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桩基与深基坑支护技术进展

时间:2010年08月03日来源:本站原创 作者:ice-edu 点击:
 

 
本书为沈保汉先生30年的论文论著选集,共分六个方面内容,一是阐述单桩极限荷载与屈服荷载的确定方法、桩侧阻力和桩端阻力的划分方法、桩的荷载传递机理及静载试验曲线分析等;二是阐述等直径钻孔灌注桩、多节扩孔灌注桩、钻孔扩底灌注桩、后压力注浆桩、DX挤扩灌注桩、复合载体夯扩桩及群桩等的承载力评价方法;三是系统介绍"桩基础测试、勘察、设计和施工"、"深基坑工程"、"后注浆桩"、"桩基础施工"和"钻孔咬合桩"等5个技术讲座;四是介绍近20种新桩型的施工技术;五是详细地介绍20余种常用桩型的基本原理、适用范围、施工工艺、施工要点、施工难点及常见问题与处理等;六是详细地阐述常用支护结构类型的选择、支护结构土压力与支护结构强度计算、基坑稳定性验算、深基坑工程监测与控制以及常见事故等。
  本书体系完整,内容新颖充实、实用性和理论性较强。可供土木建筑水利领域的设计、施工、科研、院校、检测、监理及管理部门科技人员学习和参考使用。
序一
  桩基础的承载力和沉降分析,一方面决定于桩的材质、尺寸形状和布置,更主要的是周围土层的特性及成桩工艺对土层特性的影响,非常复杂。自1920年代太沙基创建土力学学科以来,虽然土力学及基础工程的理论研究、勘探测试技术,特别是计算技术都有了很大的发展和提高,但在桩基工程的勘探设计阶段,在缺少桩基实践经验的地区,人们仍难以对桩的承载力和沉降作出可靠的计算。因而,较重大的工程都要求对桩的完整性和承载力进行一定数量的实桩测试,以验证设计。工程实际的压桩数据和原型观测资料,结合地层岩性的综合分析,是提高和改善桩基设计计算理论和方法的主要依据。国际知名学者Poulous曾提出桩的工作荷载使土层仍处于弹性阶段,可以用弹性理论计算桩基沉降;计算所需模量参数用三轴试验曲线的初始切线模量。然后根据各地区的工程实测资料综合分析,对计算公式给以地区的修正系数。因此,当岩土工程仍处于半理论半经验阶段,一名优秀的岩土工程科技工作者,应对土力学理论、施工设备工艺以及测试技术有较全面和完整的知识和经验。
  沈保汉先生近30年一直从事桩基础和深基坑工程工作,不仅在桩承载力的计算分析方面进行了大量的科研工作,有所创新,并积极参与施工设备和工艺的科研,以及现场桩的压载试验,具有丰富的设计施工经验,掌握了大量的第一手资料。这本书是他30年来撰写的论文、著作的汇编。其中约占一半篇幅是刊登在刊物上的技术讲座。这些讲座的特点是,涉及到一些特殊的桩基础,如DX多节桩、钻孔咬合桩和后注浆桩等;涵盖了有关设计、施工和监测各个方面;介绍了深基坑和钻孔灌注桩的事故和应对措施。在桩的承载力方面,作者对不同类型桩的载荷曲线,如何评价其极限承载力或划分其侧摩阻力和端阻的方法,有较多论述,反映了他的科研成果。
  这些较系统丰富的资料和论述,对从事桩基和深基坑工程的工程技术人员是一部可贵的工具书,对从事岩土工程科研教学人员也有较大的参考价值。
2006年9月
序二
  我和沈保汉认识和工作交往至少也有30年的时间了。他为人厚道,性格开朗,谈吐幽默,知识丰富,在朋友之间是人所共知的。他严谨的治学精神,更是为人所称道。
  1975年,随着首都建设的发展,在建筑和市政工程中,桩基的使用越来越多,为了回答在首都工程建设中出现的有关问题,当时在北京的勘察、设计、施工和研究单位的工程技术人员,不分"中央"、"地方",共同成立了桩基研究小组。大家齐心协力,毫无保留地开展了很多方面的交流和研究活动,取得了丰富成果。沈保汉同志大概就是在那个时候,投身到桩基的实践和研究工作中来的。他孜孜以求,不辍努力,前后竟经历了31年的时间。近年来,在解决基坑支护工程的难题过程中,他的研究触角又深入了这个领域。这本书可以看作沈保汉同志31年耕耘的部分收获。
  这本书汇集了论文、技术讲座、发表过的专著和在国外很有影响的专业刊物上发表的文章,除了内容丰富、具有很强的针对性和实用性之外,以下几个方面的特点也许能反映出沈保汉的治学精神,从而也构成了本书的特色:
  一、注重理论。和其他的土力学和基础工程学的问题一样,桩基的评价、设计、施工和检测,很多是经验的或者半经验的方法,要凭借所谓的工程判断(engineering judgment)。正如土力学的创始人太沙基说过的,土力学并不是严格的科学,而是一门"艺术(art)"。但搞艺术也需要有扎实的基本功,工程经验和工程判断能力的取得,需要有理论做根基,做指导。不仅对桩基的一些基本问题,如承载力和沉降性状是如此,对于一些在实践中行之有效的新的桩型、新的工法,也需要从理论上去探讨它的工作机理,研究改进和完善的可能性。在这本论文集中,可以找到很多有关的例子。
  二、面向实践。这里说的"面向",是想表达三个方面的意思,即在实践中发现问题,在实践中寻求解决问题的方法和在实践中检验研究取得的成果。岩土工程是一门实践性很强的专业。岩土工程中的"桩",不仅是计算简图上那根带有内力分布图的直线,更是在实实在在的土体中,与土作用着的实实在在的构件。桩的承载力和安全系数不仅与它本身的几何条件和材料有关,还与土性、荷载条件、成桩机械和工艺、施工质量(workmanship)、时间效应等等方面有着密切的、错综复杂的关系。没有亲身在工地上的体验,也许很难找到解决问题的主要矛盾和关键因素,提出有效的解决方法。熟悉沈保汉同志的同行们,也许可以从这本书的字里行间,从那些丰富的第一手资料中,从一些充满独创的见解中,隐约看到他活跃在工地上的身影。有一句老话是"实践出真知",对实践的重视,可能是沈保汉同志创新的源泉。
  三、重视数据。我国土力学的创始人之一黄文熙教授曾经说过,试验数据是理论的灵魂。在和沈保汉的工作交往中,发现他对待工程数据有三个特点:第一是高度重视,大量搜集。这应该是本书中资料和数据丰富的原因之一;第二是认真对待,决不马虎。不论是自己亲手取得的数据,还是间接搜集到的,他都要认真地筛选辨别,力求做到去伪存真;第三是他的研究成果一般都有大量数据的支持,立论扎实。本书涉及到的一些他的研究成果,能够体现这个特点。
  四、身体力行,推广先进技术。作为一位国内资深的桩基专家,沈保汉不仅潜心致力有关的研究和工程实践工作,也十分注意将自己的,或者自己了解到的新的研究成果向广大的同行们进行推荐。他认为,举办技术讲座是推广先进技术的有效途径。这本书中,有五个部分,大体上是一半的篇幅,是他的技术讲座的内容。他在这些年中,举办的讲座近百次,听众近万人,这在国内外应该是很少见的。他的技术讲座,内容新颖,说理明确,系统完整,受到大家的好评,对我国桩基技术的提高,起到很大的作用。
  因为仅仅看到这本书手写的初稿,尚没有机会认真学习,上面的体会也许有不甚妥当的地方。但当我第一次接到沉甸甸的书稿的时候,立即感受到沈保汉同志甘于寂寞,老骥伏枥的精神。让我们共同祝贺这本书的出版。
  2006年9月
前言
  本论文论著选集中,论文选自于笔者1976-2006年期间,公开发表于国内外刊物与有关学术会议论文集;论著选自于4部合作著作中笔者编写部分。
  选集的第一部分是桩基承载力及试验研究的论文,主要内容是关于评价桩竖向承载力的S-lgP法、综合确定桩屈服荷载的P-△2K/△P2法与P-K法及划分各种桩型的桩侧极限阻力和桩端极限阻力的P/Pu-S/Su曲线法;多节扩孔灌注桩、钻孔扩底灌注桩和DX挤扩灌注桩竖向抗压承载力的评价方法;钻孔压浆桩的抗拔承载力;桩端压力注浆效果分析;运用"变弹性模量"的概念分析埋有实测元件的桩身内力分布,群桩的竖向抗压承载力以及DX挤扩灌注桩完整性检测的试验研究等。
  第二部分是桩基施工的论文,主要内容是关于桩端压力注浆桩、全套管灌注桩与咬合桩、复合载体夯扩桩和旋挖成孔钻斗钻灌注桩等的施工技术以及桩基工程施工组织设计要点等。
  第三部分是桩基础测试、勘察、设计和施工技术讲座,主要内容是关于桩的竖向抗压静载试验;桩的极限荷载和屈服荷载的确定;桩侧摩阻力和桩端阻力的分配;桩的荷载传递的理论分析方法;桩的静载试验曲线与分析;群桩竖向抗压承载力;单桩容许承载力;单桩与群桩水平承载力;桩的抗拔承载力;桩基设计要点;桩的施工方法与要点;施工因素对桩承载力的影响以及桩工机械等。
  第四部分是深基坑工程技术讲座,主要内容是关于三种典型地区常用支护结构类型的选择;深基坑工程常见事故;挡土支护结构侧压力;挡土支护结构强度计算;基坑稳定性验算以及深基坑工程监测与控制等。
  第五部分是后注浆桩技术讲座,主要内容是关于钻孔灌注桩桩端与桩侧压力注浆工艺;后注浆桩的竖向抗压承载力;影响后注浆桩竖向抗压承载力的因素以及后注浆桩的技术经济效益等。
  第六部分是桩基础施工技术讲座,主要内容是关于桩基础施工技术现状及发展方向;钻斗钻成孔灌注桩、反循环钻成孔灌注桩、贝诺特灌注桩、钻孔压浆桩、长螺旋钻孔压灌桩、桩端与桩侧压力注浆桩、多节挤扩灌注桩、大直径钻扩灌注桩、夯扩桩、拧人式灌注桩、大直径沉管灌注桩、复合载体夯扩桩及钢管桩等的施工技术;打人式(锤击法、振动法)、静压式及埋人式沉桩等的施工技术;水下混凝土灌注的施工技术及PC管桩和PHC管桩的制作与应用。
  第七部分是钻孔咬合桩技术讲座,主要内容是关于软土地基常用的挡土围护结构;捷程MZ系列摇动式全套管钻机;捷程MZ系列全套管钻孔咬合桩施工工艺与工程实例以及超缓凝混凝土的研究与实施等。
  第八部分是静荷载作用下桩的性状论著,主要内容是关于桩的工作形式及破坏模式;桩的竖向抗压静载试验;桩的极限荷载和屈服荷载的确定;桩的荷载传递机理;桩的静载试验曲线与分析;群桩承载力以及单桩容许承载力等。
  第九部分是桩基础施工论著,主要内容是关于桩基础的分类和选择;挤土桩(混凝土预制桩、钢管桩、静压桩、沉管灌注桩及沉管扩底灌注桩等)的施工;非挤土灌注桩(干作业螺旋钻孔灌注桩、贝诺特灌注桩、反循环钻成孔灌注桩、正循环钻成孔灌注桩、潜水钻成孔灌注桩、钻斗钻成孔灌注桩、人工挖(扩)孔灌注桩及钻孔扩底灌注桩等)的施工;水下混凝土灌注;部分挤土桩(埋人式桩、冲击钻成孔灌注桩、钻孔压浆桩、钻孔压灌超缓凝混凝土桩、钻孔多节挤扩灌注桩及桩端压力注浆桩和桩侧压力注浆桩等)的施工;桩的静载试验和动测试桩法以及桩基工程验收等。
  第十部分是基坑的开挖与支护论著,主要内容是挡土支护结构选型原则;深基坑工程的设计和施工特点;作用于支护结构的土压力;排桩、地下连续墙、水泥土墙和土钉墙的设计与计算;天然放坡;基坑稳定性;支护结构质量检验与监测;深基坑工程常见事故;防止和减少基坑施工对环境影响的技术措施以及深基坑工程实例等。
  第十一部分是英语和日语论文,主要内容是确定桩屈服荷载的P-△2K/△P2法和P-K法;DX挤扩装置和DX多节挤扩灌注桩;钻孔灌注桩的竖向承载力评价以及静载试验判定桩的竖向抗压承载力等。
  本选集所反映的大部分技术和成果均在近三十年的工程实践中应用,通过实践得到进一步充实提高,有的已纳入有关规范、规程成为普遍应用的技术。
  作者汇编这些公开发表的论文论著的目的,一是应不少读者、同行的希望和要求把零星分散于有关杂志、会议论文集和书籍中的内容集中起来,便于阅读;二是希望对我国岩土工程技术发展有所助益;三是希望读者对论文论著选集提出宝贵意见。
  本选集内容经历三十多年,由于时间跨度较大,书中各部分的术语、符号、单位均有所不同,刻下了年代的痕迹,给读者阅读造成不便,深表歉意;另外,书中难免有不足、不妥、错误之处,敬请读者批评指正。
  三十多年来作者得到北京建工集团有限责任公司、北京市建筑工程研究院历届与现任领导及同事们的大力支持;得到有关学会协会、科研院所、大专院校、基础施工公司、勘察单位及设计单位等的大力协助与支持。没有领导和岩土工程同行们的帮助和支持,不可能获得书中介绍的科研成果。
  作者也衷心感谢刊登过作者论文与论著的有关杂志社和出版社的大力支持。
  另外,作者还要感谢国际著名学者、原东京大学工学部土木工学科石原研而教授(作者在1982~1984年东京大学研究生院留学时的导师)及日本同行们的帮助与支持。
  本书的出版,作者十分感谢知识产权出版社鼎力支持。
  最后作者要特别感谢中国土木工程学会第三届土力学及岩土工程分会理事长、中国工程院资深院士周镜先生和中国土木工程学会土力学及岩工程分会现任理事长、中国工程院院士、中国勘察大师张在明先生在百忙之中为本书作序。
  北京市建筑工程研究院 教授级高工
  沈保汉
  2006年9月15日于北京
 
目录:第一部分 桩基承载力及试验研究(论文)1
第一篇 钻孔灌注桩垂直承载力的试验研究1
第二篇 202工程钻孔灌注桩试验研究 19
第三篇 静载试验确定单桩承载力综述40
第四篇 评价单桩极限荷载及划分摩阻力和端承力的新方法-s-lgP法63
第五篇 桩侧摩阻力和桩底端承力的划分70
第六篇 影响钻孔灌注桩承载能力的施工因素80
第七篇 多节扩孔灌注桩垂直承载力的评价86
第八篇 评价桩垂直承载能力的s-lgP法的应用与发展 93
第九篇 钻孔扩底灌注桩垂直承载能力的评价106
第十篇 群桩的垂直承载力125
第十一篇 评价桩工作特性的P/Pu-s曲线和P/Pu-s/su曲线142
第十二篇 钻孔压浆桩的抗拔承载力151
第十三篇 确定桩屈服荷载的P-△2K/△P2法158
第十四篇 评价桩工作特性的新方法--P/Pu-s/su曲线法165
第十五篇 桩端压力注浆效果分析176
第十六篇 DX多节挤扩灌注桩184
第十七篇 DX桩完整性检测的试验研究191
第十八篇 DX桩承载力及荷载传递特点的现场试验研究194
第十九篇 DX桩侧阻力和端阻力的现场试验研究198
第二十篇 DX桩单位侧阻力和单位端阻力的现场试验研究205
第二部分 桩基施工(论文)210
第一篇 桩端压力注浆桩技术210
第二篇 MZ系列摇动式全套管钻机及工程应用215
第三篇 贝诺特灌注桩施工技术的新进展221
第四篇 复合载体夯扩桩225
第五篇 我国夯扩桩的发展现状232
第六篇 DX多节挤扩桩的产生及特点239
第七篇 钻斗钻成孔灌注桩244
第八篇 桩基工程施工组织设计要点253
第三部分 桩基础测试、勘察设计和施工(技术讲座)260
第一篇 一般原则260
第二篇 桩的垂直受压静载试验265
第三篇 桩的极限荷载的确定271
第四篇 桩的屈服荷载的确定278
第五篇 桩侧摩阻力和桩端阻力的分配285
第六篇 桩的荷载传递的理论分析方法292
第七篇 荷载传递实例及荷载传递与位移的关系 299
第八篇 桩的静载试验曲线及分析 305
第九篇 群桩垂直受压承载力 312
第十篇 单桩容许承载力 327
第十一篇 单桩的水平承载力 334
第十二篇 群桩的水平承载力及影响桩水平承载力的因素 341
第十三篇 桩的抗拔承载力 348
第十四篇 桩基设计要点 354
第十五篇 桩的施工方法 361
第十六篇 常用桩施工方法要点 368
第十七篇 施工因素对桩承载力的影响 374
第十八篇 桩工机械 381
第四部分 深基坑工程(技术讲座) 388
第一篇 概述 388
第二篇 挡土支护结构类型的选择 391
第三篇 软土地区常用的支护结构类型 394
第四篇 一般粘性土地区常用支护结构类型 398
第五篇 硬质地基地区常用的支护结构类型 403
第六篇 深基坑工程常见事故 407
第七篇 挡土支护结构侧压力 420
第八篇 挡土支护结构强度计算 435
第九篇 基坑稳定性 458
第十篇 深基坑了程监测与控制 470
第五部分 后注浆桩技术(技术讲座) 482
第一篇 后注浆桩技术的产生与发展 482
第二篇 泥浆护壁钻孔灌注桩桩端压力注浆工艺 486
第三篇 干作业钻孔灌注桩桩端压力注浆工艺 491
第四篇 泥浆护壁钻孔灌注桩桩侧压力注浆工艺 495
第五篇 后注浆桩的竖向抗压承载力 498
第六篇 影响桩端压力注浆桩竖向抗压承载力的因素 503
第七篇 影响桩端桩侧联合注浆桩竖向抗压承载力的因素 508
第八篇 后注浆桩技术经济效益 512
第六部分 桩基础施工(技术讲座) 516
第一篇 桩基础施工技术现状及发展方向 516
第二篇 钻斗钻成孔灌注桩 521
第三篇 反循环钻成孔灌注桩 525
第四篇 贝诺特灌注桩 529
第五篇 钻孔压浆桩 533
第六篇 长螺旋钻成孔工艺的发展 537
第七篇 桩端压力注浆桩 541
第八篇 桩侧压力注浆桩 545
第九篇 多节挤扩灌注桩 548
第十篇 大直径钻孔扩底灌注桩 553
第十一篇 夯扩桩 557
第十二篇 拧人式灌注桩 561
第十三篇 沉管灌注桩施工技术的发展 565
第十四篇 大直径沉管灌注桩 569
第十五篇 预先钻孔法埋入式桩 573
第十六篇 中掘工法和旋转埋设法埋人式桩 578
第十七篇 钢管桩 582
第十八篇 静压桩 586
第十九篇 振动法沉桩 590
第二十篇 PC桩和PHC桩 593
第二十一篇 液压锤沉桩 596
第二十二篇 复合载体夯扩桩 598
第二十三篇 水下混凝土灌注 602
第七部分 钻孔咬合桩(技术讲座) 606
第一篇 柱列式桩排挡土墙技术发展与现状 606
第二篇 软土地基常用的挡土围护结构 611
第三篇 捷程MZ系列摇动式全套管钻机 616
第四篇 捷程MZ系列全套管钻孔咬合桩施工工艺 620
第五篇 超缓凝混凝土的研究与实施 629
第六篇 捷程MZ系列全套管钻孔咬合桩工程实例 634
第八部分 静荷载作用下桩的性状(论著) 639
第一篇 桩的工作形式及破坏模式 639
第二篇 桩的垂直静荷载试验 643
第三篇 按静载试验确定桩的极限荷载和屈服荷载 650
第四篇 桩的荷载传递机理 659
第五篇 桩的静载试验曲线及分析 668
第六篇 群桩的垂直承载能力 678
第七篇 单桩容许承载力的确定 688
第九部分 桩基础施工技术(论著) 696
第一篇 桩基础的分类和选择 696
第二篇 挤土桩 704
第三篇 非挤土灌注桩 778
第四篇 部分挤土桩 855
第五篇 桩的静载试验、动测试桩法及桩基工程验收 884
第十部分 基坑的开挖与支护(论著) 907
第一篇 概论 907
第二篇 深基坑工程的设计特点 911
第三篇 挡土支护结构选型原则 915
第四篇 深基坑工程施工特点 925
第五篇 作用于支护结构的土压力 932
第六篇 排桩和地下连续墙的设计与计算 943
第七篇 水泥土墙的设计与计算 959
第八篇 土钉墙的设计与计算 963
第九篇 天然放坡 971
第十篇 基坑稳定性 973
第十一篇 支护结构质量检验、开挖监测内容及常用监测方法 981
第十二篇 深基坑工程常见事故993
第十三篇 防止和减少基坑施工对环境影响的技术措施 1002
第十四篇 常用的几种深基坑挡土支护结构技术及应用实例 1010
第十一部分 英语论文及日语论文 1029
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