我国近十年深基础工程技术发展现状

我国近十年年深基础础工程程技术术发展展现状状兰州交交通大大学桥桥梁系系我国深深基础础工程程技术术发展展现状状与展展望大规模模的经经济建建设促促进了了深基基础工工程大大发展展,深深基础础工程程，按按照中中外工工程界界学术术界的的共识识，主主要是是指桩桩基及及基坑坑工程程两大大范畴畴。前前者为为上部部结构构提供供可靠靠的支支承，，后者者为开开发利利用地地下空空间提提供安安全保保障.1.我我国近近十年年深基基础工工程成成就进入21世世纪纪10年年来，，我国国深基基础工工程的的巨大大成就就突显显在以以下4大大领域域。1.1高高速速铁路路建设设截至2010年年末末，我我国高高铁运运营里里程已已达到到8358km，，在建建高铁铁约17000km，，路网网规模模和速速度等等级均均居世世界第第一。。根据据规划划，至至2011年，，高铁铁将新新增4715km，，总运运营里里程将将达到到13073km，，至2020年年将将达到到16000km，，从而而将构构成全全球领领先的的最大大高铁铁网络络。京京沪高高铁全全长1318km，，是当当今世世界一一次建建成线线路最最长、、技术术标准准最高高的高高速铁铁路。。高铁铁均采采用无无碴道道床，，并有有高架架封闭闭。我我国高高铁的的最高高试验验时速速达到到486.1km。。我国已已建、、在建建的高高铁路路基、、桥梁梁、站站房等等设施施，所所应用用的基基桩数数量估估计已已达1000万万根以以上，，它们们分布布于各各种复复杂的的地质质条件件和环环境条条件。。近10年年来，，我国国“八八纵八八横””高速速铁路路网的的建设设也应应用了了大量量深基基础工工程。。建于于青藏藏高原原的铁铁路桥桥梁大大量采采用了了大直直径挖挖孔桩桩，破破解了了在冻冻土层层、砾砾石、、漂石石和基基岩中中成孔孔灌桩桩的难难题。。贯通我我国东东西部部的关关键瓶瓶颈，，建于于崇山山峻岭岭、悬悬崖峭峭壁、、溶洞洞暗河河之间间、穿穿越古古蜀道道的宜宜(昌昌)万万(州州)铁铁路是是我国国乃至至世界界铁路路建设设中最最困难难、最最复杂杂的线线路之之一。。它全全线长长仅377km，总总投资资高达达226亿亿元，，工期期长达达7年年(2003年年12月——2010年12月月)。。全线线有桥桥梁253座，，桥高高超过过100m的的有23座座，最最高桥桥墩高高达128m，，基础础深入入溶洞洞几十十米，，基础础横截截面甚甚至达达数百百至1000m2，，堪称称罕见见的深深基础础。1.2城市市轨道交通通建设10年来来，我国城城市轨道交交通建设快快速发展。。北京等12个城市市的轨道交交通至2010底运运营里程总总长已达1270km，其中中上海市420km，北京市市336km，广州州市236km，3大城市相相继步入网网络化建设设和运营的的阶段。至至2010年底，已已获国家批批准建设轨轨道交通的的29个城城市在建总总里程约1800km。预计计至2020年，我我国城市轨轨道交通总总里程将达达6000km，位位居世界各各国之首。。据估计，，我国轨道道交通包括括地铁和轻轻轨线路上上已建成的的车站约2000座座，若加上上各条线路路终端相关关的维修保保养车库车车辆段和控控制调度等等场所，深深基坑工程程规模巨大大，而且为为了方便乘乘客可以在在多条线路路之间做到到同站“无无缝对接””或“零换换乘”，以以及在车站站等处开发发上盖物业业等，均使使得其基坑坑工程设计计与施工的的难度越来来越大。1.3各类类桥梁和港港口码头建建设我国普速公公路和高速速公路均迅迅速发展，，已形成了了“五纵七七横”共3.5万km的国道道主干线网网络，促进进了跨江跨跨河跨海的的大桥、特特大桥的大大量兴建。。加之数百百座城市道道路网的发发展，造就就了高架路路与立交桥桥星罗棋布布，逶迤曲曲折。公路路和城市各各类桥梁主主要也采用用各种混凝凝土灌注桩桩和扩底桩桩;近年钢钢管桩的用用量有所增增加。许多多港口码头头因有水上上运输之便便，采用大大直径后张张法预应力力大管桩，，减少了桩桩身成桩质质量的风险险。10年年来，在我我国已建和和在建的数数百座大桥桥、特大桥桥中，有数数座桥梁尤尤为著称于于世。1）在21世纪纪之初开工工，2008年5月月建成通车车，世界最最长的跨海海大桥———杭州湾大大桥，全长长36km，桥宽33m，双双向6车道道，采用了了钻孔灌注注桩(3400根)和钢管桩桩(5474根，桩桩长71～～89m，，直径1.5～1.6m，钢钢管壁厚20，22mm)。。东海大桥上海南汇芦芦潮港至宁宁波大小洋洋山港的东东海大桥，，2005年建成，，全长32.5km，双向6车道，采采用2.5m、长长110m嵌岩钻孔孔灌注桩及及长60m的1.5m钢管管桩。大规规模成功应应用了海上上砂桩技术术(见图3);东海海大桥的海海上风力发发电站规模模为亚洲最最大。世界最长的的跨海大桥桥——杭州州湾大桥，，在21世纪纪之初开工工，2008年5月月建成通车车，全长36km，，桥宽33m，双向向6车道，，采用了钻钻孔灌注桩桩(3400根)和和钢管桩(5474根，桩长长71～89m，直直径1.5～1.6m，钢管管壁厚22mm)。杭州湾大桥桥胶州湾海湾湾大桥我国首座海海上桥梁集集群工程————胶州州湾海湾大大桥，也称称青岛海湾湾大桥，跨跨胶州湾海海域而建，，将青岛市市与近海岛岛屿黄岛连连接，全长长36.48km，，宽35m，采用大大直径钻孔孔灌注桩，，2007年5月开开工，建成成后将超过过杭州湾大大桥而成为为世界最长长跨海大桥桥。嘉(兴)绍(兴兴)跨跨江大桥嘉(兴)绍(兴兴)跨跨江大桥，，采用3.8m××110m(长长)的特特大直径钻钻孔灌注桩桩，单根桩桩混凝土灌灌注量达1300m3，，施工用的的钢管护筒筒重达40t。润扬长江大大桥江苏镇江至至扬州的润润扬长江大大桥，2000年年10月开开工，2005年年5月建成成通车，全全长35.66km，其南汊汊为悬索桥桥，北汊为为斜拉桥，，南北塔基基均采用2.8m钻钻孔灌注桩桩，南北锚锚碇基础分分别采用冻冻融排桩法法和地下连连续墙方案案，基坑平平面69m×50m，基基坑深达50m苏通长江大桥桥是世界最长的的斜拉桥，全全长8146m，支承于于(2.5～～2.8)m×(101～119)m(长)的钻孔桩，，于2009年建成。南京大胜关铁铁路桥南京大胜关铁铁路桥，全长长14.78km，是我我国第1座座高速铁路过过江桥，也是是世界最大可可同时行车3种速度的大大桥，即京沪沪高铁双线(300km/h)，沪沪汉蓉普铁双双线(200km/h)及南京城市市地铁双线(80km/h);采用用2.8m××112m(长)钻孔灌灌注桩，支承承于泥岩土;2006年9月月开工，2009年建建成。西堠门大桥，，自1999年开工至2008年年建成贯通，，是我国规模模最大的桥路路连接工程，，全部采用大大直径钻孔灌灌注桩。2）我国首座外海海大桥————上海南汇芦芦潮港至宁波波大小洋山港港的东海大桥桥，2005年建成，全全长32.5km，双向向6车道，采采用2.5m、长110m嵌岩钻钻孔灌注桩及及长60m的的1.5m钢钢管桩。大大规模成功应应用了海上砂砂桩技术(见见图3);东东海大桥的海海上风力发电电站规模为亚亚洲最大。3)我国首座座海上桥梁集集群工程————胶州湾海海湾大桥，也也称青岛海湾湾大桥，跨胶胶州湾海域而而建，将青岛岛市与近海岛岛屿黄岛连接接，全长36.48km，宽35m，采用大直直径钻孔灌注注桩，2007年5月开开工，建成后后将超过杭州州湾大桥而成成为世界最长长跨海大桥。。4)嘉(兴兴)绍(兴)跨跨江大桥，采采用3.8m×110m(长长)的特特大直径钻孔孔灌注桩，单单根桩混凝土土灌注量达1300m3，施工工用的钢管护护筒重达40t。5)江苏镇镇江至扬州的的润扬长江大大桥，2000年10月开工，2005年年5月建成通通车，全长35.66km，其南汊汊为悬索桥，，北汊为斜拉拉桥，南北塔塔基均采用2.8m钻孔孔灌注桩，南南北锚碇基础础分别采用冻冻融排桩法和和地下连续墙墙方案，基坑坑平面69m×50m，基坑深深达50m。6)江苏苏苏通长江大桥桥(自苏州常常熟至南通)是世界最长长的斜拉桥，，全长8146m，桩经(2.5～2.8)m××(101～～119)m(长)的的钻孔桩，于于2009年年建成，获获国际GeorgeRichardson奖奖，是我国迄迄今获此殊荣荣的首座桥梁梁工程。7)南京大大胜关铁路桥桥，全长14.78km，是我国第第1座高速速铁路过江桥桥，也是世界界最大可同时时行车3种速速度的大桥，，即京沪高铁铁双线(300km/h)，沪汉蓉蓉普铁双线(200km/h)及南南京城市地铁铁双线(80km/h);采用2.8m×112m(长)钻孔灌注桩桩，支承于泥泥岩土;2006年年9月开工工，2009年建成。。浙江台州椒江江二桥，桥宽宽39.5m，总长3.7km，采用了2.5m×139m(长长)的钻孔灌灌注桩，进入入凝灰岩深度度＞3.5m，是我国当当今最长钻孔孔灌注桩。连接香港、珠珠海、澳门的的港珠澳大桥桥和沉管隧道道，全长29.6km，涉及诸多多深基础工程程，正在施工工中8)浙江台台州椒江二桥桥，桥宽39.5m，，总长3.7km，采采用了2.5m×139m(长)的的钻孔灌注桩桩，进入凝灰灰岩深度＞3.5m，是是我国当今最最长钻孔灌注注桩。9)在十二五五规划中已被被列为“舟山山群岛新经济济区”的连岛岛大桥，全长长50km，，海域含西堠堠门大桥等5座大桥，自自1999年年开工至2008年建建成贯通，是是我国规模最最大的桥路连连接工程，全全部采用大直直径钻孔灌注注桩。10)连接接香港、珠海海、澳门的港港珠澳大桥和和沉管隧道，，全长29.6km，，涉及诸多深深基础工程，，正在施工中中。1.4多多高层建筑及及地下空间开开发建设据英国媒体《《金融时报》》2011年年3月3日报道，，中国已成为为全球头号建建筑大国”。。我国建造高高楼之风兴起起于20世世纪八九十年年代，至今仍仍方兴未艾。。上海黄浦江江畔继420m高的金金茂大厦、492m高高的环球金融融中心之后，，一座632m高、121层的上海海中心大厦已已完成深基础础工程，成为为我国第一、、全球第二高高楼。位于广广州的71层层珠江大厦厦是世界上最最节能的摩天天楼，受到了了国际上的广广泛赞誉。在在武汉，1座座606m的的高楼(武武汉中心)即即将成为我国国第二、全球球第三高楼。。在二、三线线城市如昆明明等地，也无无不矗立着200m甚至至400m以以上的高楼。。据报道，在在全球已建成成的15座最最高楼中，我我国占6座;全球在建的的10座最高高楼中，我国国占4座。10年来，我我国上述各地地高层、超高高层2深基础工程应应对巨大挑挑战的主要技技术措施1)加强设计施工工技术的规范范化管理。10年来，，全国各地产产政学研企共共同合作，有有计划地适时时编制和修订订了一系列的的地基基础、、桩基础和基基坑工程的技技术标准规范范，包括适用用于全国的，，适用于不同同部门、不同同专业(如如建筑、铁路路、公路、桥桥梁、港口、、城市轨道交交通等)，，适用于不同同地质条件(如软土、、膨胀土、湿湿陷性黄土、、红土、季节节性冻土、岩岩溶地区等)，以及适适用于不同省省区市的地方方性标准规范范，从而形成成了全国较完完整的标准规规范体系，使使勘察、设计计、施工、检检测、验收等等各项工作纳纳入了规范化化范畴。2)成功研发推广广了适用于不不同地质条件件、不同工程要求求的一系列新新桩型，借以以提高桩基承承载能力和节节约资源，其其中最常用的的桩型包括钻钻孔扩底桩、、挤扩桩、旋旋挖钻孔桩、、长螺旋钻孔孔压灌桩、多多支盘桩、先先张法预应力力管桩、后张张法预应力大大直径管桩、、钻孔咬合桩桩、壁板桩、、薄壁筒桩、、长螺杆桩、、CFG桩桩等，并在工工程实践中创创新了诸多实实用的新工法法。3)从引进借鉴到到自主创新，，成功制造了适适合我国不同同地质和环境境条件的多种种桩工机械产产品，如旋挖挖钻孔桩机、、长螺旋钻孔孔桩机、全套套管钻孔桩机机、SMW工工法多轴搅搅拌机、大吨吨位静压桩机机、地下连续续墙挖槽机等等，机械的主主要性能有的的已接近或达达到国际先进进水平，市场场占有率逐步步提高。2010年仅旋旋挖桩机生产产量即达5000余台，，满足了我国国南北各地的的施工需求，，并出口至亚亚、非、欧一一些国家和地地区。4)在各类混凝土土灌注桩中普普遍推广了卓卓有成效的“桩身、桩端端后注浆工艺艺”，不仅消消除了桩身泥泥皮和桩端沉沉渣的通病，，并且加固了了桩周和桩底底一定范围的的土体，从而而使桩身质量量获得更可靠靠的保证，桩桩基沉降得以以减少，单桩桩承载力大幅幅度提高。5)在桩基设计中中，根据建筑筑物上部结构构与地基基础础共同作用的的理念，因地地制宜、因工工程制宜，推推广了疏桩基基础设计;沉沉降控制复复合桩基设计计;长短桩结结合设计;刚刚柔性桩结结合设计;端端承桩复合合桩基设计;CFG桩桩复合桩基设设计;现浇浇大直径管桩桩复合地基设设计;变刚刚度调平设计计等一系列新新的设计方法法，取得了良良好的技术、、经济和环境境效益。与此此同时推广了了概念设计、、动态设计、、优化设计等等新的设计理理念，使设计计方案更为经经济合理，切切实可行。6)针对城市中建建筑物、交通通和人口密集集地区深基坑坑周边地上、、地下的复杂杂环境，对深深基坑支护结结构的设计，，由强度控制制转变为变形形控制，并加加强施工中动动态观测监控控，以确保地地上地下周边边环境的安全全。推广应用用三维可视化化控制技术，，使设计、施施工和管理人人员对施工过过程能实施全全方位感性化化监控。7)在深基坑支护护结构中，因因地制宜、因因工程、环境境制宜，成功功开发应用了了水泥土重力力式围护墙技技术、地下连连续墙技术、、桩板墙技术术、型钢水泥泥土搅拌墙技技术等多种创创新技术，取取得了良好的的技术、环境境和经济效益益;在码头头挡土墙、防防洪堤、建桥桥围堰中，成成功应用了新新型的组合式式大宽度钢板板桩技术。8)在深基坑工程程长期大量的的实践中，逐逐步形成并成成功推行了支支护结构与主主体结构全逆逆作法、半逆逆作法，主楼楼与裙楼顺逆逆结合法，中中心与周边顺顺逆结合法等等多种新的设设计施工技术术，倡导和推推广了考虑时时空效应的设设计施工方法法，均取得了了显著的技术术、经济和环环境效益3大吨位桩桩的承载力问问题美国西北大学学教授JorjO．Osterberg所所倡导的一种种完全有别于于传统试桩法法的新方法。。该试桩法的的主要特点是是在桩被打入入或沉入设置置时，先在桩桩的底部或桩桩身中部预埋埋一个特制的的“荷载箱””，然后通过过荷载箱对桩桩分级加压而而取得向上和和向下2条条荷载-位移移曲线。近年我国各地地采用Osterberg试桩法法的总量估计计已在1000根桩以上上，其中包括括苏通长江大大桥、润扬长长江大桥、杭杭州湾大桥、、宁波甬江大大桥等的桩基基及高铁某些些桥梁桩基和和某些高层建建筑的桩基。。应当指出，，Osterberg试试桩法虽在在我国已有较较多应用，但但如何将采用用该法所获得得的向上和向向下2条荷载载-位移曲线线转换为1条条“荷载-沉沉降曲线”，，并合理地求求取单桩极限限承载力(或或容许承载力力)以及相应应的沉降量，，仍有待探讨讨。这是关系系桩基安全和和经济的一个个十分重要的的问题。为此此，有的项目目例如在建中中的港珠澳跨跨海大桥等采采取了在同1根桩或同同类型桩上搭搭建试桩平台台，仍采用传传统试桩法进进行平行对比比试验。也有有项目则进行行高应变动测测试验作为参参考对比。我我国台湾高铁铁等项目的桩桩基也曾进行行此类对比试试验。Osterberg试桩法法目前的另一一个问题是，，我国有试桩桩单位把该法法称为“自平平衡法”，认认为可以把““荷载箱”设设置在桩身中中部某一位置置，使试桩时时向上的力与与向下的力取取得平衡。实实际上由于桩桩基地质条件件的多元性、、复杂性，在在试桩之前要要把“荷载箱箱”埋设在桩桩身中某一所所谓的“平衡衡点”是有困困难的。4与深基础础工程相关的的特殊技术4.1拔桩工工程主要是指将建建设场地或道道路地基中所所存在的已被被拆除或报废废的上部建筑筑物下的旧桩桩、残桩予以以拔除或就地地原位破碎。。近年由于城城市轨道交通通建设的需要要，古旧历史史文物建筑移移位以及越江江隧道通过堤堤岸等的需要要，拔桩工程程应运而生。。所需要拔除除的桩已不仅仅是木桩、小小截面桩，而而且有预制混混凝土桩、高高强度管桩、、甚至大直径径钢管桩、钻钻孔灌注桩等等，有的埋藏藏很深。此类类拔桩工程施施工还必须注注意保护周边边环境和保证证相邻地下和和地面市政设设施等的正常常安全运行以以及居民的正正常工作和生生活，乃至道道路交通不受受影响，更加加大了施工难难度。图17给出了两两例由于建设设需要而需拔拔桩的工程实实例，其中图图17a为已已建的高架桥桥预制桩基因因地铁盾构掘掘进而必须先先予拔除;图图17b为旧旧码头木桩遇遇越江隧道掘掘进而必须拔拔除上海外滩滩综合通道改改造工程是近近年遇到的此此类工程中规规模和难度特特别大的一项项工程。对旧旧桩及各种障障碍物采用了了振动拔除法法、全套管回回转清障法、、全回转切割割钻进法等多多种新技术，，且整体拔除除了埋深52～55m的的钻孔灌注桩桩。此类工程程经过多年的的历练，已形形成了一个新新专业，如今今从施工机械械设备到施工工工艺均已较较为成熟，上上海等城市已已组建了