得了良好的技术、经济和环境效益。与此同时推广了概念设计、动态设计、优化设计等新的设计理念，使设计方案更为经济合理，切实可行。•6)针对城市中建筑物、交通和人口密集地区深基坑周边地上、地下的复杂环境，对深基坑支护结构的设计，由强度控制转变为变形控制，并加强施工中动态观测监控，以确保地上地下周边环境的安全。推广应用三维可视化控制技术，使设计、施工和管理人员对施工过程能实施全方位感性化监控。•7)在深基坑支护结构中，因地制宜、因工程、环境制宜，成功开发应用了水泥土重力式围护墙技术、地下连续墙技术、桩板墙技术、型钢水泥土搅拌墙技术等多种创新技术，取得了良好的技术、环境和经济效益;在码头挡土墙、防洪堤、建桥围堰中，成功应用了新型的组合式大宽度钢板桩技术。•8)在深基坑工程长期大量的实践中，逐步形成并成功推行了支护结构与主体结构全逆作法、半逆作法，主楼与裙楼顺逆结合法，中心与周边顺逆结合法等多种新的设计施工技术，倡导和推广了考虑时空效应的设计施工方法，均取得了显著的技术、经济和环境效益3大吨位桩的承载力问题美国西北大学教授JorjO．Osterberg所倡导的一种完全有别于传统试桩法的新方法。该试桩法的主要特点是在桩被打入或沉入设置时，先在桩的底部或桩身中部预埋一个特制的