關(guān)于樁與深基礎施工技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的思考

李亮

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟寧 272100)

關(guān)于樁與深基礎施工技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新的思考

李亮

(山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東 濟寧 272100)

摘要：：在樁基礎施工中，地質(zhì)條件復雜各異，沒有“全能”鉆機，也沒有“萬能”樁型，技術(shù)創(chuàng)新是樁基發(fā)展的唯一出路。作者主要介紹了第四屆中國國際樁與深基礎峰會的主要亮點和體會。 2、標題應在20字以內(nèi)，正文一般在5000字以內(nèi)，以100～200字為宜， 、

關(guān)鍵詞：深基礎；樁；發(fā)展；創(chuàng)新 3～5個。有條件者，請將標題、作者、單位、地址、 譯成英文。

中圖分類號：0前言

收稿日期：2015-06-19

作者簡介：李亮，(1971-)，男(漢族)，山東萊州人，山東省魯南地質(zhì)工程勘察院、山東省華魯工程總公司高級工程師，探礦工程專業(yè)，一直從事樁基施工與管理工作，山東省濟寧市兗州區(qū)建設東路272號，Tel：0537-3424915，13696371606。 6、稿件一律使用word格式，最好用電子信箱投稿，并請附第一，包括：姓名(出生年-)、性別(民族)、籍貫、職稱、學位、簡歷和研究方向，以及工作單位、通訊地址、郵編、聯(lián)系電話和電子信箱。

第四屆中國國際樁與深基礎峰會在上海舉行。筆者應大會組委會的邀請，參加了該次盛會。中國國際樁與深基礎峰會是亞洲樁與深基礎領(lǐng)域最大的綜合性峰會，會議主要討論國內(nèi)外樁基礎領(lǐng)域前沿科技和各種樁基工程難題的解決，活躍行業(yè)學術(shù)氣氛，進而推動樁基礎施工技術(shù)的發(fā)展，交流樁與深基礎工程技術(shù)、工程安全及工程管理、工程信息化方面的科技成果, 為促進世界樁基礎工程質(zhì)量的不斷提高，實現(xiàn)樁基礎行業(yè)持續(xù)和諧發(fā)展提供一個高水平的國際化學術(shù)交流平臺。本次大會由我國著名巖土工程專家沈保漢教授主持，沈教授在樁基施工技術(shù)研究方面造詣很深，被業(yè)內(nèi)人士譽為巖土工程界的司馬遷。會議共有40余名國內(nèi)外專家、學者及技術(shù)人員進行了專題演講，內(nèi)容包括各類樁基工程新技術(shù)、新設備、新施工工法的應用、新樁基檢測方法的應用、深基坑工程新技術(shù)應用等幾個方面，如北京市建筑工程研究院教授沈保漢演講的《全套管全回轉(zhuǎn)鉆機在喀斯特地層灌注樁的施工技術(shù)》；上海艾西伊建筑設備貿(mào)易有限公司總裁艾嚴先生演講的《高效強勁液壓振動錘-ICE引領(lǐng)樁基施工全新潮流》；日本KGFlowtechno公司特機課兼地盤改良課課長勝倉茂先生演講的《TRD工法在日本的適應案例及質(zhì)量管理方法》等。這些最新樁基技術(shù)報告使很多與會者受益匪淺，同時很多業(yè)界知名企業(yè)都帶來了最新的技術(shù)和產(chǎn)品加以展示，更快速有效的加強了不同地區(qū)同行的合作，對于樁與深基礎施工技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新起到了很好的推動作用，這是筆者參加本次峰會的最深刻體會。

1本次峰會的亮點

本次大會收錄了百余篇高質(zhì)量中英文學術(shù)論文，并選擇了有代表性論文進行現(xiàn)場交流，內(nèi)容涵蓋當前樁基礎施工方面的最前沿信息，反映了樁基工程行業(yè)最新科學理論和應用實踐發(fā)展進步的軌跡。通過學習、交流，筆者感覺本次峰會有以下幾個亮點。

1.1　亮點一：TRD工法

TRD工法(TrenchcuttingRe-mixingDeepwallmethod)最早叫“混合攪拌壁式地下連續(xù)墻施工法”，后陸續(xù)有文獻稱其為：等厚度水泥土地下連續(xù)墻工法，原位置上混合攪拌壁式地下連續(xù)墻施工法，水泥加固土地下連續(xù)墻澆筑施工法等。TRD工法最早由日本開發(fā)研制，是能在各類土層和砂礫石層中連續(xù)成墻的成套設備和施工方法。其基本原理是利用鏈鋸式刀具箱豎直插入地層中，然后作水平橫向運動，同時由鏈條帶動刀具作上下的回轉(zhuǎn)運動，在進行縱向切割橫向推進成槽的同時，向地基內(nèi)部注入水泥漿已達到與原狀地基的充分混合攪拌在地下形成一定厚度的墻。其主要特點是成墻連續(xù)、表面平整、厚度一致、墻體均勻性好。主要應用在各類建筑工程、地下工程、護岸工程、大壩、堤防的基礎加固、防滲處理等方面。2009年，二手TRD工法設備引進中國，2010年，第一個項目實施(墻厚700，墻深45m)。2012年，TRD工法通過上海建委鑒定。目前，國內(nèi)業(yè)績500余例，最深61m，總墻體面積約300，均采用三工序作法。在本次會議上，日本KGFlowtechno公司特機課兼地盤改良課課長勝倉茂先生演講了TRD工法在日本的適應案例及質(zhì)量管理方法。為加深對TRD工法的了解，促進此工藝在我國的健康發(fā)展，此次峰會組委會邀請部分與會者代表于3月27日下午參觀了位于上海靜安區(qū)新閘路的TRD工法施工現(xiàn)場，進行工藝施工技術(shù)交流，隨后又參觀了上海工程機械廠有限公司，對擁有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的TRD-D型機信息有了更進一步的了解。我們參觀的上海靜安區(qū)新閘路(西斯文里)項目，位于上海新閘路與大田路路口，施工單位是上海廣大基礎工程有限公司，施工目的是止水帷幕，施工深度50m，施工墻寬700，施工總長350m；施工速度每天成墻6～8m(晚22:00至次日早6:00停止施工)。

由于三軸水泥攪拌樁受樁架高度及設備能力的限制，目前施工深度只有30m左右，而TRD工法施工深度卻大的多，且施工質(zhì)量有保證，我國的上海、蘇州、天津等地區(qū)非常適合采用該工藝。在不久的將來，隨著TRD技術(shù)在中國的推廣、應用，該工藝必將得到大家的認可，一定大有用武之地。與會者對該項技術(shù)普遍看好。

圖1　TRD工法施工現(xiàn)場(上海新閘路工地)

1.2　亮點二：鉆清擴一體機

由北京聚力擠擴科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)的鉆清擴一體機，技術(shù)上取得了頗具突破性的成果，將變徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)推向了一個嶄新高度。

鉆清擴一體機集鉆孔、多節(jié)擴孔和第一次清孔于一身，實現(xiàn)一機鉆擴成型多節(jié)鉆擴灌注樁的專用施工設備，主要由機架(含旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)、鉆桿垂直扶正機構(gòu)、鉆擴裝置提放機構(gòu)、液壓步履行走機構(gòu)、擴大頭腔擴孔穩(wěn)定支撐機構(gòu)以及下放鋼筋籠與混凝土灌注樁機構(gòu)等)、鉆擴機構(gòu)(含鉆孔機構(gòu)、擴孔機構(gòu)、鉆擴功能轉(zhuǎn)換機構(gòu)、鉆頭單向轉(zhuǎn)動機構(gòu)、擴大頭腔尺寸控制機構(gòu)及旋轉(zhuǎn)密封機構(gòu)等)、緊固無間隙型正反轉(zhuǎn)鉆桿、泥漿循環(huán)機構(gòu)及電器控制機構(gòu)等組成。

該設備一機多功能、施工效率高。 鉆擴清一體機可以完成多節(jié)鉆擴灌注樁的所有工序施工，將鉆孔、多節(jié)擴孔、第一次清理沉渣，甚至于沉放鋼筋籠和灌注混凝土作業(yè)一氣呵成。可提高功效1倍以上。鉆擴清一體機的誕生是變徑灌注樁施工技術(shù)的一大創(chuàng)新。

1.3　亮點三：全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔灌注樁施工工藝

全套管設備是城市建設領(lǐng)域大口徑套管驅(qū)動的巖土鉆掘設備，關(guān)鍵設備為搓管機和全回轉(zhuǎn)套管鉆機兩類。全回轉(zhuǎn)鉆機是日本20世紀80年代中期在整體式搓管機的基礎上開發(fā)的新型全套管施工設備，該設備主要針對城市地下障礙物(包括舊的混凝土預制樁、灌注樁、鋼管樁、鋼板樁等)的拔除和置換、城市和沿海硬巖鉆鑿、復雜破碎的填石填海地層、沿海灘涂和地下水豐富的砂層和卵礫石層等地干式鉆鑿成孔。我國自上世紀90年代開始從日本引進全回轉(zhuǎn)套管鉆機用于橋梁和鐵路建設，隨后在青藏鐵路、上海外環(huán)高架和地鐵、北京地鐵等大型工程建設中都發(fā)揮了重要作用。截止2010年，國內(nèi)全回轉(zhuǎn)套管鉆機幾乎全部依賴進口，鉆進口徑從1000mm到2500mm總數(shù)超過50臺。由于該鉆機的自主研發(fā)當時在我國還是一項空白，而且國內(nèi)工程市場對全回轉(zhuǎn)鉆機的國產(chǎn)化需求迫切，2010年中國地質(zhì)科學院勘探技術(shù)研究所承接科技部專項資金項目《φ2000全回轉(zhuǎn)套管鉆機、鉆具和施工工藝研究》，2013年10月項目樣機QHZ-2000型全回轉(zhuǎn)套管鉆機在河北廊坊調(diào)試成功，目前正在室外試驗階段。該項目的研發(fā)成功實現(xiàn)了全回轉(zhuǎn)鉆機的國產(chǎn)化，可有力推動安全、環(huán)保、高效的全回轉(zhuǎn)套管施工技術(shù)在我國的應用和發(fā)展，社會效益顯著。

圖2　2013重慶萬州Φ1500深30米全套管擴底基礎樁

2幾點體會

筆者自20個世紀90年代初參加工作以來一直從事樁基礎施工工作，正值我國經(jīng)濟處于高速發(fā)展階段，樁基施工技術(shù)也有了相應的發(fā)展。但實事求是的講，當時樁基的總體施工水平并不高，接觸的施工工藝主要是振動擠密碎石樁、砂樁、振沖樁、振動沉管灌注樁、小直徑的灰土樁以及普通的鉆孔灌注樁，像現(xiàn)在流行的長螺旋、旋挖成孔灌注樁工藝、灌注樁后壓漿施工工藝、預應力管樁、超流態(tài)灌注樁、擴底樁、支盤樁、CFG樁等當時根本沒聽說，就連粉噴樁，當時施工規(guī)范因在上海進行的專家討論時沒通過，僅在少數(shù)地區(qū)采用，個別設計人員因采用粉噴樁方案而備受質(zhì)疑，承受著很大的壓力，而今天該工法已成為再普通不過的地基處理技術(shù)了。總之，對于20多年來的樁與深基礎施工技術(shù)的發(fā)展，筆者有著深刻的體會，現(xiàn)根據(jù)工作經(jīng)歷談談自己的觀點，供參考，偏頗之處還望各位同仁及專家給予指正。

2.1　沉管樁工藝逐漸淡出歷史舞臺

沉管灌注樁因操作簡單，施工效率高，施工過程無泥漿產(chǎn)生等優(yōu)點，上世紀九十年代初曾得到廣泛使用，但是由于該工藝在地層中含有軟弱或淤泥質(zhì)土層及黏性土層中極易發(fā)生縮頸、斷樁等質(zhì)量事故，特別是由于擠土效應，沉管樁工藝造成斷樁、縮頸、上浮等事故頻繁發(fā)生。如東北某會展中心全部樁報廢；云南某大廈筏板開裂，不得不加固處理等案例。所以從當初大量使用到現(xiàn)在已逐步淡出人們的視野。本來新的建筑樁基施工技術(shù)規(guī)范修訂時曾打算取消該工藝，因部分專家堅持該工藝成功經(jīng)驗也不少，暫時得以保留，但已不提倡，同時對實際使用做了嚴格限制，并且對采用該施工工藝的建筑物引入了沉降增大系數(shù)。實際該工藝現(xiàn)在已經(jīng)很少使用了。

2.2　鉆孔灌注樁后注漿工藝日臻成熟

鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)，分為樁側(cè)壓漿技術(shù)和樁端壓漿技術(shù)，是中國建筑科學研究院劉金礪老師的一項專利技術(shù)，建筑樁基施工規(guī)范剛納入的一種新工藝，大規(guī)模應用是近幾年的事。后壓漿技術(shù)的應用可使常規(guī)灌注樁的承載力提高30%～50%，同時能有效地發(fā)揮材料強度，為建設單位節(jié)約很大一部分資金。鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)，是土體加固技術(shù)與樁工技術(shù)的有機結(jié)合。其要點是在樁身混凝土達到一定強度后，用注漿泵將水泥漿或水泥與其他材料的混合漿液，通過預置于樁身中的管路壓入樁周或樁端土層中，樁側(cè)注漿會使樁土間界面的幾何和力學條件得以改善，樁端注漿可使樁底沉渣、施工樁孔時樁端受到擾動的持力層得到有效的加固或壓密，進而提高樁的承載能力。隨著我國近年大規(guī)模的建設，灌注樁后壓漿技術(shù)已在全國范圍內(nèi)推廣使用，配合2008年北京奧運會的一些大工程，如國家體育場(鳥巢)、首都機場擴建三期等樁基礎采用了此項技術(shù)，筆者單位近期承攬施工的工程如聊城新東方國際項目樁基工程、聊城第二人民醫(yī)院內(nèi)科病房樓項目樁基工程、聊城藍海國際大酒店樁基工程、臨清馨河麗舍一期樁基工程、聊城昌潤蓮城項目樁基工程、聊城民生鳳凰城項目樁基工程、聊城裕昌九州國際項目樁基工程、濟寧金鄉(xiāng)紅星美凱龍項目樁基工程、濟寧太白路萬達廣場工程等也均采用了此項技術(shù)，并取得理想效果。后壓漿鉆孔灌注樁以其低噪音，地層適應性廣、單樁承載力高、對周圍環(huán)境影響較小等特點，為業(yè)主節(jié)約了大量資金和寶貴的時間，受到業(yè)主的高度贊揚。所以由于鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)顯著的技術(shù)效益和經(jīng)濟效益，在山東的聊城、濟寧、東營、濟南等地區(qū)，被越來越多的業(yè)主和設計單位理解和應用；同時，由于該技術(shù)為樁基施工單位保證基樁施工質(zhì)量提供了一道有力防線，也受到施工單位的認可。

2.3　旋挖工藝方興未艾，入巖施工已成事實

旋挖工藝最早在修建青藏線時進入我國，筆者是在十年前貴州黔東某電廠樁基項目施工時接觸到該工藝。該工程所處地區(qū)屬典型的巖溶地區(qū)，施工過程遇到了很多問題，諸如：地質(zhì)情況復雜，鉆孔中有溶隙、溶洞存在，給施工、入巖判定帶來了極大難度；地層中有孤石存在，鉆進、糾偏難度大；入巖施工難度大，設備損壞非常嚴重；很多鉆孔不能鉆至設計深度，即使鉆至設計深度，混凝土充盈系數(shù)在1.4～1.5左右,甚至更高；以及樁長匹配問題不好解決等等，工程處于停滯狀態(tài)。后來業(yè)主邀請了多家電力設計院的有關(guān)專家來施工現(xiàn)場，召開技術(shù)咨詢會，請各位專家出主意、拿意見。根據(jù)諸位專家的處理意見,在后續(xù)的施工中主要采取了相應的處理措施:對于樁端處于破碎地帶，節(jié)理裂隙較發(fā)育，旋挖成孔時極易坍塌，成樁后承載力難以保證的樁，采用后壓注漿進行處理；對于孔內(nèi)出現(xiàn)孤石無法鉆進，或塌孔較嚴重，施工孔深與設計孔深相差較遠，不宜進行靜壓注漿的鉆孔，采用沖擊、回轉(zhuǎn)鉆進法進行處理；對于孔內(nèi)遇堅硬巖石、孤石的孔，旋挖鉆機根本無法鉆進，采用沖擊鉆處理，施工速度又太慢的孔位，借鑒人工挖孔樁的施工方法，先采用孔內(nèi)爆破法，再配合旋挖鉆機施工；因塌孔達不到設計樁長要求，或其他原因造成樁的承載力不能滿足上部荷載要求，可適當增加樁數(shù)，以滿足承載力要求。該工程在經(jīng)歷一波三折后，最后終于順利交工，但還是給筆者留下這樣一種印象：旋挖工藝只適宜于土層施工，不適合入巖施工。

最近，筆者的這個觀點有所改變。很多傳媒報道德國寶峨旋挖鉆機能夠進行入巖施工，且效果如何顯著，筆者并未親眼所見，只是將信將疑，一個真實的案例讓我見證了奇跡：我公司承攬的濟南港溝某公租房項目樁基工程，屬于嵌巖樁，樁長10～20m不等，設計要求入巖深度不小于2m，現(xiàn)場共投入6臺沖擊鉆和1臺德國寶峨旋挖鉆機，1臺沖擊鉆每天僅成樁1～2棵，寶峨鉆機每天成樁10棵，而且旋挖鉆機從孔內(nèi)取出的巖心能夠讓大家更直觀地看到地層的情況，讓監(jiān)理及業(yè)主對工程質(zhì)量放心。寶峨鉆機以事實向世人宣告：入巖施工必須采用沖擊鉆的時代將成為歷史。

2.4　我國工法研究現(xiàn)狀與國外先進水平的差距

圖3　寶峨鉆機施工時取出的巖心

我國樁基礎施工工法的研究十分落后，樁工機械制造企業(yè)重視主機研發(fā)，工法研究少，雖然部分企業(yè)開展了樁基礎施工工法研究，但原創(chuàng)工法少。我國樁工工法整體水平和日本相比存在很大差距，估計要有20年差距。如日本埋人式樁工法就有一百多種，我國幾乎是空白，差距巨大。目前，我國原創(chuàng)工法雖然少，但也有一些優(yōu)秀原創(chuàng)工法，在國內(nèi)使用非常好，如全套管鉆孔軟切割咬合灌注樁施工工法、三岔雙向擠擴灌注樁(DX擠擴灌注樁)工法、載體樁(復合載體夯擴樁)工法、螺紋和螺桿樁工法、大直徑薄壁筒樁工法及PCC樁(現(xiàn)澆混凝土大直徑管樁)工法等。

2.5　應重視概念設計

樁基的概念設計就是將土力學概念、力學概念、巖土性質(zhì)的基本概念、地質(zhì)演化的科學規(guī)律、地下水的滲流概念、各種施工工藝的特點、各種結(jié)構(gòu)體系的特點、樁、土與結(jié)構(gòu)的共同作用、當?shù)氐慕?jīng)驗、經(jīng)濟因素等綜合應用到樁基方案的確定中。概念設計包括：利用基本概念進行樁的設計和布置；利用基本概念確定擬設計樁基礎關(guān)鍵控制點；利用基本概念解決工程中的一些疑難問題；利用基本概念對計算結(jié)果進行分析，進一步優(yōu)化基礎方案。

強調(diào)概念設計的意義：

(1)樁基礎工程涉及很多單位，出現(xiàn)問題時不好確定責任；

(2)地基土變化多樣，工程性質(zhì)差異大且影響因素比較多；

(3)目前樁基中最重要的控制要素——基礎變形不能較準確計算；

(4)樁的施工工藝多，且不斷有新樁型出現(xiàn)，樁型的選用依賴于基本概念。

2.6　規(guī)范修訂應與時俱進

全世界幾乎較大的發(fā)達國家及發(fā)展中的大國都有自己的國家規(guī)范，我國的結(jié)構(gòu)規(guī)范(尤其是抗震方面)已走在世界前列，這既和我國自主科技創(chuàng)新息息相關(guān)，也是與國際接軌、兼收并蓄發(fā)達國家既有成果的結(jié)果，這是我們值得自豪的地方。但也有不盡如人意的地方，比如說規(guī)范規(guī)定不一致。我國現(xiàn)行的規(guī)范種類很多，很雜也很亂，有國家規(guī)范，有地方規(guī)范，有行業(yè)規(guī)范，也有企業(yè)規(guī)范等，有些地方各自有各自的規(guī)定，不統(tǒng)一。比如對于混凝土最低標號的規(guī)定，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—2008規(guī)定為C25 ,而《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》JGJ79—2012規(guī)定為C20；再比如試塊留置數(shù)量，《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94—2008規(guī)定：直徑大于1m或單樁混凝土量超過25m3的樁，每根樁樁身混凝土應留有1組試件；直徑不大于1m或單樁混凝土量不超過25m3的樁，每個灌注臺班不得少于1組；每組試件應留3件；而《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50202—2002規(guī)定：每澆注50m3必須有1組試件，少于m3的樁每根樁必須有1組試件，規(guī)定不一致，因《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50202—2002為國標，很多監(jiān)理單位要求施工單位按《建筑地基基礎工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50202—2002留置試件，留置數(shù)量增加很多，同時給施工帶來了很多不便。要想提高我國規(guī)范的影響力，還需各位規(guī)范制定專家進行持久不懈的努力，力求規(guī)定統(tǒng)一，并且要便于執(zhí)行。也就是說，規(guī)范修訂應與時俱進。

3結(jié)語

中國目前是世界上用樁量最多的國家，近些年樁基礎領(lǐng)域新的施工方法、新的設備、新技術(shù)、新工藝、新的設計方法同時也得到了前所未有的發(fā)展。在樁基礎施工中，地質(zhì)條件復雜各異，沒有“全能”鉆機，也沒有“萬能”樁型。中國幅員遼闊，建筑業(yè)發(fā)展迅速，各種樁型在我國都有合適的地層土質(zhì)、環(huán)境與需求，也有發(fā)展、完善和創(chuàng)新的條件，技術(shù)創(chuàng)新是中國樁基發(fā)展的唯一出路。

參考文獻：主要 5、的書寫格式、間隔符號須符合有關(guān)規(guī)定，并按作者的漢語拼音或英文字母順序列于文末。

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《地質(zhì)裝備》征稿啟事

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