桩基工程施工问题研究
由于桩基工程的施工工序较多，且工艺要求高，影响桩基质量的因素具有不确定性，在桩基础工程施工中常常会出现各种问题。下面是我为您搜集整理的桩基工程施工问题研究论文，希望能对您有所帮助。
摘要： 本文分析了桩基工程施工中存在的主要问题及原因，然后提出了提高桩基工程施工质量的方法，通过采用这些方法有效地提高施工质量。
关键字： 建筑工程;桩基;质量控制
桩基又叫桩基础，是工程建筑基础中的一种，由基桩和联接于桩顶的承台共同组成，桩基主要的作用是负责把荷载转给持力层。分为低承台桩基和高承台桩基;低承台桩基的桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触;高承台桩基的桩身上部露出地面而承台底位于地面以上。建筑桩基通常为低承台桩基础。桩基础是一种深基础，它具有稳定性好、承载力高、沉降量小而均匀、良好的抗震性能、沉降稳定快等优点，因此在各类建筑工程中得到广泛应用，尤其在高层建筑中，桩基础应用广泛。
一、桩基工程施工中存在的主要问题及原因
由于桩基工程的施工工序较多，且工艺要求高，影响桩基质量的因素具有不确定性，在桩基础工程施工中主要存在以下的常见质量问题:
1.桩基出现缺陷主要有以下类型：
(1)桩基顶部缺陷。
在水下浇筑混凝土时会有泥浆的沉淀，对于泥浆的厚度很难做到准确测定，如果超灌桩顶的混凝土不足，就会出现夹泥的现象而影响了混凝土质量;再者在浇筑混凝土完成后，因不均衡地用力或过度用力而对钢护筒进行预埋和拆拔，就会干扰到桩-的混凝土，以至于破坏混凝土质量。最后，因使用较大功率的风镐来凿除混凝土桩头，在一定程度上会扰动声测管周围的混凝土，对混凝土质量造成影响。
(2)桩基中部缺陷。在混凝土的灌注中可能会因勘探的失误造成因较差的地质条件而导致局部的发生塌孔，使混凝土的翻浆受到阻碍，以至于引起局部的缺陷。另外，如果过度的用力拆拔导管，混凝土受到连续性的扰动，混凝土质量也会受到影响。再者由于导管的气密性较差，在水下灌注混凝土时导管会插入到泥浆中，这就造成导管内外压强的不均衡，造成混凝土的质量的受到影响，更严重的可能使混凝土的下料受阻碍，不能正常进行翻浆，以至于引起断桩。
2.单桩承载力低于设计要求
单桩的承载力不符合设计要求主要是由于桩未达到设计的沉入深度;最终的贯入量过大以及桩的顶端未没有进入设计要求的持力层，但桩已进入到设计的深度;勘察报告所提供的地基承载力、地层剖面等数据与实际情况存在较大的差距，还有其他的原因如桩倾斜过大、断裂等也会导致单桩的承载力不能达到设计要求。
3.桩倾斜过大
由于预制桩的质量不符标准，导致桩顶面倾斜和桩尖的位置不正或者变形，从而造成桩倾斜;桩身、桩帽、桩锤的中心线偏离，导致锤击偏离了重心;桩机安装的角度不准确，造成桩架与地面的不垂直;桩端遇到坚硬的障碍物;桩距过小，错误的打桩顺序导致强烈的挤土效应产生;基坑土方开挖不当、测量放线错误等都会造成桩倾斜过大。
4.断桩
除了桩倾斜过大会导致桩断裂外，由于桩运输、起吊、堆放的吊点或支点位置出现偏差;在沉桩的过程中，因桩的质量或者障碍物的阻碍等原因导致桩身因过度的弯曲;。设计要求的桩锤击与设计的贯入度存在较大误差，以致于施工时锤击次数过多、锤击过度导致桩断裂。
5.桩接头断裂
在桩需要设计的较长时，在施工工艺上，桩采用分段预制、分段沉入的方法，各段之间用钢制焊接连接件进行连接。导致桩接头断离现象其原因主要是桩倾斜过大，另外桩上下节的中心线偏离，桩接头施工技术不达标、质量差也是重要原因。
6.桩位偏差过大
造成桩的位置偏差主要是由于测量放线的差错、沉桩工艺落后以及桩身倾斜等原因造成。
二、提高桩基工程施工质量的'方法
1. 提高施工质量的管理方法
首先建立健全完善的施工质量管理体系。在管理人员上以项目经理为负责人，组建施工质量管理监督小组，组成人员包括安全负责人、测量工程师、工区质检员、试验工程师、技术负责人等。设定具体的质量监督标准由专职的质检人员进行质量检测监督，严格按照质量体系文件进行质量管理与控制，从工程投入和施工过程的控制上切实落实具体的管理制度并保证工程能够保证质量。在质量检查监督管理上要加强施工组织首先检查与监理工程师的质量检查二者的统一，特别是经后者的检查合格后才能够允许开展下一道工序的施工，对于检查结果不合格的工程应按照施工规范严格处理，特别是对于规避工程的检查验收，忽视质量的施工方应采取有关措施从严处理。
其次完善施工制度，从制度上保证施工质量。坚持联合审查图纸和技术交底制度，认真审查施工图纸，熟悉设计文件和施工规范，严格按照设计文件、施工图纸。在每一个进程开始之前的过程中，工程师负责工艺操作技术的解释，所有工作人员了解情况。每个过程中应严格的自检，互检和交接检验，及时通知监理工程师资格后，自我检查，检查签订的监理工程师签署，隐蔽工程施工前。坚持三级计量评审制度，认真保护测量桩点，特别是在施工过程中桩破坏。施工测量重复验证，确保中线，水平和结构尺寸和位置正确。严格执行质量事故报告制度，严格按照质量事故发生后，事故处理程序报告。关键工序的施工质量检验工程师，要全过程现场监督质量，解决施工中遇到的问题，保证了施工全过程处于受控状态。在项目管理，施工准备过程中，对于施工信息的原始数据，应及时收集，整理，确保施工过程可追溯，为工程技术交工验收提供数据基础。
2.技术方法上保证施工质量
针对建筑桩基工程施工中存在的普遍问题，在技术上已经有了普遍适用的技术方法来处理，这些方法主要有：(1)补沉法。主要适用于预制桩的入土深度不符合要求、打入桩因土体的隆起向上抬起的状况，(2)补桩法。主要桩基承台前补桩法。适用于当桩距较小时的情形;另一种是桩基承台或地下室完成再补静压桩法。它的最大好处是可以利用承台或地下室结构承受静压桩的施工反力，操作方便，不会拖延工期。(3)纠偏法。适用于桩身倾斜，未断裂的，且桩长较短，或因基坑开挖造成桩身倾斜，而未断裂的桩的情形。(4)扩大承台法。此法主要适用于原有的桩基承台不能满足构造要求或基础承载力的要求而需要扩大桩基承台的面积的情况。(5)复合地基法。此法是利用桩土的共同作用理论，对地基作适当的处理，以提高地基承载力，来分担桩基的荷载。此外还有一些其他方法也同样适用。
3.对于不合格桩基要妥善处理
对于不合格桩基的处理关系到建筑工程的整体的工期和整体进度，同时对于整个工程的投入和施工技术有重要影响，例如对于桩位超偏的处理 ，在桩基进行开挖的时候，要对现场加强巡视检查和实测实量工作，在发现桩位偏差超出了设计的范围时，要通过设计人员来确定合理的处理方案，其一般处理方法为局部加大承台截面。在处理过程中应做好夯站记录和隐蔽工程验收记录，并按规定留下影像资料。对于没有方法处理的桩基要分析造成的原因和责任的对象，以便日后总结和追责。
三、结束语
桩基施工质量的控制不是个人，也不是一个过程就可以实现的，应该将其纳入到具体的质量监督管理体系中，采用适宜的技术方法以提高其施工质量。
国外高桩码头打桩现状如下：1、巴拿马科隆港集装箱码头三期二阶段旧码头拆除改建工程为例，针对现有码头及新建区为陆域的特点进行分析，采取陆上打设钢管桩后水上施工纵横梁的施工。2、建造在岸坡上的高桩码头不仅需要验算其使用期的稳定性，而且需要验算其施工期的土坡滑移。
在通常情况下，无论是地下水系统的状态方程，还是管理模型的目标函数或约束条件，圴常具有非线性、多峰性、不连续等特征，这给求解管理模型带来了困难；而传统的优化方法首先要将非线性问题进行线性近似，使得其解强烈依赖于管理模型目标函数的初值和梯度［52］。当目标函数不连续或不可导时，尤其是在分布参数地下水管理模型中涉及经济或环境因素，会使模型更为庞大而复杂，以致传统的优化方法无法解决［53］。
近年来，最优化技术有了很大的进展，一些基于试探式具有全局寻优特点的求解方法被应用于地下水管理之中，如遗传算法、模拟退火算法、人工神经网络算法、禁忌搜索算法以及一些混合智能算法等。
1.2.3.1 遗传算法（Genetic Algorithm，GA）
遗传算法是20世纪70年代初期由Holland等人创立，并由Goldberg发展完善起来的一种新型寻优方法［54］。遗传算法求解地下水管理模型时，不要求地下水系统必须是线性的，因而更适合求解复杂地下水系统的管理问题。目前，国内外已将遗传算法应用到地下水管理的各个领域。
McKinney等［55］用遗传算法求解了3个地下水管理问题：含水层最大抽水量，最低抽水费用及含水层修复的最低费用；Katsifarakis等［56，57］结合边界元法和遗传算法求三类经常遇到的地下水流和溶质运移问题的最优解，即确定导水系数、最小化抽水费用及污染羽的水动力控制；Morshed等［58］综述了遗传算法在地下水管理方面的应用，并提出了一些改进方法；Cai等［59］将遗传算法和线性规划相结合，求解大型非线性水资源管理模型，先用遗传算法识别出复杂的变量，这些变量不变时，问题趋于线性化，然后用线性规划分段求解水资源管理模型；Zheng等［60］采用遗传算法求解由响应矩阵法建立的地下水修复系统优化设计模型；Ines等［61］结合遥感和遗传算法对灌区的水管理进行优化。近年来，国内学者邵景力等［62］以山东省羊庄盆地地下水非线性管理模型为例，介绍了应用遗传算法求解这类问题的具体步骤；崔亚莉等［63］以山东省羊庄盆地3个水源地总抽水量最大为目标建立了地下水管理模型，采用遗传算法进行求解。
需要指出的是，遗传算法是一种近似算法和全局优化算法，其收敛速度和解的精度受控于该算法的某些参数选取；对于大规模、多变量的地下水管理问题，其收敛速度较慢，计算时间长，这是遗传算法在求解复杂地下水管理模型的不足之处。
1.2.3.2 模拟退火算法（Simulated Annealing Algorithm，SAA）
模拟退火算法是局部搜索算法的扩展，它不同于局部搜索算法之处是以一定的概率选择邻域中目标函数值好的状态。理论上来说，它是一个全局优化算法，它通过模拟金属物质退火过程与优化问题求解过程的相似性，另辟了求解优化问题新途径［64］。模拟退火算法已被应用到地下水管理领域。
Wang等［65］分别用遗传算法和模拟退火算法求解了地下水管理模型，并通过与线性规划、非线性规划和微分动态规划方法的计算结果相对比，评价了两种算法的优缺点。Dougherty等［66］介绍了模拟退火算法在地下水管理中的应用。Rizzo等［67］用模拟退火算法求解了多时段地下水修复的管理问题，并应用了一个价值函数以加速算法搜索速度。Cunha［68］用模拟退火算法求解了地下水管理问题，使在满足需求的条件下选择供水设备，使总安装费用和经营费用最低。Kuo等［69］提出了基于田间灌水制度和模拟退火算法的模型进行农业水资源管理。Rao等［70，71］运用SEAWAT建立了地下水流和溶质运移模型，并采用模拟退火算法求解地下水管理问题。
模拟退火算法的实验性能具有质量高、初值鲁棒性强、通用易实现的优点，但为寻到最优解，模拟退火算法往往优化时间比较长，这也是此算法最大的缺点［72］。
1.2.3.3 人工神经网络算法（Artificial Neural Network，ANN）
人工神经网络算法是一门新兴的学科，从20世纪40年代提出基本概念以来得到了迅速的发展。人工神经网络法属于集中参数模型，是模拟人脑工作模式的一种智能仿生模型，可以对信息进行大规模并行处理；具有自组织、自适应和自学习能力，以及具有非线性、非局域性等特点；而且善于联想、概括、类比和推理，能够从大量的统计资料中分析提炼实用的统计规律［73］。
在地下水管理中，由于含水层性质的空间变异性所导致的数据多变性和参数的不确定性以及水文地质数据的不完备性，使得一些精确分析方法在表达地下水资源系统各部分之间的非线性关系上具有很大的局限性。ANN技术的引入，对地下水管理模型的应用研究有着很大的促进作用。1992年，Rogers在博士论文中首先提出利用人工神经网络技术进行地下水优化管理，并在模型训练与识别中使用了遗传算法。此后，陆续有些学者在这一领域进行了大量研究。Ranjithan等［74］用人工神经网络模型对渗透系数不确定性条件下的地下水回灌方案进行优化研究；Coppola等［75］成功地把人工神经网络运用到3种地下水预测问题中，求解复杂地下水管理问题；Parida等［76］用人工神经网络预测水资源管理中的径流系数。
需要强调的是，ANN模型并不是对非线性过程的真实描述，不能反映系统的真实结构，因而不能最终完全替代系统的机理模型。ANN模型的这一本质是在建立各类地下水非线性系统管理模型时都必须首先考虑的。目前我国在地下水资源管理研究中对ANN技术的应用和研究还比较少，特别是在地下水资源管理中ANN技术的综合应用方面，与国外相比，还有一定的差距。
1.2.3.4 禁忌搜索算法（Tabu Search Algorithm，TSA）
禁忌搜索算法的逐步寻优思想最早由Glover［77］提出，它是对局部邻域搜索的一种扩展，是一种全局算法，是对人类智力过程的一种模拟。禁忌搜索算法通过引入一个灵活的存储结构和相应的禁忌准则来避免迂回搜索，并通过藐视准则来赦免一些被禁忌的优良状态，进而保证多样化的有效探索以最终实现全局优化。
Zheng等［78］联合禁忌搜索算法和线性规划方法求解了地下水污染的修复设计问题，主要应用了禁忌搜索的优点（在优化离散井位时更有效）和线性规划的优点（在优化连续抽水量时更有效）；Zheng等［79］分别用禁忌搜索算法和模拟退火算法进行最优参数结构识别，并评价和比较了两种方法的有效性和灵活性；Lee等［80］给出了八种求解非线性整数规划问题的启发式算法的经验比较，在监测网设计中的应用结果表明，模拟退火算法和禁忌搜索算法表现比较突出；杨蕴和吴剑锋等［81］将禁忌搜索算法和遗传算法分别应用于求解地下水管理模型，其结果表明禁忌搜索计算效率高于遗传算法。
禁忌搜索算法对初始解有较强的依赖性，好的初始解可使禁忌搜索在解空间搜索到好的解，而较差的初始解则会降低禁忌搜索的收敛速度。禁忌搜索能否在实际问题中应用好，要充分考虑初始解对优化结果的影响，这方面还有待于进一步的研究。此外，迭代搜索过程是串行的，仅是单一状态的移动，而非并行搜索，这就使得算法的优化时间往往较长，为了改善寻优效率，目前的趋势是把禁忌搜索与其他启发式方法结合起来，比如把禁忌搜索算法与遗传算法结合等［82，83］。
1.2.3.5 混合智能算法
模拟退火遗传算法（SAGA）是将遗传算法与模拟退火算法相融合而产生的一种优化算法。Sidiropoulos等［84］用模拟退火算法和遗传算法研究了以抽水费用最小为目标的地下水管理问题，最后提出了地下水管理模型更有效的解法——模拟退火遗传算法；Shieh等［85］应用模拟退火遗传算法进行了原位生物修复系统的最优化设计研究；韩万海等［86］用模拟退火遗传算法进行了石羊河流域的水资源优化配置研究；潘林［87］等应用模拟退火遗传算法对某灌区的灌溉水量进行了最优分配；吴剑锋等［88］运用遗传算法，同时用模拟退火罚函数方法处理约束条件，求解了地下水管理模型，并将该方法成功地应用于徐州市地下水资源评价与管理模型之中，取得了较为满意的结果。模拟退火遗传算法不但克服了基于梯度寻优算法的缺点，而且通过模拟退火过程，保证能够有效地求得问题在可行域上的最优解（或接近最优解）。然而在求解大型的多决策地下水优化管理问题时，如何减少群体规模，从而有效地提高遗传算法的寻优速度，还有待于进一步深入研究。
人工神经网络算法和遗传算法相结合来求解地下水管理模型的研究也很多。Rogers等［89］用人工神经网络算法和遗传算法进行最优地下水修复设计，用人工神经网络预测水流和溶质模拟结果；Aly等［90］提出了不确定条件下含水层净化系统最优设计的方法——人工神经网络算法和遗传算法；Brian［91］等将遗传算法与人工神经网络算法相结合求解了具有线性目标函数的含水层系统水质管理问题，并将该方法与基于梯度函数的传统算法进行了比较。
此外，其他一些混合算法也常应用于地下水管理问题中。Tung等［92］使用模式分类和禁忌搜索算法相结合的方法研究了地下水开采管理问题；Hsiao等［93］应用遗传算法与约束微分动态规划相结合的混合算法求解了非承压地下水含水层修复优化问题；Mantawy等［94］将遗传算法、禁忌搜索算法和模拟退火算法相结合求解单位运输问题，算法的核心是遗传算法，用禁忌搜索产生新种群，用模拟退火法加速收敛速度。
地下水管理模型求解的方法有很多，除文中提及的优化算法外，近年来快速发展的智能方法，如混沌优化算法、蚁群算法等都为解决这一问题提供了新的思路。地下水资源系统本身是一个高度复杂的非线性系统，其功能与作用是多方面、多层次的；模型的输入有确定的，也有随机的。因此，为实现地下水更科学有效的管理，地下水管理模型的求解方法也必须更具有准确性和实用性。
国外经济不堪。国内物价自己肯定深有体会。个人感觉09年是金融风暴的开始。08年只是开胃小点而已。看看现在的股市震荡~看看现在东部沿海地区的厂区状况。不容乐观。现在应该是挖掘中国内部地区潜力的时候了。
深基坑开挖与支护结构是基础和地下工程施工中的一个传统课题．也是一个综合性的岩上工程难题，涉及工程地质、水文地质、工程结构、施工工艺和施工管理。随着城市居住空间的发展，高层、超高层建筑以及地下工程的不断涌现．对基坑工程的要求越来越高．出现的问题也越来越多，促使工程技术人员以新的眼光去审视这一古老课题，使许多新的经验和理论的研究方法得以出现和成熟。 早在20世纪30年代．Terzaghi等人已开始研究基坑工程中的岩土工程问题，提出了预估挖方稳定程度和支撑荷载人小总应力法，这理论直沿用至今．只不过有了许多改进与修正。在以后的时问里，世界各国的许多学者都投入了研究，并不断存这一领域取得丰硕的成果。在我国，20世纪80年代以后，随着经济发展和城市建设的需要，土地资源紧张的矛盾日益突出，向高空、向地下争取建筑空间成为一个发展趋势，对基坑工程的研究逐步发展起来。特别是20世纪90年代以来，随着城镇建设中高层及超高层建筑的大量涌现．深基坑工程越来越多，同时南集的建筑物、复杂的深基坑形式．使得基坑开挖的条件越来越复杂。因此，对基坑开挖与支护的计算与设计理论、施工技术等的要求也越来越高。 2.深基坑支护结构类型 2.1悬臂式支护结构 悬臂式支护结构是指未加任何支撑或锚杆，仅靠嵌入基坑底下定深度的岩土体来平衡上部地面超载、主动土压力以及水压力的支护结构。分为连续的扳桩式结构、分离的排桩式结构和地下连续墙结构。对于该种支护结构．其嵌入深度至关重要。由于基坑底以上部分呈悬臂状态，无任何支点力作用，与有内支撑的支护结构相比，这种结构的桩顶位移及构件弯矩值比较大。因此，这种立护结构形式主要用于土质条件较好、基坑深度不大及对基坑水平位移要求不很严格的基坑，一般开挖深度不宜大于lOm。 2.2拉锚式支护结构 拉锚式支护结构是由挡十结构与外拉系统组成的，分地面拉锚支护结构(外拉系统在地面设置)和锚杆支护结构(外拉系统沿坑壁土体内设置)两类。地面拉锚支护结构由挡土结构、拉杆(索)和锚固体组成，锚固体通常使用锚周桩或锚碇板。常用于深度及规模不大的基坑或悬臂支护结构的抢险工程中。锚杆支护结构是由挡土结构及锚固于蒸坑滑动面以外的稳定土体的锚杆组成。一般用于规模较大的深基坑，邻近有建筑物或重要管线而不允许有较大变形的基坑，以及不允许设内支撑或设内支撑不经济等情况。 2.3内支撑支护结构 内支撑支护结构是由挡土结构和内支撑系统组成的结构形式。挡土结构主要承受基坑开挖所产生的土压力和水压力井将此侧向压力传递给内支撑，有地下水时也可防止地下水的渗漏，是稳定基坑的一种临时支挡结构，一般采用护壁桩和地下连续墙。内支撑为挡土结构的稳定提供足够的支撑力，直接平衡两端围护结构上所承受的侧压力。常用的有钢支撑和现浇钢筋混凝土支撑。 2.4重力式挡士支护结构 重力式挡土支护结构是重力式挡上墙的一种延伸和发展，主要以自身重力来维持支护结构在侧压力作用下的稳定。其特点是先有墙后开挖形成边坡，因此在某种程度上重力式基坑支护结构与重力式挡十墙有较大的区别。目前，常用的重 力式支护结构主要是水泥土重力式围护结构。该结构用于软十的支护结构， 一般深度不大于6m，用丁非软土基坑的支护深度可达l0m。 2.5土钉支护 土钉支护是用于十体开挖和边坡稳定的一种新的挡土技术，由于经济、可靠且施工快速简便，已在我国得到迅速推广和应用。它由密集的土钉群、被加固的上体、喷射混凝上面层形成支护体系。由于随挖随支，能有效地保持上体强度，减少七体的扰动。适用于地F水位以上或经降水后的人工填上、粘性十和弱胶结砂土，开挖深度为5m～10m的基坑支护。土钉支护不适用十含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱和软弱土层和对变形有严格要求的基坑支护， 2.6复合土钉支护 由于土钉支护自身具有局限性，在松散砂土、软土及含水丰富的粉细砂层、砂砾卵石层、饱和软弱土层不能单独使用该 支护形式，必须与其他支护相结合使用，即所谓的“复合土钉支扩”。复合上钉支护就是由土钉、喷射混凝土与预应力锚杆或预支护微型桩或水泥土桩组合，以解决因基坑变形、土体自立和隔水而形成的支护形式。常用的复台土钉支护南土钉+预应力锚杆+喷射混凝士、上钉+预支护微犁桩+喷射混凝土、土钉+预支护微型桩+预应力锚杆+喷射混凝上、土钉+水泥上桩+喷射混凝土、土钉+预应力锚杆+水泥土桩+喷射混凝土、土钉+预应力锚杆+喷射混凝土。 2.7预应力锚杆柔性支护 预应力锚杆柔性支护是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型支挡技术，是南预应力锚杆与喷射混凝土面层或木板面层结合而成的一种支护方法。其中预应力锚杆是由众多吨位较小的预应力锚杆组成的系统锚杆。由于强大预应力的作用，改变了基坑的受力状态，减小了基坑位移，因此该方法特别适合于位移挖制要求严格的基坑及超深基坑的支护。 3.我国当前深基坑支护设计和施工中存在的问题 3.1支护结构设计计算问题 目前，深基坑支护结构的设计计算仍基于极限平衡理论。而极限平衡理论是一种静态设计，而实际上基坑开挖后的土体是种动态平衡状态，也是一个松弛过程，随着时间的增长，土体强度逐渐下降，并产生一定的变形。工程实践证明，有的支护结构按极限平衡理论计算的安全系数，从理论上讲是绝对安全的，但却发生破坏；有的支护结构却恰恰相反，即安全系数虽然比较小，甚至达不到规范的要求，但在实际工程中获得成功。这说明在设计中变形和时间效应必须给子充分的考虑．但在目前的设计计算巾却常被忽视。 3.2基坑的上压力计算问题 支护结构上的土压力的计算是基坑立护结构计算的关键．但目前要精确计算土压力还十分困难。目前的支护结构设计中．一般都以古典的库伦公式或朗肯公式作为计算上压力的基本公式。应用这2个公式进行基坑上压力汁算存在以下问题：(1)库伦-朗肯土压力理论所制对的挡士墙问题是平面问题，而深基坑开挖支护问题实际上是空问问题。(2)库伦朗肯土压力理论计算的是极限平衡状态时的土压力，但是在实际的基坑工程中，对基坑位移均有严格的控制要求，位移过大是不容许的。基坑挡土结构上实际发生的土压力总是介于静止土压力与主动土压力或静止土压力与被动土压力之间。尤其在开挖过程中，上压力随开挖和支护的进行是一个动态变化过程，应用库伦-朗肯上压力理论无法计算出这一动态过程中相应的土压力。 3.3基坑的变形控制问题 随着城市建设的发展，城市用地越来越紧张，基坑工程往往处于房屋和生命线工程的密集地区，对基坑工程技术提出了更高、更严的要求，不仅要确保基坑的稳定，而且要满足变形控制的要求，以确保基坑周围的建筑物、地下管线、道路等设施的安全。而变形控制是现有基坑工程强度控制设计理论不够重视的一个方面，常规计算方法对立护结构及基坑周围十体的变形未能给出相应的解答，这是导致一些基坑工程失败的主要原因之。侯学渊、孙家乐等深入讨论，变形控制设计．提出了变形控制设计的基本思想：立护结构在满足强度的前提下，尚需满足其使用要求，即基坑在施工过程中既要保证其安全、不失稳，又要保证其对周围环境不造成破坏性的影响。 3.4地下水控制设计问题 地下水控制是基坑工程的个难点，较通常的“降水有更加广泛的含意，它包括降水与截水。因土质与地下水位的条件不同，基坑开挖的施工方法大不相同，不能制定统一的设计模式，这就要求设计者根据实际情况，进行地下水位控制设计。实践中绝大多数基坑工程在控制地下水方面获得了成功，但也有少数基坑(存在透水性大的粉土、砂土层，含水量丰富、相邻建筑物密集)山于其降水或截水在设计或施工中存在问题而出现基坑严重渗漏、管涌．致使工期延长(或者更严重的后果)，故地下水控制设计是基坑丁程设训和施工中十分重要的环节，必须引起重视”。 3.5支护结构的空间效应问题 深基坑本身是个具有长、宽、深尺寸的三维空间结构，基坑开挖过程中，基坑周边向基坑内发生的水平位移是中间大两边小，深基坑边坡失稳常常以长边的居中位置发生，这说明深基坑开挖是个空间问题．但传统的深基坑支护结构的设计是按平面应变问题处理的。对一些细长条基坑来讲，这种平面应变假设比较符合实际，而对近似方形或长方形深基坑则差别比较大。对于支护结构的空间效应，近几年国内外的研究取得了可喜的成果。但因为在土体力学参数的确定、有限元分析模式的选取等方面仍不能令人满意，基坑支护结构的三维在限元分析还处于辅助设计水平。所以．在未能进行字问问题处理前支护结构的构造要适当调整，以适应开挖空间效应的要求。
管桩的应用和研究现状分析论文
摘要： 管桩作为一种新桩型以其施工方便、承载力高、质量可靠、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。本文根据管桩的承载力特性和受力状况，分析了影响管桩承载力的因素以及提高管桩承载力的方法，并基于对施工中常见问题的探讨，提出有效的防治措施。
关键词： 管桩；承载力；施工；质量控制
1 前言
管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，在各种建筑基础中得到广泛地应用，并发挥着巨大的作用。从国外管桩的发展来看，从1920年澳大利亚发明了离心法制作混凝土制品、1925年日本引进这种技术用于钢筋混凝土管桩，在1962年开发预应力混凝土管桩(PC管桩)，到现在已有八九十年的历史，目前管桩已朝着全面取代传统实心桩方向发展。我国是1944年开始生产混凝土离心(RC)管桩，到SO年代末期研究成功预应力抽筋管桩，即采用后张法对桩身混凝土施加预应力。近15年，我国生产的预应力混凝土管桩无论从产品性能和产量上都达到了世界前列，呈现出布局面广，产品品种、规格齐全，生产技术成熟，配套应用技术日趋完善等特点。据资料反映，2004年福建省实际利用预制高强混凝土管桩就达2500万米。为了更合理利用管桩这一技术、有效地推广使用管桩，对管桩进行研究是极为必要的。
管桩的种类分为：钢管桩、预制混凝土管桩及钢管混凝土管桩。钢管桩及钢管混凝土管桩具有高强度、抗冲击疲劳性能好、贯入能力强、便于割接、质量可靠、运输方便、沉桩速度快及挤土影响小等优点，但造价高，约为预应力混凝土管桩的3－10倍。因此，一般只在必须穿越砂层或其它桩型无法施工和质量难以保证、或工期紧迫等情况下使用，或者是一些重要的特种工程的基础上，如海上钻井平台，港口平台等工程中使用。预制混凝土管桩之所以得到迅速发展和广泛的应用，主要是由于具有以下优点：
(a)施工工期短，施工方便、不受季节限制，工业化生产：
(b)对施工场地无污染，若采用静压式施工更无噪音，符合绿色环保施工要求；
(c)经济效益可观，同样的地基处理效果(竖向承载力及水平承载力)所使用的混凝土比实心桩节省30％－60％且抗腐蚀能力强，工作性能同钢管桩基本相似。
(d)对持力层起伏变化较大的地质条件适应性强，一般情况下，软土、粘性土、粉土、砂土及全风化岩体等地层条件均可采用。因此像高层建筑、码头工程、桥梁工程、高速公路、铁道工程等除必须采用钢管桩的特殊基础外，在工程中钢管桩已大部分被预制混凝土管桩所代替。现在我国预制混凝土管桩使用量已经相当可观。
2 管桩的承载特性及承载力分析
2．1 管桩的承载特性
管桩的底桩端部的桩尖(靴)形式主要有十字型、圆锥型和开口型。前两种属于封口型。采用封口型桩尖的管桩其承载力主要由桩周的侧摩阻力及桩端的端阻力组成；采用开口型桩靴的管桩则在沉桩过程中桩身下部1/3－1/2桩长的内腔被土体充塞，挤土效应较弱(与沉管桩、静压实心混凝土桩比)，对周围建筑物及环境影响小，具有较高的环保性能。但是内腔土塞却为管桩提供了内侧摩阻力，使得管桩的承载力的组成变得更为复杂。影响管桩承载特性的因素很多，比如桩侧土性、桩端土性、桩径、开口管桩的壁厚、人土深度、施工顺序等。预制混凝土管桩通常只具备开口桩的功效。
2．2 管桩的受力分析
2．2．1 管桩的竖向承载性状和单桩极限承载力 确定管桩竖向承载力的方法很多，最可靠的方法是静力载荷试验法，目前比较常用的公式有两类：一是以土的物理力学指标和大量的试桩资料为依据，经统计分析建立桩侧和桩端阻力与土类指标之间的关系；另一类是以土的力学性能指标如土的标准贯入击数为依据，我国、欧洲及美国API－RP2A的地基基础规范均采用第一类公式。其表达式为
由于各地地质条件不同，地质结构比较复杂，桩的类型又多，沉桩工艺也多种多样，很难用单一形式的公式来反映工程实际。
从文献进行的破坏荷载试验得知，当桩顶竖向受压时，桩身上部首先产生垂直应力和弹性变形，并向桩身下部传递，自上而下逐步建立摩阻力，桩身处于弹性压缩阶段。当荷载较小时，变形量较小，桩基基本没有发生位移，桩端阻力为零。随荷载增加，当垂直应力传递到桩端时，桩端土逐步压缩，桩土相对变形加大，桩侧摩阻力进～步发挥。在加荷载最后阶段，随着桩端阻力的不断增加，桩顶部位侧阻力首先达到极限(摩阻力趋于定值)，并向下逐步扩大极限阻力的'分布范围，在此过程中相对于荷载增量，作为抗力的摩阻力增量所占比例愈来愈小，而桩端阻力增量所占的比例则愈来愈大。最终导致桩端土出现塑性区并迅速扩展。桩因急剧下沉而失效，桩端土的刺入破坏先于桩身强度破坏。此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。
2．2．2 管桩的水平承载性状和单桩极限承载力
随着我国工程技术的迅速发展，大陆架浅海石油的勘探和开发技术的进步以及陆上高层建筑的发展，使得这些管桩不仅要承受巨大的竖向载荷，还要承受巨大的水平载荷。而桩在侧向载荷作用分析是工程中非常重要但却尚未圆满解决的问题。文献采用卧式千斤顶施加水平力试验来测定单桩水平载荷，施加的水平荷载分级一般取预估水平极限荷载的1/10－1/15，每级荷载施加－后，恒载4min测桩的水平位移值，然后卸载至零，停2min测出桩的残余水平位移值，至此完成一个加卸载循环，如此循环5次便完成一级荷载的试验观测。多级加荷后，出现下列情况之一时可停止试验：1)桩身折断；2)水平位移超过40mm或达到设计要求的水平位移允许值。当桩身应力达到极限强度时的桩顶水平力使桩顶水平位移超过20－30mm，或桩侧土体破坏的前一级水平荷载，即是单桩水平极限承载力标准值。
2．2．3 影响管桩承载力的因素
2．2．3．1 偏斜
偏斜桩是指随着桩周土的水平运动，桩与土之间产生的水平压力导致桩身产生水平挠曲和弯矩，致使桩偏斜的被动桩。预应力管桩偏斜后，其极限承载力要低于铅直桩的极限承载力。偏斜预应力管桩的承载力减少程度不仅与其偏斜的程度有关，且与其所处的土层性质、入土桩长、桩与承台布置等均有一定的关系。
当遇到超过偏斜限量值的桩时，无论其是否发生裂缝，均应进行纠偏扶正处理，将其倾斜度控制在允许的范围内。较浅的(一般2－3m)可以将桩倾斜反向土方挖除后扶正；较深的可以用钻孔取土、高压水冲取土等方式将桩倾斜反向一侧土取出后扶正。然后对纠偏扶正的桩进行检测，看其是否在纠偏施工中发生异常情况，如无异常可进行下步施工。
2．2．3．2 裂缝
浅部裂缝——一般裂缝位置多发生在深度4－6m，也有的在3m以内，出现这种 情况多数是桩裂缝部位的下部有相对比较坚硬的土层。深部裂缝一裂缝位置发生在8－10m，出现此种情况多是地基土上部软土层较厚。裂缝的存在势必影响到桩基竖向永久性受荷特性，为确保桩基工程的安全使用，需对桩基进行加固处理。如接桩、补桩，一定情况下还需经计算确定。
2．2．3．3 偏心载
竖向荷载的偏心是预应力混凝土管桩产生弯曲荷载的重要原因，荷载的偏心也势必影响桩的竖向承载力。预应力混凝土管桩基础常采用柱下多桩承台，严格地讲，承台下大多数桩都处于偏心承载状态，对于偏心承载桩如何对桩的承载能力做出正确的评估，桩在正常使用极限状态下所能承受的偏心距临界值是多少，竖向荷载偏心距与桩的承载能力有何关系，这是预应力混凝土管桩基础设计要特别考虑的问题。
文献根据材料力学原理和现行钢筋混凝土结构设计规范的规定，提出预应力混凝土管桩在偏心荷载(或在桩顶水平位移)作用下内力与位移的计算方法，包括纯弯状态下桩身抗裂弯矩临界值；在轴心力和弯矩共同作用下桩身抗裂弯矩的极限值；桩顶允许承载力与竖向力偏心距(或桩顶水平位移)之间的相互关系式等。
3 管桩设计施工中的问题及质量控制
3．1 挤土效应
在沉桩过程中，土体向四周排挤，使周围的土受到严重的扰动，主要表现为径向位移，桩尖和桩周一定范围内的土体受到不排水剪切以及很大的水平挤压，产生较大的剪切变形，形成具有很高孔隙水压力的扰动重塑区，降低了土的不排水抗剪强度，促使桩周邻近土体会因不排水剪切而破坏，由于群桩施工中的迭加作用，会使已打入桩和邻近管线产生较大侧向位移和上浮。桩群越密越大，土的位移也越大。
施工遇到挤土效应采取的防治措施是：
①合理安排沉桩顺序、控制每日打桩的数量，减少孔隙水压力的迭加：
②采用先开挖基坑后沉桩的施工工序，可减少地基浅层软土的侧向位移和隆起，有利于降低沉桩所引起的超静孔隙水压力，从而减少地基深层土体变位。
③在场地设置袋装砂井或塑料排水板，创造排水条件以降低孔隙水压力。
④预钻孔辅助沉桩。
3．2 浮桩
浮桩现象是静压管桩挤土效应的一种表现形式。该问题表现得很隐蔽，并且往往是等到压桩工程完工后做静载检测时才发现，而此时桩机可能已退场。此时再来处理就非常被动。比较好的处理措施是：提前选取有代表性的桩进行测量监控，在桩施工结束后应立即用水准仪测量记录其桩顶标高，并在整个施工过程中定期复测，通过比较来检查桩身是否有上浮现象。如果发现有上浮现象，则需采取前面提过的控制压桩速率、重新调整压桩路线或钻孔取土等措施，减少挤土效应进而控制桩身上浮现象。如果采取上述措施后仍不能解决桩身上浮现象，则可采用复压的补救方法进行处理。
3．3 沉桩达不到设计要求
沉桩达不到设计的最终控制要求主要原因是：
①勘探点不够或勘探资料粗糙，对工程地质情况不明，尤其是对持力层起伏标高不明，导致设计考虑持力层或选择桩长有误。
②设计持力层选择不当，预应力管桩持力层宜选择强风化层，以达到较高承载力。但当强风化层埋深较深时，考虑到桩长限制，不得已选择全风化层作持力层时，承载力将受较大影响，特别是全风化层有遇水易软化特点，地下水可能通过桩管内从桩尖渗入，大大降低桩端承载力。
③设计对单桩承载力预估不准，导致实际桩长与压桩力不匹配。
④桩身断裂致使不能继续施压。
防治措施为首先详细探明工程地址地质情况，必要时应作补勘，正确选择持力层或标高；施工采用合适吨位桩机；根据工程地质条件，合理选择桩的施工方法及打桩顺序，避免断桩，确保桩身质量。科学设计，通过试桩确定合理终压标准。
3．4 断桩
断桩是预制混凝土管桩施工中常常遇到的问题，其产生的主要原因主要有：
①使用了厂家生产的未经检验的不合格的桩；
②桩尖碰到地下障碍物管桩被蹩断：
③管桩施工中垂直度没有控制好；
④管桩由软弱土层突然进入硬土层，桩机压力迅速升高，桩身受到瞬间冲击力而引起；
⑤基坑施工中，由于软土推挤隆起，基坑壁侧向移动造成断桩。
施工中若发现有断桩，就要采取补强加固方案处理。对预应力管桩浅层断桩可采用接桩。对深层断桩的接桩(包括部分错位桩纠偏后接头)要抽干桩内积水，确认桩的倾斜在允许范围内，放人钢筋笼，钢筋笼应伸到断桩下3m，用高等级混凝土灌注。接桩后要进行承载力检测。当断桩处错位，无法复原时，应重新补桩。对工程事故应分析问题的原因、补桩的可能性和对已施工桩的影响，考虑其它可利用条件以及经济和工期等要求。
4 结语
管桩作为一种新桩型以其桩身质量可靠、承载力高、施工速度快、现场整洁、较为经济等优点越来越得到广泛的应用。但由于管桩的应用时间不长，在研究和应用等方面都还存在着不少亟待解决的问题。而工程实践的发展已远远超过理论研究水平，使得管桩的应用受到严重制约。本文总结了管桩的承载力特性和受力分析、影响管桩承载力的因素以及提高管桩承载力的方法、施工中常见问题以及防治措施。但文中所涉及到的诸多问题目前都还没有得到圆满的解决，因此还需要通过大量的科学研究和工程实践来做进一步探讨。
楼下已经说了什么是智能水杯了，我现在来回答智能水杯有什么作用。饮水提醒和水质检测是智能水杯的基础功能，我们总是感到口渴才会喝水，饮水提醒就能帮助我们进行科学的饮水提醒，改善我们身体缺水的状况。水质检测可以检测出我们所喝饮用水的ppm值，让我们喝的更安全。还有一些智能水杯还有社交功能，与好友通过水杯进行社交互动，好玩又有趣。现在的智能水杯也能送礼，自定义上传头像和定制屏保，送礼满满心意。
随着智能家居的出现，越来越多的生活化居家用品都已经智能化。不得不说智能化的硬件产品拯救了“懒人”。如今智能硬件产品在生活中越来越普及，智能手环走过了草莽时代，智能音箱被资本疯狂追逐…
而，智能水杯在度过了两年的乱战时代后，那些真正能解决用户痛点的产品慢慢积累下了口碑和市场。
极致的用户体验和“懒人”福音
如果，你拥有一个“聪明的杯子”，它能帮你试温，提醒你在合适的时间喝水，还能通过手机寻找随手放置的水杯。那么，想随时喝上一杯温度刚好的水，也就不是一件麻烦的事情了。和它相处的日子，你会发现，喝水变得更方便，慢慢地你会发现自己已经深爱着它、离不开它。
水杯智能化在现代社会是“懒人”的福音。它并不是刚需，对消费者的意义更多来自于用户体验和附加值上。所以，智能水杯要想真正进入大众市场，一定要符合大众需求，实用价值高。
在太空铝合金外壳的顶端，高度精密镭雕着LED高清显示屏，用户可以在杯盖上的显示屏感测温度。传感芯、电池等都收纳在精致的杯盖中。水杯还有按时提醒饮水的功能，人性设计，多喝水有利于健康。
这样一款基于健康饮水需求出发的智能水杯，叫做“小水怪”。首先，它在“水温”上下足功夫，解决了用户饮水“试温”的痛点，通过智能化的附加功能，让用户在喝水体验上更加极致。
它还有一个更加实用的功能。小水怪的APP安装支持IOS系统和安卓系统，安装好后，就可以通过APP进行蓝牙连接到水杯，在APP中还会显示和水杯的的距离，还支持查找水杯的功能。
“查找水杯”是实用价值高的一种体现，它能给用户带来便捷愉悦的用户体验，解决生活中“随手丢弃水杯”小麻烦。
不营销概念，才有亲民的价格
水杯做为人们日常中必不可少的生活用品，它伴随着人类走过了每一个时代。无论过去、现在，甚至到了未来，水杯将必然存在，难以被取代。它只会越来越进步，越来越科技化。无论在公共场所还是私人领地，水杯无处不在。人们对于水杯的需求从最早的容量需求，过渡到了保温需求，再到智能化时代的实用性和时尚美观。
“小水怪”智能化的解决方案，更多是从生活中“水杯”的实用价值出发，而非营造概念。对于更多年轻人而言，智能不过是一个“酷炫”地噱头。外观设计，才更吸引他们。谁会为一款售价数百元的水杯买单呢？
市面上的智能水杯，价格动辄数百元、上千元，买一个的价格能卖一箱子正常水杯了。而“小水怪”基础款只要99元。把价格做的更加接地气。
扒开智能概念的外衣，智能硬件产品还剩下多少真材实料呢？在消费升级的大潮下，决定一款产品的实用价值永远是解决用户真正需求的产品。不营销概念，才会有亲民的价格。
背后是10年经验积累的团队
小水怪智能科技顺应传统行业的转型升级，为了满足用户新的需求和全新体验，开发了这款智能化的水杯。
公司在工业设计及精密模具等技术上，有近10年的积累。
创始人是一位工业设计及研发出身的资深产品经理，公司设有自主智能硬件多年经验的研发团队。小水怪团队在产品设计、制造和工艺成本，整体研发及创新等开发平衡有多年的实战经验，热销产品多达20多个。
小水怪的生产制造由一个合伙股东的工厂完成。工厂的生产制造体系导入日本的精益生产的管理系统，其核心思想“JIT（效率和误差）、自动化，不断改善”的生产，在精密生产和效益管理有丰富经验。
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矿区土地资源综合利用的核心是生产组织和矿山土地复垦与生态重建。最早开始矿区生态环境恢复治理工作的是德国和美国。20世纪60年代，许多工业发达国家加速矿区环境保护法规的制订和恢复治理工程实践活动，自觉地进入了科学恢复的时代。进入70年代，矿区的环境恢复治理技术以采矿、地质为主体，集环境、农学、林学等多学科为一体，发展成为一门牵动着多行业、多部门的系统工程［10］。80年代以后矿区生态环境治理工作呈现蓬勃发展的态势［11～23］。
国外许多国家对土地复垦十分重视，如德国、美国、加拿大、俄罗斯、澳大利亚等都十分重视矿山复垦工作，矿山土地复垦率已达80%。20世纪90年代以来，重建矿区生态环境，实现可持续发展，得到世界各国的重视，土地复垦不仅是将损坏和压占的土地恢复到可利用状态，而且要重建良好的矿区环境，使新的景观在许多方面相似，甚至优于开采前的状况。由于各国的自然条件不同、经济状况不同、土地状况不同，故各国都有自己的矿区土地资源综合利用与复垦特色。
德国系统地对土地进行复垦始于20世纪20年代［24，25］，从最初的植树、造林到多功能复垦区域的建立，目标从以林业、农业复垦为主，转向建立休闲用地、重构生物循环体和保护物种上，即所谓的混合型土地复垦模式:农林用地、水域及许多微生态循环体协调，统一地设立在一起，从而为人和动物、植物提供较大的生存空间。整个活动经历了由简单到综合，由幼稚到成熟的过程，为合理规划土地用途，建立新景观提供了机会，进而满足了生活水平逐步提高的人们对娱乐休闲场所的需求［26］。对土地复垦与生态重建规划控制体系，一是褐煤规划;二是企业规划。褐煤规划以联邦空间规划和州规划的目标作为基本目标，对景观重建作出了明确的规划和规定［24］。
美国矿区复垦的管理工作主要由内政部牵头，由内政部露天采矿与复垦办公室负责实施［26］，矿业局、土地局和环境保护署等部门协助对与本部门有关的土地复垦工作进行管理，各州资源部负责辖区内矿区的复垦工作。美国的土地复垦将生态环境恢复、重造自然景观、改善公共环境，作为第一要任。美国复垦标准和要求苛刻，对露天采矿来讲，涉及从环境保护、自然景观恢复到消除对土地生态和周边环境的污染;土地复垦标准涉及矿山废弃物处理，采矿土地恢复等诸多方面内容。
在澳大利亚，矿业公司申请采矿许可证时须与土地所有者达成土地复垦协议，并得到当地政府的许可;在开采过程中，矿业公司应对开采结束的矿区范围内进行科学的地形整理和表土覆盖，然后可将整理好的矿区用经济协议的形式转交给复垦公司;为确保矿区复垦的顺利实施，澳大利亚对矿区复垦实施抵押金制度。
通过多年的努力，发达国家的矿区复垦率已经达到50%以上，有的达到了75%以上［27］。闭矿之后的矿山废弃地要恢复本地植被群落，因为这样的群落所需要的后期维持费用最少，并为后续的土地利用提供了较大的弹性空间。在制订完成标准时，管理机构倾向于采用植被构成、丰度、密度和覆盖率等指标，同时他们希望生态系统恢复功能，是可持续的，需要最小的维持费用。Bell认为矿山土地复垦的目标，一是保证矿山废弃地的稳定，保证其不会被风和水所侵蚀;二是将土地恢复到可利用的状态。Tacey等认为，成功的复垦地是一个稳定的生产性生态系统，有着与周围环境相似的可维持的生物物理过程［28］。例如，新南威尔士州Bridge Hill Ridge以前的砂矿区，经过复垦后，与周围环境融为一体，现已归入Myall Lakes国家公园［27］。澳大利亚的土地复垦一般要经历以下阶段:初期规划、审批通过、清理植被、土壤转移、存放和替代、生物链重组、养护恢复、检查验收。执行复垦保证金制度，并且基于鼓励和推广的目的，它会要求复垦工作做得最好的几家矿业公司只缴纳25%的复垦保证金，而其他的公司则必须缴纳100%的保证金。
加拿大通过了《加拿大环境保护法案》(简称CEPA，1999)和《加拿大环境评估法案》(简称CEAA)，以法律的形式系统、全面地对加拿大矿区环境评估和环境保护进行了约束。
俄罗斯土地复垦界认为，土地复垦是在受工业影响的土地上，采取旨在有计划的创建和加速形成具有高生产力、高经济价值、最佳人工景观的采矿、生物、工程、土壤改良及生态学综合技术措施来恢复土地。整个土地复垦过程分成工程技术复垦和生物复垦两个基本阶段。农业复垦和林业复垦在俄罗斯是最普遍的，由于林业复垦对土壤恢复的要求不很严格，投资较小而得到广泛采用［29］。
矿产开采对土地资源的破坏性影响早就被人们所认识。关于开采沉陷对土地破坏的研究一直受到广泛关注，研究主要是对破坏特征的描述和沉陷预测预防上。Damody，Quither，Ham，Sel-man等对此作过有关研究，认为开采沉陷对土地的影响主要包括土壤侵蚀、地表排水系统的破坏、积水、农作物减产等［30～32］。
国外将生态理论用于土地复垦的研究开展较早。1992年国际复垦会议论文纲要中，“成功复垦的生态学评价”(ecological eval-uation of reclamation success)被列为其中一项;1998年国际复垦会议论文纲要中，“恢复理想景观的土地复垦”被列为其中一项。
Richard J.Hobbs在澳大利亚进行的生态恢复试验表明，景观破碎化和栖息地的改变引起了许多大规模的土地退化和生物多样性减少。复垦关键在于保存大斑块和连通性，为取得它们，应进行植被恢复［33］。
Petr.Sklenika等认为，煤矿区景观重建是一种特殊类型的景观规划，应以景观异质性作为景观重建规划设计标准，对景观结构进行量化，其目标就是使煤矿区重建景观与周围地区生态价值相协调［34］。
A.Lausch等通过对土地利用监测认为，矿区开采对景观形成扰动，改变景观格局。一般随着开采活动的进展，原有景观数量呈下降趋势，开采活动停止后稳定，同时沉陷景观由小到大，受复垦活动影响又由大变小，林地、水面等其他景观不同程度增加，景观多样性提高，斑块破碎度增加［35］。
土地空间安全格局是生态规划的组成部分，由生态规划发展而出现并得到进一步深化。20世纪初，生态学开始呈现与规划、系统工程等学科的全方位融合趋势。以Geddes，Park和Wirth等人为首的学者利用生态学原理在城乡建设中的应用研究，奠定了生态规划的基础［36］。
20世纪60年代后，以《增长的极限》、《寂静的春天》等著作为代表，国际上掀起了基于生态基础的人类理想栖息环境研究的热潮，生态学与规划学融合日趋加快。1969年，McHarg的《设计遵循自然》就是这方面的力作［37］，成功地提出了区域规划的生态学研究框架，其因子叠合的生态规划大法被称之为McHarg法，并得到广泛的应用;克罗(D.S.Crowe)提出了景观规划概念，Odum进一步提出了生态系统模式［38～40］，把生态功能与相应的土地利用模式联系起来，提出了规划结合生态思想的概念与方法;1982年由McHarg发表的《自然设计》进一步阐述了McHarg的生态规划思想，探讨了在生态平衡基础上如何建立自然与人和谐关系的方法［41］。
20世纪90年代，生态规划得到广泛应用，在理论和实践方面都有诸多新的成果。《绿色城市》等著作均较系统地探讨了城市的可持续发展方针和生态化途径;1993年英国城乡规划协会中的可持续发展研究组发表《可持续的环境计划》，提出将自然资源、能源、污染和废弃物等环境要素管理纳入各层次的空间发展规划;1996年的联合国人居大会上制定的人居环境议程也用城市生态学观点表述了城市可持续发展的目的。“将社会经济发展和环境保护相融合，在生态系统承载能力内去改变生产和消费方式、发展政策和生态格局，减少环境压力，促进有效的和持续的自然资源利用。为所有居民提供健康、安全、殷实的生活环境，减少人居环境的生态痕迹，使其与自然和文化遗产相和谐，同时对国家的可持续发展目标作出贡献［42～45］。以福尔曼为首的部分“自然保护学派”强调人地和谐的未来景观研究［46，47］，提出了集聚间离析和生态网络体系观点。
目前，自然生态服务价值的经济学量化也引起人们的重视，以Costanza［48］等人为代表的学者将经济因素引入景观生态学模型，使景观生态学与区域生态—经济系统的管理与规划相结合。提出“区域生态经济系统(regional ecological systems)”观点，在管理和规划模型的设计上强调公众、特别是持股人的参与，以及变化过程的不可预测性。
景观指数为景观研究人员的景观结构研究提供了重要量化方法。McGarigal是景观指数的倡导者，也是FRAGSTATS软件包的设计者之一，对一些研究实例的部分景观指数的可靠性和阈值进行了评价，并强调尺度在景观指数解释中的作用。(O’Niel)等人分别对景观指数在不同景观生态学案例研究中的作用进行了评价［49］。
摘要：近些年来,建筑给排水的最大热点是新型管材的广泛应用。传统的镀锌钢管和普通排水铸铁管由于易锈蚀、自重大、运输施工不便等原因被取而代之。目前, 建筑给排水常用管材主要有塑料管,金属管和复合管三种。现在就常用管材的一些特性,优缺点,使用范围做一简要论述。关键词：建筑给排水 管材 塑料管 金属管 复合管1.塑料管塑料管是合成树脂加添加剂经熔融成型加工而成的制品。添加剂有增塑剂,稳定剂,填充剂,润滑剂,着色剂,紫外线吸收剂,改性剂等。常用塑料管有:硬聚氯乙烯管(PVC-U),高密度聚乙烯管(PE-HD), 交联聚乙烯管(PE-X),无规共聚聚丙烯管(PP-R),聚丁烯管(PB),工程塑料丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。塑料管的原料组成决定了塑料管的特性。塑料管的主要优点:(1).化学稳定性好,不受环境因素和管道内介质组分的影响,耐腐蚀性好。(2)．导热系数小,热传导率低,绝热保温,节能效果好。(3).水力性能好,管道内壁光滑,阻力系数小,不易积垢,管内流通面积不随时间发生变化,管道阻塞机率小。(4)．相对于金属管材,密度小,材质轻,运输,安装方便,灵活,简捷,维修容易。(5)．可自然弯曲或具有冷弯性能,可采用盘管供货方式,减少管接头数量。其主要缺点:(1).力学性能差,抗冲击性不佳,刚性差,平直性也差,因而管卡及吊架设置密度高。(2).阻燃性差,大多数塑料制品可燃,且燃烧时热分解,会释放出有毒气体和烟雾。(3).热膨胀系数大,伸缩补偿必须十分强调。所以,在推广塑料管的同时,还需要发展技术克服其缺点。1.1 塑料管性能1.1.1 物理性能：塑料管的物理性能和铝塑复合管,钢管,铜管比较见表1:表1物理性能 单位 PVC-U PE PE-X PP PB ABS 钢 铜 密度 g/cm 1.50 0.95 0.95 0.90 0.93 1.02 7.85 8.89 导热系数 w/mk 0.16 0.48 0.40 0.24 0.22 0.26 50 400 热膨胀系数 mm/m°C 0.07 0.22 0.15 0.16 0.13 0.11 0.012 0.018 弹性模量 MPa 3000 600 600 210000 110000 拉伸强度 MPa 40 25 >25 28 17 40 700 150 硬度 R 120 70 100 60 230HB 使用温度 °C 0-60 -60-60 -60-95 -20-95 -20-95 -20-80塑料管的物理性能影响管道的方式,用途,补偿措施和管道保温等方面。如:(1).PVC-U、PP、ABS的力学性能相对较高, 被视为“刚性管”,明装较好。反之,PE、PE-X、PB作为“柔性管”适合暗敷。(2).塑料管的使用温度及耐热性能决定了PVC-U,PE,ABS仅能用于冷水管,而PE-X,PP, PB则可作为热水管。当建筑物有热水供应系统且冷热水采用统一管材时耐热性能成为主要指标。(3).塑料管因热膨胀系数高,在塑料管路中尤其是作为热水管,采用柔性接口，伸缩节或各种弯位等热补偿措施较多。其中以PE,PP等聚烯烃类为最。施工安装时如果对此没有足够重视,并采取相应技术措施,极易发生接口处因伸缩节而拉脱的问题。(4).由于导热系数低,塑料管的绝热保温性能优良进而可减少保温层的厚度甚至无需保温。当不同塑料管之间绝热性的比较除导热系数外,还同它们各自的管壁厚度有关。1.1.2 承压性能:承压性能所涉及的内容是在一定条件下塑料管材能够承受的内压力和恒压下的破坏时间。从而确定与之有关的设计参数以及对管材的质量进行评价和监控。一般进行两项试验:液压试验和长期高温液压试验。 各种管材的承压性能见表2表2管 材 工作压力/MPa 试样试验压力/MPa 接头密封试验/MPa 爆破压力/MPa UPVC 1.6 42/h De≤90，4．2PNDe＞90，3．36PN PEX 1.0/95℃1.6/常温 1.22.5 3.55.6 ABS 1.0 3.8/h 4～8 PB 1．6～2．5／冷水1.0/热水 PP-RPP-C 2.0/常温0.6/75℃ 20℃，11h，16MPa80℃，48h，4.8MPa80℃，170h，4.2MPa HDPE 1.0/热水1.6/冷水1.1.3 卫生性能:理化卫生指标。其中PE,PE-X,PP,PB和ABS易达标。而PVC-U管材在生产时应使用无毒PVC树脂和卫生及稳定剂才能满足卫生性能的要求。1.2 给水塑料管的应用结构形式单一,材料品种众多且性能各异.常用给水塑料管的特点列表如下:表3品种 优 点 缺 点 连接方式 PVC-U 抗腐蚀力强，易于粘合，价廉，质地坚硬 有UPVC单体和添加剂渗出，不适用于热水输送；接头粘合技术要求高，固化时间较长 粘合、螺纹 HDPE 韧性好，较好的疲劳强度，耐温度性能较好；质轻，可挠性和抗冲性能好 熔接需要电力；机械连接，连接件大 挤压夹紧、热熔合、电熔合 PEX 耐温性能好，抗蠕变性能好 只能用金属件连接；不能回收重复利用 挤压夹紧 PB 耐温性能好，良好的抗拉、压强度，耐冲击，低蠕变，高柔韧性 国内还没有PB 树脂原料，依赖进口，价高 挤压夹紧、热熔合、电熔合 PP-R 耐温性好 在同等压力和介质温度的条件下，管壁最厚 热熔合 ABS 强度大，耐冲击 耐紫外线差，粘接固化时间较长 粘合、螺纹、电熔合一般情况聚氯乙烯管由于价格低廉,在不考虑水质影响,在冷水供水系统属于首选管材,而当温度较高时,可选用聚乙烯管或交联聚乙烯管、聚丙烯管、聚丁烯管。1.3 排水塑料管的应用材质单一:硬聚氯乙烯结构形式多样:芯层发泡管,空壁管,螺旋管,芯层发泡螺旋管,空壁螺旋管。其存在的一些问题:(1).热膨胀系数大,需设置伸缩补偿装置来解决。(2).刚度小,平直性差,需加密管卡、支架、吊架来解决。(3).耐热性差,软化温度低,需限制排水温度,限制使用场所和控制与热源的距离来解决。(4).阻燃性差,在穿越楼板、上人屋面的屋面板、防火墙、管道井井壁处需设置阻火圈和防火套管来解决。(5)抗机械冲击性差,需强化施工技术,精心施工来解决。(6)隔声性差,塑料管的噪声大于铸铁管,管道明装且管道位置靠近卧室时,问题尤为突出。降噪的方式,提高管道材质的隔声效果,芯层发泡管空壁管是基于这一思路而开发的；降噪的另一方式是改变水流条件,螺旋管是基于这一思路而开发的。将两种方式结合起来的思路是芯层发泡螺旋管和空壁螺旋管的开发。相同条件下,不同结构形式的排水塑料管,其噪声测定结果:普通管>芯层发泡管>空壁管>螺旋管排水塑料管的应用是在取代普通排水铸铁管的工作上进行的。目前,排水塑料管已可在建筑高度为100m以下的建筑物内使用,但各地区的进展很不平衡。当建筑高度大于、等于100m的高层建筑和不适宜采用排水塑料管的场合,可采用柔性抗震排水铸铁管。[next] 2.金属管2.1 镀锌钢管镀锌钢管的被取代既不意味金属管被取代,也不意味镀锌钢管在整个建筑给水领域被取代。镀锌钢管由于价格低廉、性能优越,防火性能好,使用寿命长等优点,还将在消防给水系统,尤其是自动喷水灭火系统中应用.而塑料管(承压小)则不应在消防给水系统和生活-消防,生产-消防共有系统中应用。2.2 铜管金属管中最具优势的是铜管,铜管应用较久,优点较多,管材和管件齐全,接口方式多样,较多的应用在热水管路中,目前存在的主要问题在于铜的折出量容易超标。2.3 铸铁管给水铸铁管与钢管相比有不易腐蚀、造价低、耐久性好等优点，适合于埋地敷设。缺点是质脆、重量大、长度小等。连接方式一般采用承插连接。卡箍式铸铁排水管是一种新型的建筑用排水管材，60年代开始进入国际市场，经过几十年的推广和应用，这种管材已得到国际上的普遍认可。这种管材与传统的承插式铸铁排水管道相比有许多优点，是一种更新换代产品，但由于这种管材及配件价格相对较贵，所以在国内一直未能得到普及推广。2.4 其它:不锈钢管也受到工程技术人员的青睐,有关方面正从减少壁厚,降低价格方面着手,以利于推广。铝合金管是铝厂向给排水行业推出的新品种。镀镍钢管是和镀锌钢管性质最近,而耐腐蚀性能远远超过镀锌钢管的新颖管材,在解决了降低镀层费用和管材断口处施工现场上镍工艺后,有望在一定范围内得到采用。涂塑钢管则是在金属管材中前景看好的一种管材,且管道布置和敷设、接口方式和施工安装均与镀锌钢管相同,是这种管材最容易被接受。由于其涂层薄、价格低,也最容易被推广。3.复合管:复合管包括衬铅管、衬胶管、玻璃钢管。复合管大多是由工作层(要求耐水腐蚀)、支承层、保护层(要求耐腐蚀)组成。复合管一般以金属作支撑材料，内衬以环氧树脂和水泥为主， 它的特点是重量轻、内壁光滑、阻力小、耐腐性能好；也有以高强软金属作支撑,而非金属管在内外两侧,如铝塑复合管，它的特点是管道内壁不会腐蚀结垢，保证水质；也有金属管在内侧,而非金属管在外侧,如塑覆铜管,这是利用塑料的导热性差起绝热保温和保护作用。根据金属的材料可分为:(1).钢塑复合管(2).不锈钢-塑复合管,塑覆不锈钢管(3).塑覆铜管(4).铝塑复合管，交联铝塑复合管(5)衬塑铝合金管应该说复合管材是管径≥300mm以上给排水管道最理想的管材。它兼有金属管材强度大,刚性好和非金属管材耐腐蚀的优点。但它又是目前发展较缓慢的一种管材。这是因为：（1）.两种管材组合在一起比单一管材价格偏高。(2).两种材质热膨胀系数相差较大,如粘合不牢固而环境温度和介质温度变化又较剧烈,容易脱开,而导致质量下降。复合管的连接宜采用冷加工方式,热加工方式容易造成内衬塑料的伸缩、变形乃至熔化。一般有螺纹、卡套、卡箍等连接方式。由于复合管尚属新型管材，我国还未有统一的设计、施工及验收规范。设计及施工人员往往套用镀锌管的工艺来进行设计与施工，故在此不作一一赘述。
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