我國巖土工程施工技術的成就
——復合樁

劉金波，柳致富，鄧亞光，戴 斌，郭金雪

(1.中國建筑科學研究院有限公司國家建筑工程技術研究中心，北京 100013； 2.華東巖土工程集團有限公司，北京 264299；3.勁樁科技有限公司，北京 100094； 4.北京榮創(chuàng)巖土工程股份有限公司，北京 100085)

1 地基基礎工程施工的重要性

地基基礎工程是一切土木工程的基礎，是保證土木工程安全、正常使用、耐久性能的必要條件，地基基礎出現(xiàn)事故的土木工程，一定是一個不成功的項目，且多和施工有關。地基基礎工程涉及勘察、設計、 施工、檢測和監(jiān)測，而與巖土工程相關的施工設備、技術能力、施工質(zhì)量，是實現(xiàn)地基基礎功能的決定性因素。勘察、設計都可能存在一定程度的不準確性，這主要是由于巖土的復雜性使勘察常常不能完全反映巖土的實際情況，造成依據(jù)勘察報告進行的設計先天就存在局限性；由于計算參數(shù)不準確以及計算假設和實際差異，巖土工程計算的準確性低；檢測數(shù)量和實際工程的數(shù)量差距很大，使檢測很難完全評估地基基礎工程的質(zhì)量，以樁基為例，一般樁的承載力檢測數(shù)量只占1%?；谝陨戏治?，和巖土相關的地基基礎施工對于確保地基基礎工程安全乃至土建項目的安全至關重要。

改革開放以來，我國土木工程建設取得舉世矚目的成就，如高鐵、地鐵、大型橋梁、高層和超高層建筑、大型機場等建設領域。截至2020年底，我國的高鐵里程達3.79萬km，世界第一；世界橋梁跨度最大的十大拱橋、十大梁橋、十大斜拉橋、十大懸索橋,中國分別占據(jù)了一半；截至2019年12月31日，中國內(nèi)地累計有40個城市開通地鐵，運營線路6 730.27km；據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已建成超高層建筑127座，在建38座；根據(jù)中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會、中國民用航空局聯(lián)合發(fā)布的《全國民用運輸機場布局規(guī)劃》，到2025年，將新增布局機場136個，全國民用運輸機場規(guī)劃布局370個，其中計劃建成約320個。這些舉世矚目的工程業(yè)績都是建立在高水平的地基基礎工程施工上的，保證高鐵、地鐵、橋梁、超高層建筑的安全和正常使用，地基基礎施工技術居功至偉。

這些大型基建項目涉足的巖土工程施工各有特點，如地鐵多以盾構(gòu)法施工；高鐵會穿過山谷，需要隧道施工和橋梁樁基礎施工；機場需要地下空間的開發(fā)和大跨度結(jié)構(gòu)荷載集中對應的地基基礎差異沉降控制問題；超高層建筑一般有很深的地下室并且對基礎沉降變形要求更高。由于篇幅所限，不能一一論述這些大型項目巖土工程施工技術進展。但這些項目巖土工程施工都離不開樁基礎，如首都機場三期建設有約1萬根樁，新修建的大興國際機場也有近1萬根樁，包括基礎樁和護坡樁；各種橋梁基礎多采用樁基礎，靠樁基礎提供豎向和水平承載力；已建成的超高層建筑基本都采用樁基礎；地鐵車站由于跨度大、荷載大，很多也都采用樁基礎；此外還有量大面廣的民用建筑，很多也采用樁基礎，尤其是軟土地區(qū)。因此，本文以樁基礎為切入點，介紹我國樁基礎所取得的進展和成績。

2018年6月，我們對現(xiàn)有地基基礎的相關規(guī)范進行了統(tǒng)計，涉及地基基礎工程的規(guī)范有239本，包括國家標準、行業(yè)標準、地方標準和團體標準。有關樁的規(guī)范有57本，數(shù)量排第1位，每本樁的規(guī)范基本就是一種新樁型或與樁相關的技術，每種樁型都有其適用范圍和優(yōu)點。近40年的大規(guī)模土木工程建設，促進我國的樁型逐步從傳統(tǒng)的預制樁和灌注樁向個性化發(fā)展，有代表性的如擴徑樁、夯擴樁、螺桿樁、變截面樁、水泥土和混凝土復合樁、耐腐蝕預制樁等。又如北京波森特公司的載體樁，卓典公司研發(fā)的螺桿樁，很多公司研發(fā)了鋼筋混凝土和水泥土復合樁。樁施工工藝有了很大提高，如華東巖土工程集團有限公司在大連某嵌巖灌注樁施工中，成功實現(xiàn)了樁底沉渣為零，承載力大幅提高。由于篇幅限制，本文僅介紹混凝土和水泥土組合的復合樁系列，下文簡稱復合樁，該樁型由中國人發(fā)明，有很多優(yōu)點和廣闊的市場前景。

2 復合樁技術

復合樁是由混凝土芯樁和外圍同心的水泥土環(huán)構(gòu)成，即在混凝土樁外圍有一定厚度的水泥土環(huán)，二者結(jié)合在一起，借助混凝土樁的剛度將荷載傳到深部土層，借助水泥土環(huán)，將側(cè)摩阻力傳到樁周圍的土體，如圖1，2所示。該樁型最早由中國建筑科學研究院劉金礪研究員提出，并在1998年由劉金波博士、陳新民工程師在河北省新河鉆機廠進行原型對比試驗，取得很好的效果。

圖2 復合樁

劉金波的試驗結(jié)果證明，在相同地質(zhì)條件下，直徑500mm的混凝土灌注樁和外徑900mm的水泥土樁形成的復合樁，其豎向承載力比直徑900mm的普通鋼筋混凝土灌注樁提高20%以上，而混凝土用量減少75%，且沒有普通泥漿護壁鉆孔灌注樁對環(huán)境的不利影響，經(jīng)濟效益和環(huán)保效益非常明顯。試驗加載模式和Q-s曲線如圖3，4所示。

圖3 試驗加載模式示意

圖4 不同樁的靜載試驗曲線

此后，復合樁在土木工程中的應用得到了快速發(fā)展，先后編制了多本地方和行業(yè)標準，如天津市發(fā)布的DB29—102—2004《勁性攪拌樁技術規(guī)程》、江蘇勁樁公司編制的JGJ/T327—2014《勁性復合樁技術規(guī)程》、山東省建筑科學研究院編制的JGJ/T330—2014《水泥土復合管樁基礎技術規(guī)程》。目前，我國復合樁已發(fā)展成為系列產(chǎn)品，芯樁可采用高強度等級混凝土的預應力管樁、空心方樁、預制實心方樁，也可以采用鋼管樁。水泥土樁可采用現(xiàn)場攪拌、高壓旋噴、水泥土壓灌、DJP工法等進行施工。根據(jù)芯樁和水泥土長度關系，分為混凝土芯樁和水泥土環(huán)等長、大于或小于水泥土環(huán)長度3種類型。其施工過程如圖5所示，先攪拌形成水泥土樁，在水泥土初凝前，將芯樁壓(打)入水泥土中，芯樁和水泥土結(jié)合成一體，形成復合樁。

圖5 復合樁施工示意

3 復合樁優(yōu)點

3.1 水泥土環(huán)使樁、土間傳力合理

樁、土間傳力合理是一種樁型具有生命力的基本條件，樁土間的傳力合理可使材料強度和應力水平匹配，使樁、土之間更好地協(xié)同工作，材料強度得到正常發(fā)揮。復合樁和普通鋼筋混凝土樁的最大區(qū)別是樁、土之間有1層強度適中的水泥土環(huán)，這是該樁型的最大特點，也是優(yōu)點。這里提到的“強度適中”是指材料強度介于混凝土和土的材料強度之間，高于土的強度，但低于混凝土的強度。一般水泥土的強度比混凝土低約2個數(shù)量級，比對應的土高約2個數(shù)量級。傳力合理使復合樁比普通樁承載力提高，具體體現(xiàn)在以下方面。

1)避免剛度突變引起的樁、土間滑移破壞

樁側(cè)摩阻力是靠樁側(cè)周圍的土提供的，當樁、土之間出現(xiàn)滑移時，樁的側(cè)摩阻力會大幅降低。由于樁身混凝土和周圍土的剛度差異巨大，也就是樁、土之間存在很大剛度突變，在樁、土荷載傳遞過程中，樁、土界面容易出現(xiàn)滑移破壞。而強度介于樁、土之間的水泥土環(huán)恰恰起到剛度過渡的作用，避免樁、土之間過早出現(xiàn)滑移破壞，使周圍土的承載力得到有效發(fā)揮。

2)水泥土的剪脹特性使樁側(cè)摩阻力提高

水泥土在承受混凝土樁的側(cè)摩阻力，也就是剪力作用下，會出現(xiàn)剪脹，剪脹可使水泥土環(huán)和環(huán)內(nèi)的混凝土芯樁、環(huán)外的土之間壓力增大。理論計算證明，剪脹可使水泥土與混凝土芯樁和周圍土之間的圍壓增加10%以上。壓力增大可使樁與水泥土環(huán)、水泥土環(huán)與土之間側(cè)摩阻力增大，提高樁側(cè)摩阻力。

3)水泥土環(huán)和環(huán)外土體結(jié)合緊密

水泥土一般是攪拌或高壓旋噴形成的，由于施工過程的壓力作用，水泥漿向周圍土滲透，使水泥土與土之間沒有非常清晰的界面，其與土之間結(jié)合緊密，結(jié)合效果遠高于混凝土與土之間的結(jié)合，使樁側(cè)摩阻力提高。一些實測資料證實，相同地質(zhì)條件下，水泥土和土之間的樁側(cè)摩阻力，可較混凝土樁與土之間側(cè)摩阻力提高20%以上。

3.2 地基基礎工程事故發(fā)生概率低

本文所指的地基基礎工程事故是指由于勘察、設計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測或檢測等原因造成的地基基礎工程質(zhì)量問題或?qū)χ車h(huán)境產(chǎn)生的破壞，使施工不能正常進行，影響工期，增加造價。具體可分為以下幾種情況。

1)地基處理過程、樁基施工期間、基坑支護施工和使用期間存在問題，表現(xiàn)出施工不能正常進行，影響周圍環(huán)境安全等。

2)地基處理、樁基施工完成，驗收時不滿足設計要求。表現(xiàn)出必須進行分析和處理，來評估不滿足設計要求會引發(fā)的問題，可能需要進行相應的加固。

3)主體結(jié)構(gòu)施工開始直至建筑物使用期間，由于地基基礎的問題，如沉降變形問題、耐久性問題等，影響建筑物正常使用甚至安全。

與土木工程的其他分項相比，地基基礎工程是土木工程中發(fā)生事故概率高的工程分項，而樁和其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件相比，可以說是工程事故發(fā)生概率非常高的子項。如對于灌注樁，特別是泥漿護壁鉆孔灌注樁，影響樁質(zhì)量的因素很多，常見的如泥皮、沉渣、樁身質(zhì)量問題、頸縮甚至斷樁、承載力離散性大等問題。某工程樁樁-土之間的泥皮厚度如圖6所示，約有2cm，該樁豎向承載力檢測不滿足要求，整個項目進行補樁加固。

圖6 樁-土之間的泥皮

某灌注樁的樁身混凝土鉆芯取樣如圖7所示，樁下部混凝土離析，沒有強度。分析原因是樁身下部混凝土凝固前，水泥被流動水帶走，只留下砂石。該項目抽檢的其他樁也存在類似情況，整個項目樁報廢，重新進行樁施工。由于樁質(zhì)量問題，延誤了工期，增加了造價。

圖7 樁身混凝土離析

某鉆孔灌注樁頸縮如圖8所示，由于樁頸縮，樁身承載力可能不滿足設計要求，尤其是樁身上部受力較大的部位，必須進行加固。

圖8 灌注樁頸縮

某灌注樁樁底沉渣如圖9所示，從圖片可看出，樁端持力層為基巖，沉渣成了持力層與樁端的軟弱夾層，基巖的承載力不能有效發(fā)揮，影響樁的承載力。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大部分承載力不滿足要求的嵌巖樁，是由于樁端沉渣造成的。

圖9 樁底沉渣和樁端混凝土離析

某工程灌注樁承載力檢測結(jié)果如圖10所示，檢測6根樁，只有1根滿足設計要求，其余5根樁都不滿足設計要求，且離散性非常大。當承載力不滿足要求時，一般要停工、擴大檢測范圍、分析原因、研究加固方案、進行加固施工、加固后再進行承載力檢測。由此造成的工期延誤和工程造價的增加是非常大的，且相關方都會受到一定損失，個別企業(yè)因地基基礎工程事故損失巨大而破產(chǎn)。

圖10 某灌注樁靜載試驗曲線

對于預制樁，沉樁過程由于需要很大的壓(打)樁力，常常出現(xiàn)樁體受壓(打)破壞的情況，尤其是當樁側(cè)土較好、樁較長需要很高的壓(打)樁力沉樁時。

與常規(guī)的灌注樁比，復合樁發(fā)生地基基礎工程事故的概率非常低，主要是由于芯樁一般采用預制混凝土，常規(guī)灌注樁的一些質(zhì)量問題都不會發(fā)生；另一方面，混凝土芯樁在水泥土初凝前壓(打)入水泥土內(nèi)，其所需要的壓(打)力大大低于壓(打)入相應土層的力，能最大限度減小預制樁身在壓(打)過程中受到的損傷。因此，相較于傳統(tǒng)的預制樁和灌注樁，復合樁施工發(fā)生地基基礎工程事故的概率大大降低。

3.3 對環(huán)境影響小

隨著整體國力的提升，我國對環(huán)境保護的要求越來越高，出臺了很多環(huán)境保護措施。對應于地基基礎行業(yè)，任何一種樁施工技術的推廣應用，首先應滿足相關環(huán)保要求。理想的樁型，其施工過程應對環(huán)境友善或影響很小。目前的地基基礎施工，如樁、基坑支護、降水等，常常造成環(huán)境污染甚至破壞，如周圍道路、管線開裂，建筑物發(fā)生不均勻沉降，嚴重的如市政道路塌陷，造成人員傷亡。相較于普通的灌注樁和預制樁，復合樁施工時對周圍環(huán)境影響很小，表現(xiàn)在以下幾方面。

1)無泥漿排放

對于泥漿護壁鉆孔灌注樁，需要利用大量的泥漿來維持孔壁穩(wěn)定，這些泥漿的排放會對環(huán)境造成不利影響，同時，消耗大量淡水，浪費了資源。

2)無棄土消納

目前的灌注樁施工絕大部分采用取土工藝，即置換出孔內(nèi)土后灌注混凝土，如螺旋鉆取土、旋挖鉆機取土、人工取土等，都有大量棄土外運問題，棄土的外運和堆放影響環(huán)境。復合樁施工是將地基土原位攪拌，沒有棄土外運和消納。

3)擠土效應低

傳統(tǒng)的壓(打)入預制樁，常常由于沉樁過程的擠土效應造成既有樁隆起、傾斜偏位，甚至造成周圍環(huán)境破壞。某預制樁基項目由于擠土效應造成樁傾斜如圖11所示。相較于傳統(tǒng)的預制樁施工，復合樁施工時擠土效應降低，一方面原因是水泥土攪拌過程使原狀土結(jié)構(gòu)破壞，應力釋放；另一方面，預制樁是在水泥土凝固之前壓入的，流塑狀的水泥土由于強度很低，大大減小了對樁周圍原狀土的影響，可減小甚至消除擠土效應對周圍環(huán)境的不利影響。

圖11 擠土效應引起的樁傾斜

4)可節(jié)約鋼筋混凝土

在相同承載力下，復合樁的混凝土用量僅為常規(guī)混凝土灌注樁的30%左右，可節(jié)約大量的砂、石和水泥，利于環(huán)境保護。

3.4 降低工程造價

1)樁的承載力高，樁數(shù)少

復合樁的側(cè)摩阻力是從水泥土外圍發(fā)揮，且水泥土的側(cè)摩阻力發(fā)揮值較混凝土高20%左右，這樣可以較大幅度提高單樁承載力，減少樁的數(shù)量，從而可相應減小承臺尺寸。同時，由于樁數(shù)少，施工周期短，可減少資金和應用成本。因此，復合樁可綜合降低樁基礎工程造價，一般可降低造價20%～30%。

2)減少或避免截樁

常規(guī)的預制樁施工，常常出現(xiàn)部分樁不能沉到設計要求深度的情況，造成截樁和材料浪費，如圖12所示。對于復合樁，水泥土施工相當于對地層的檢驗，能確定持力層的準確位置，可按實際長度配置預制樁的長度，減少或避免截樁。

圖12 某項目預制樁長短不一

3.5 適用范圍廣

由于具有降低工程造價、質(zhì)量穩(wěn)定和對環(huán)境友善的優(yōu)點，復合樁施工技術得到快速發(fā)展。尤其是水泥土樁施工技術的改進和提高，表現(xiàn)在固化材料的改進、攪拌設備能力的提高、復合攪拌等。施工技術的改進，使復合樁可適用于任何與土木工程相關的樁基礎，滿足各種地質(zhì)條件、各種荷載和沉降變形要求。具體技術改進如下。

3.5.1固化材料改進

傳統(tǒng)的水泥土攪拌樁主要采用水泥作為固化材料，不僅造價高，且常常攪拌效果不佳。鄧亞光研究員在多年實踐的基礎上，采用改良水泥基固化材料用于水泥土的攪拌。水泥基固化材料大體由以下成分組成：水泥60%～90%、砂5%～20%、礦渣微粉1%～10%、堿性激發(fā)劑 0.1%～2%、膨脹劑0.1%～2%、纖維材料0.05%～0.1%，以上成分的總和為100%。采用改良水泥基固化材料可使水泥土強度高、易攪拌、均勻性好。

北京榮創(chuàng)巖土工程股份有限公司配制了抗動水沖蝕的復合漿液，可有效防止地下水流動帶走水泥固化材料。施工時采用自動化后臺電子秤，按配方自動加入主材料，稱重精度為0.5kg，再加入添加劑，確保漿液不流失。復合漿液可以抵抗流速0.15m/s水流的長期沖蝕，為在潮汐作用強烈的海邊采用水泥土復合樁提供了質(zhì)量保證。

3.5.2攪拌設備能力提高

早期的水泥土攪拌樁設備功率一般較低，功率37kW，攪拌直徑500mm，攪拌深度15m左右。攪拌功率低制約了攪拌深度、攪拌直徑和攪拌均勻程度。隨著我國工業(yè)水平的整體提升，現(xiàn)在攪拌設備可采用大功率電機，主電機功率≥90kW，扭矩≥15t·m，攪拌軸數(shù)≥2或單軸輸料管數(shù)≥2，攪拌頭直徑800～1 500mm，攪拌深度可達到60m。攪拌深度和攪拌直徑的增大，為復合樁的廣泛應用創(chuàng)造了條件。

3.5.3DJP工法

針對目前水泥土攪拌設備不能嵌巖、不適合攪拌含有塊石土層的情況，北京榮創(chuàng)巖土工程股份有限公司研發(fā)了DJP工法，并在很多項目中成功應用。其技術原理是利用位于鉆桿下方的潛孔錘沖擊器在鉆進過程中產(chǎn)生的高頻振動沖擊作用，結(jié)合沖擊器底部噴出的高壓空氣對土體結(jié)構(gòu)進行破壞，同時沖擊器上部高壓水射流切割土體；在高壓水、高壓氣、高頻振動的聯(lián)動作用下，鉆桿周圍土體迅速崩解，處于流塑或懸浮狀態(tài)；此時噴嘴噴射高壓水泥漿對鉆桿四周的土體進行二次切割和攪拌，加上垂直高壓氣流的微氣爆作用，使已成懸浮狀態(tài)的土體顆粒與高壓水泥漿充分混合，形成直徑大、混合均勻、強度較高的水泥土樁。DJP工法具有以下優(yōu)點。

1)較大地拓展了旋噴樁的地層適用范圍

DJP工法采用的鉆頭具有主動沖擊能力，鉆進效率高，對堅硬塊體、巖石、硬地層(卵石地層)通過能力強，沖擊鉆頭下部主動受力，易于控制鉆桿垂直度，成功解決了在軟硬相間的復雜地層中的應用問題。不僅適用于素填土、雜填土、黏性土、砂土等一般地層，而且適用于難以鉆進的砂卵石、礫石、漂石、人工填海地層、拋石、混凝土舊基礎、基巖等復雜地層，或是在支護樁+止水帷幕支護體系中，可以在2根支護樁中間位置施工，即使支護樁有擴徑現(xiàn)象也對其施工無影響，有很大的優(yōu)越性。

2)旋噴樁成樁質(zhì)量顯著提高

水泥土樁的垂直度、樁徑尺寸和水泥土的均勻性對復合樁很重要，垂直度決定芯樁沉樁是否達到設計要求，水泥土的均勻性能保證側(cè)摩阻力的正常發(fā)揮。DJP工法在垂直度控制方面有很好的改進，施工設備采用上、下雙動力進行鉆進，潛孔錘牽引導向性可保證施工過程中的垂直度不斷修正，鉆桿剛度大，鉆機自穩(wěn)能力強，垂直度偏差可控制在±0.5%，比其他工藝提升1倍以上。DJP工法鉆進過程中噴射的水流與提升過程中噴射的漿液均壓力較高，前者充分切削土體，加大影響范圍，后者通過二次高壓將漿液與四周土體進行混合，加之潛孔錘底不斷輸出的高壓氣聚集形成的微氣爆，可以通過擠壓、滲透進一步擴大成樁直徑，從而形成大直徑、均勻性較好的水泥土固結(jié)體。

3.6 理想的抗腐蝕樁型

鋼筋混凝土的耐久性問題，制約了結(jié)構(gòu)的使用年限，由于耐久性問題要經(jīng)過20年左右時間顯現(xiàn)，一些工程技術人員往往不重視混凝土耐久性問題，為工程安全埋下隱患。相較于上部結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件，樁基礎的耐久性問題危害更突出，主要原因如下。

1)樁所處的環(huán)境差，常處于腐蝕、干濕交替、凍融等環(huán)境，容易出現(xiàn)耐久性問題。

2)樁一旦出現(xiàn)耐久性問題會使樁身承載力降低，甚至喪失，嚴重影響結(jié)構(gòu)安全。

3)樁的耐久性問題不容易發(fā)現(xiàn)，只有當上部結(jié)構(gòu)由于樁的問題出現(xiàn)破壞時，才可能發(fā)現(xiàn)樁耐久性出現(xiàn)問題。

4)樁出現(xiàn)耐久性問題很難修復，對于既有建筑樁基礎的修復，理論上可行，實際上修復非常困難。

5)樁耐久性問題一般是區(qū)域性的，一旦出現(xiàn)可能造成不良社會影響。

沿海某城市高承臺樁，由于耐久性問題引起的鋼筋銹蝕如圖13所示，由于存在嚴重安全隱患，該項目停止使用，待加固處理。

圖13 高承臺樁鋼筋銹蝕

對于灌注樁耐久性問題，雖然可以采取抗腐蝕措施，但樁體的密實度、鋼筋的保護層、凝固前腐蝕介質(zhì)的侵入很難控制。鋼筋混凝土耐久性的一個重要設計指標是鋼筋的保護層，由于灌注樁成孔時JGJ94—2008《建筑樁基技術規(guī)范》中要求垂直度偏差不超過1%，在鉆孔延深度不能保證垂直的情況下，鋼筋籠必然不垂直，樁頂部位鋼筋保護層可能滿足設計要求，但保護層隨深度逐漸減小，直到0，也就是超過一定深度，灌注樁的鋼筋沒有保護層。如圖14所示，實線表示實際不完全垂直的樁，垂直偏差0.5%～1%，虛線表示理想完全垂直的樁。隨著孔深的增加，由于鉆孔不垂直，鋼筋籠必然和孔壁土接觸，鋼筋失去了保護層。

圖14 灌注樁無保護層示意

對于預制樁，雖然沒有灌注樁的先天性缺陷，且樁身耐久性指標可具體測定，但常規(guī)預制樁打入或壓入土中的巨大阻力，極易造成樁身質(zhì)量的損傷，如樁體開裂，影響耐久性。

與常規(guī)灌注樁和預制樁相比，復合樁的耐久性能明顯提高。首先，復合樁具有預制樁耐腐蝕性高、可定量檢測耐久性指標、鋼筋保護層有保證等優(yōu)點，且大大降低了預制樁打入或壓入過程對樁體的損傷；在水泥土初凝之前沉入預制樁，其克服水泥土的阻力大幅降低，樁體幾乎不會受到損傷；其次，由于水泥土滲透系數(shù)很低，可比原狀土的滲透系數(shù)降低100～1 000倍，能將腐蝕介質(zhì)和樁體隔離，增加了對芯樁的保護效果。因此，復合樁是滿足耐久性要求的理想樁型。

3.7 施工速度快

1)樁數(shù)量減少，施工周期縮短 復合樁承載力高，相同條件下，樁的數(shù)量少于常規(guī)灌注樁或預制樁，相應樁施工周期縮短，等同于加快施工速度。

2)流水作業(yè)利于提高施工速度 復合樁施工過程是先形成水泥土樁，后沉入預制樁，整個施工過程可形成流水作業(yè)，利于提高施工速度。

3)沉樁阻力小，壓(打)入預制樁時間縮短 由于預制樁的壓(打)入是在水泥土初凝前，沉樁阻力小于原狀土，因此，芯樁沉樁速度較在原狀土中沉入預制樁速度快。

4)每天沉樁數(shù)量提高 由于復合樁施工過程擠土效應小，與常規(guī)預制樁相比，每天沉樁數(shù)量可較大幅度提高，縮短了樁基施工周期。主要是由于常規(guī)預制樁施工時產(chǎn)生較大的擠土效應，可能對既有樁和周圍環(huán)境造成不利影響，因此，相關規(guī)范對預制樁沉樁速率、每天沉樁數(shù)量都有規(guī)定，如《建筑樁基技術規(guī)范》7.4.9條規(guī)定：“應控制打樁速率和日打樁量，24h內(nèi)休止時間不應小于8h”。

3.8 施工向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展

數(shù)字化、智能化是未來樁基施工的發(fā)展方向，可更有效保證施工質(zhì)量，提高施工速度。在數(shù)字化和智能化方面，復合樁施工取得以下進展。

1)采用數(shù)字化施工及物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)

DJP工法施工水泥土樁過程中，對樁的垂直度、攪拌深度、鉆進速度、提升速度、噴水(漿)壓力、漿液流量、鉆機電流等進行實時監(jiān)測，并實時上傳至物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，便于工程技術人員管理。樁采用北斗導航定位系統(tǒng)，可自動導引樁位，使定位偏差≤20mm。各相關單位可通過手機APP或Web網(wǎng)頁端形式抽查施工參數(shù)，實現(xiàn)了隱蔽工程透明化。

2)采用感知系統(tǒng)優(yōu)化施工

鄧亞光研究員采用含感知系統(tǒng)的智能多功能攪拌軸，同時在含敏感材料的水泥土樁和混凝土芯樁上設置探測感知元件共同組成測量系統(tǒng)，集原位測試、工程地質(zhì)地球物理勘探、超聲波CT成像的地質(zhì)勘察功能于一體。采集的信息經(jīng)分析系統(tǒng)分析，技術人員根據(jù)分析結(jié)果，對后續(xù)復合樁施工實時調(diào)整，以適應地質(zhì)條件的改變，進一步控制噴漿、噴粉攪拌作業(yè)和混凝土芯樁沉入作業(yè)。

3.9 利于走向海外市場

海外工程有相應的技術標準和要求，通用的如美標、歐標，不同的國家和地區(qū)采用標準不同。對于樁來說，混凝土質(zhì)量和樁的檢測是必須滿足技術標準要求的。對于復合樁，由于具有以上優(yōu)點，在海外項目一定有很好的應用前景，且相對容易達到海外工程技術標準要求。具體可按項目當?shù)卣J可的混凝土技術標準，在國內(nèi)進行預制樁加工生產(chǎn)，通過陸路或海路運到相關國家，按當?shù)氐馁|(zhì)量要求進行復檢。水泥土樁可采用當?shù)卣J可的水泥，材料檢測問題簡化，再采用目前成功的水泥土樁施工方法進行施工。避免了灌注樁施工需在當?shù)丶庸や摻罨\、攪拌混凝土等檢測問題以及泥漿排放涉及的環(huán)保問題，質(zhì)量有保證，檢測環(huán)節(jié)少，施工速度快。施工過程若受當?shù)剡^多的約束，很容易引起地基基礎工程事故。如2018年，我們負責處理東南亞某一帶一路項目樁基工程事故，灌注樁承載力不滿足要求，施工方反映的一個重要原因就是根據(jù)當?shù)卣囊?guī)定，混凝土必須由當?shù)財嚢枵咎峁?，我方不能自行攪拌，混凝土供應時間、質(zhì)量都很難保證，大大約束了施工速度，且質(zhì)量不可控。因此，復合樁從保證質(zhì)量、施工速度和經(jīng)濟性等方面都非常適合在海外地基基礎工程項目中應用。

4 結(jié)語

復合樁是改革開放以來我國自主研發(fā)的樁型，經(jīng)過多年的工程實踐，證明其具有受力科學合理、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、對環(huán)境影響小、造價低、施工速度快、耐久性好等眾多優(yōu)點，能滿足任何土木工程對基礎承載力和沉降變形的要求，可在任何地質(zhì)條件下施工。該樁型必將成為我國地基基礎行業(yè)走向世界的一張閃亮名片，服務一帶一路項目，服務世界土木工程。