关于桩与深基础施工技术发展创新的思考

李亮

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东 济宁 272100)

关于桩与深基础施工技术发展创新的思考

李亮

(山东省鲁南地质工程勘察院，山东 济宁 272100)

摘要：：在桩基础施工中，地质条件复杂各异，没有“全能”钻机，也没有“万能”桩型，技术创新是桩基发展的唯一出路。作者主要介绍了第四届中国国际桩与深基础峰会的主要亮点和体会。 2、标题应在20字以内，正文一般在5000字以内，以100～200字为宜， 、

关键词：深基础；桩；发展；创新 3～5个。有条件者，请将标题、作者、单位、地址、 译成英文。

中图分类号：0前言

收稿日期：2015-06-19

作者简介：李亮，(1971-)，男(汉族)，山东莱州人，山东省鲁南地质工程勘察院、山东省华鲁工程总公司高级工程师，探矿工程专业，一直从事桩基施工与管理工作，山东省济宁市兖州区建设东路272号，Tel：0537-3424915，13696371606。 6、稿件一律使用word格式，最好用电子信箱投稿，并请附第一，包括：姓名(出生年-)、性别(民族)、籍贯、职称、学位、简历和研究方向，以及工作单位、通讯地址、邮编、联系电话和电子信箱。

第四届中国国际桩与深基础峰会在上海举行。笔者应大会组委会的邀请，参加了该次盛会。中国国际桩与深基础峰会是亚洲桩与深基础领域最大的综合性峰会，会议主要讨论国内外桩基础领域前沿科技和各种桩基工程难题的解决，活跃行业学术气氛，进而推动桩基础施工技术的发展，交流桩与深基础工程技术、工程安全及工程管理、工程信息化方面的科技成果, 为促进世界桩基础工程质量的不断提高，实现桩基础行业持续和谐发展提供一个高水平的国际化学术交流平台。本次大会由我国著名岩土工程专家沈保汉教授主持，沈教授在桩基施工技术研究方面造诣很深，被业内人士誉为岩土工程界的司马迁。会议共有40余名国内外专家、学者及技术人员进行了专题演讲，内容包括各类桩基工程新技术、新设备、新施工工法的应用、新桩基检测方法的应用、深基坑工程新技术应用等几个方面，如北京市建筑工程研究院教授沈保汉演讲的《全套管全回转钻机在喀斯特地层灌注桩的施工技术》；上海艾西伊建筑设备贸易有限公司总裁艾严先生演讲的《高效强劲液压振动锤-ICE引领桩基施工全新潮流》；日本KGFlowtechno公司特机课兼地盘改良课课长胜仓茂先生演讲的《TRD工法在日本的适应案例及质量管理方法》等。这些最新桩基技术报告使很多与会者受益匪浅，同时很多业界知名企业都带来了最新的技术和产品加以展示，更快速有效的加强了不同地区同行的合作，对于桩与深基础施工技术的发展创新起到了很好的推动作用，这是笔者参加本次峰会的最深刻体会。

1本次峰会的亮点

本次大会收录了百余篇高质量中英文学术论文，并选择了有代表性论文进行现场交流，内容涵盖当前桩基础施工方面的最前沿信息，反映了桩基工程行业最新科学理论和应用实践发展进步的轨迹。通过学习、交流，笔者感觉本次峰会有以下几个亮点。

1.1　亮点一：TRD工法

TRD工法(TrenchcuttingRe-mixingDeepwallmethod)最早叫“混合搅拌壁式地下连续墙施工法”，后陆续有文献称其为：等厚度水泥土地下连续墙工法，原位置上混合搅拌壁式地下连续墙施工法，水泥加固土地下连续墙浇筑施工法等。TRD工法最早由日本开发研制，是能在各类土层和砂砾石层中连续成墙的成套设备和施工方法。其基本原理是利用链锯式刀具箱竖直插入地层中，然后作水平横向运动，同时由链条带动刀具作上下的回转运动，在进行纵向切割横向推进成槽的同时，向地基内部注入水泥浆已达到与原状地基的充分混合搅拌在地下形成一定厚度的墙。其主要特点是成墙连续、表面平整、厚度一致、墙体均匀性好。主要应用在各类建筑工程、地下工程、护岸工程、大坝、堤防的基础加固、防渗处理等方面。2009年，二手TRD工法设备引进中国，2010年，第一个项目实施(墙厚700，墙深45m)。2012年，TRD工法通过上海建委鉴定。目前，国内业绩500余例，最深61m，总墙体面积约300，均采用三工序作法。在本次会议上，日本KGFlowtechno公司特机课兼地盘改良课课长胜仓茂先生演讲了TRD工法在日本的适应案例及质量管理方法。为加深对TRD工法的了解，促进此工艺在我国的健康发展，此次峰会组委会邀请部分与会者代表于3月27日下午参观了位于上海静安区新闸路的TRD工法施工现场，进行工艺施工技术交流，随后又参观了上海工程机械厂有限公司，对拥有国内自主知识产权的TRD-D型机信息有了更进一步的了解。我们参观的上海静安区新闸路(西斯文里)项目，位于上海新闸路与大田路路口，施工单位是上海广大基础工程有限公司，施工目的是止水帷幕，施工深度50m，施工墙宽700，施工总长350m；施工速度每天成墙6～8m(晚22:00至次日早6:00停止施工)。

由于三轴水泥搅拌桩受桩架高度及设备能力的限制，目前施工深度只有30m左右，而TRD工法施工深度却大的多，且施工质量有保证，我国的上海、苏州、天津等地区非常适合采用该工艺。在不久的将来，随着TRD技术在中国的推广、应用，该工艺必将得到大家的认可，一定大有用武之地。与会者对该项技术普遍看好。

图1　TRD工法施工现场(上海新闸路工地)

1.2　亮点二：钻清扩一体机

由北京聚力挤扩科技开发有限公司研制开发的钻清扩一体机，技术上取得了颇具突破性的成果，将变径钻孔灌注桩施工技术推向了一个崭新高度。

钻清扩一体机集钻孔、多节扩孔和第一次清孔于一身，实现一机钻扩成型多节钻扩灌注桩的专用施工设备，主要由机架(含旋转动力机构、钻杆垂直扶正机构、钻扩装置提放机构、液压步履行走机构、扩大头腔扩孔稳定支撑机构以及下放钢筋笼与混凝土灌注桩机构等)、钻扩机构(含钻孔机构、扩孔机构、钻扩功能转换机构、钻头单向转动机构、扩大头腔尺寸控制机构及旋转密封机构等)、紧固无间隙型正反转钻杆、泥浆循环机构及电器控制机构等组成。

该设备一机多功能、施工效率高。 钻扩清一体机可以完成多节钻扩灌注桩的所有工序施工，将钻孔、多节扩孔、第一次清理沉渣，甚至于沉放钢筋笼和灌注混凝土作业一气呵成。可提高功效1倍以上。钻扩清一体机的诞生是变径灌注桩施工技术的一大创新。

1.3　亮点三：全套管全回转钻孔灌注桩施工工艺

全套管设备是城市建设领域大口径套管驱动的岩土钻掘设备，关键设备为搓管机和全回转套管钻机两类。全回转钻机是日本20世纪80年代中期在整体式搓管机的基础上开发的新型全套管施工设备，该设备主要针对城市地下障碍物(包括旧的混凝土预制桩、灌注桩、钢管桩、钢板桩等)的拔除和置换、城市和沿海硬岩钻凿、复杂破碎的填石填海地层、沿海滩涂和地下水丰富的砂层和卵砾石层等地干式钻凿成孔。我国自上世纪90年代开始从日本引进全回转套管钻机用于桥梁和铁路建设，随后在青藏铁路、上海外环高架和地铁、北京地铁等大型工程建设中都发挥了重要作用。截止2010年，国内全回转套管钻机几乎全部依赖进口，钻进口径从1000mm到2500mm总数超过50台。由于该钻机的自主研发当时在我国还是一项空白，而且国内工程市场对全回转钻机的国产化需求迫切，2010年中国地质科学院勘探技术研究所承接科技部专项资金项目《φ2000全回转套管钻机、钻具和施工工艺研究》，2013年10月项目样机QHZ-2000型全回转套管钻机在河北廊坊调试成功，目前正在室外试验阶段。该项目的研发成功实现了全回转钻机的国产化，可有力推动安全、环保、高效的全回转套管施工技术在我国的应用和发展，社会效益显著。

图2　2013重庆万州Φ1500深30米全套管扩底基础桩

2几点体会

笔者自20个世纪90年代初参加工作以来一直从事桩基础施工工作，正值我国经济处于高速发展阶段，桩基施工技术也有了相应的发展。但实事求是的讲，当时桩基的总体施工水平并不高，接触的施工工艺主要是振动挤密碎石桩、砂桩、振冲桩、振动沉管灌注桩、小直径的灰土桩以及普通的钻孔灌注桩，像现在流行的长螺旋、旋挖成孔灌注桩工艺、灌注桩后压浆施工工艺、预应力管桩、超流态灌注桩、扩底桩、支盘桩、CFG桩等当时根本没听说，就连粉喷桩，当时施工规范因在上海进行的专家讨论时没通过，仅在少数地区采用，个别设计人员因采用粉喷桩方案而备受质疑，承受着很大的压力，而今天该工法已成为再普通不过的地基处理技术了。总之，对于20多年来的桩与深基础施工技术的发展，笔者有着深刻的体会，现根据工作经历谈谈自己的观点，供参考，偏颇之处还望各位同仁及专家给予指正。

2.1　沉管桩工艺逐渐淡出历史舞台

沉管灌注桩因操作简单，施工效率高，施工过程无泥浆产生等优点，上世纪九十年代初曾得到广泛使用，但是由于该工艺在地层中含有软弱或淤泥质土层及黏性土层中极易发生缩颈、断桩等质量事故，特别是由于挤土效应，沉管桩工艺造成断桩、缩颈、上浮等事故频繁发生。如东北某会展中心全部桩报废；云南某大厦筏板开裂，不得不加固处理等案例。所以从当初大量使用到现在已逐步淡出人们的视野。本来新的建筑桩基施工技术规范修订时曾打算取消该工艺，因部分专家坚持该工艺成功经验也不少，暂时得以保留，但已不提倡，同时对实际使用做了严格限制，并且对采用该施工工艺的建筑物引入了沉降增大系数。实际该工艺现在已经很少使用了。

2.2　钻孔灌注桩后注浆工艺日臻成熟

钻孔灌注桩后压浆技术，分为桩侧压浆技术和桩端压浆技术，是中国建筑科学研究院刘金砺老师的一项专利技术，建筑桩基施工规范刚纳入的一种新工艺，大规模应用是近几年的事。后压浆技术的应用可使常规灌注桩的承载力提高30%～50%，同时能有效地发挥材料强度，为建设单位节约很大一部分资金。钻孔灌注桩后压浆技术，是土体加固技术与桩工技术的有机结合。其要点是在桩身混凝土达到一定强度后，用注浆泵将水泥浆或水泥与其他材料的混合浆液，通过预置于桩身中的管路压入桩周或桩端土层中，桩侧注浆会使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，桩端注浆可使桩底沉渣、施工桩孔时桩端受到扰动的持力层得到有效的加固或压密，进而提高桩的承载能力。随着我国近年大规模的建设，灌注桩后压浆技术已在全国范围内推广使用，配合2008年北京奥运会的一些大工程，如国家体育场(鸟巢)、首都机场扩建三期等桩基础采用了此项技术，笔者单位近期承揽施工的工程如聊城新东方国际项目桩基工程、聊城第二人民医院内科病房楼项目桩基工程、聊城蓝海国际大酒店桩基工程、临清馨河丽舍一期桩基工程、聊城昌润莲城项目桩基工程、聊城民生凤凰城项目桩基工程、聊城裕昌九州国际项目桩基工程、济宁金乡红星美凯龙项目桩基工程、济宁太白路万达广场工程等也均采用了此项技术，并取得理想效果。后压浆钻孔灌注桩以其低噪音，地层适应性广、单桩承载力高、对周围环境影响较小等特点，为业主节约了大量资金和宝贵的时间，受到业主的高度赞扬。所以由于钻孔灌注桩后压浆技术显著的技术效益和经济效益，在山东的聊城、济宁、东营、济南等地区，被越来越多的业主和设计单位理解和应用；同时，由于该技术为桩基施工单位保证基桩施工质量提供了一道有力防线，也受到施工单位的认可。

2.3　旋挖工艺方兴未艾，入岩施工已成事实

旋挖工艺最早在修建青藏线时进入我国，笔者是在十年前贵州黔东某电厂桩基项目施工时接触到该工艺。该工程所处地区属典型的岩溶地区，施工过程遇到了很多问题，诸如：地质情况复杂，钻孔中有溶隙、溶洞存在，给施工、入岩判定带来了极大难度；地层中有孤石存在，钻进、纠偏难度大；入岩施工难度大，设备损坏非常严重；很多钻孔不能钻至设计深度，即使钻至设计深度，混凝土充盈系数在1.4～1.5左右,甚至更高；以及桩长匹配问题不好解决等等，工程处于停滞状态。后来业主邀请了多家电力设计院的有关专家来施工现场，召开技术咨询会，请各位专家出主意、拿意见。根据诸位专家的处理意见,在后续的施工中主要采取了相应的处理措施:对于桩端处于破碎地带，节理裂隙较发育，旋挖成孔时极易坍塌，成桩后承载力难以保证的桩，采用后压注浆进行处理；对于孔内出现孤石无法钻进，或塌孔较严重，施工孔深与设计孔深相差较远，不宜进行静压注浆的钻孔，采用冲击、回转钻进法进行处理；对于孔内遇坚硬岩石、孤石的孔，旋挖钻机根本无法钻进，采用冲击钻处理，施工速度又太慢的孔位，借鉴人工挖孔桩的施工方法，先采用孔内爆破法，再配合旋挖钻机施工；因塌孔达不到设计桩长要求，或其他原因造成桩的承载力不能满足上部荷载要求，可适当增加桩数，以满足承载力要求。该工程在经历一波三折后，最后终于顺利交工，但还是给笔者留下这样一种印象：旋挖工艺只适宜于土层施工，不适合入岩施工。

最近，笔者的这个观点有所改变。很多传媒报道德国宝峨旋挖钻机能够进行入岩施工，且效果如何显著，笔者并未亲眼所见，只是将信将疑，一个真实的案例让我见证了奇迹：我公司承揽的济南港沟某公租房项目桩基工程，属于嵌岩桩，桩长10～20m不等，设计要求入岩深度不小于2m，现场共投入6台冲击钻和1台德国宝峨旋挖钻机，1台冲击钻每天仅成桩1～2棵，宝峨钻机每天成桩10棵，而且旋挖钻机从孔内取出的岩心能够让大家更直观地看到地层的情况，让监理及业主对工程质量放心。宝峨钻机以事实向世人宣告：入岩施工必须采用冲击钻的时代将成为历史。

2.4　我国工法研究现状与国外先进水平的差距

图3　宝峨钻机施工时取出的岩心

我国桩基础施工工法的研究十分落后，桩工机械制造企业重视主机研发，工法研究少，虽然部分企业开展了桩基础施工工法研究，但原创工法少。我国桩工工法整体水平和日本相比存在很大差距，估计要有20年差距。如日本埋人式桩工法就有一百多种，我国几乎是空白，差距巨大。目前，我国原创工法虽然少，但也有一些优秀原创工法，在国内使用非常好，如全套管钻孔软切割咬合灌注桩施工工法、三岔双向挤扩灌注桩(DX挤扩灌注桩)工法、载体桩(复合载体夯扩桩)工法、螺纹和螺杆桩工法、大直径薄壁筒桩工法及PCC桩(现浇混凝土大直径管桩)工法等。

2.5　应重视概念设计

桩基的概念设计就是将土力学概念、力学概念、岩土性质的基本概念、地质演化的科学规律、地下水的渗流概念、各种施工工艺的特点、各种结构体系的特点、桩、土与结构的共同作用、当地的经验、经济因素等综合应用到桩基方案的确定中。概念设计包括：利用基本概念进行桩的设计和布置；利用基本概念确定拟设计桩基础关键控制点；利用基本概念解决工程中的一些疑难问题；利用基本概念对计算结果进行分析，进一步优化基础方案。

强调概念设计的意义：

(1)桩基础工程涉及很多单位，出现问题时不好确定责任；

(2)地基土变化多样，工程性质差异大且影响因素比较多；

(3)目前桩基中最重要的控制要素——基础变形不能较准确计算；

(4)桩的施工工艺多，且不断有新桩型出现，桩型的选用依赖于基本概念。

2.6　规范修订应与时俱进

全世界几乎较大的发达国家及发展中的大国都有自己的国家规范，我国的结构规范(尤其是抗震方面)已走在世界前列，这既和我国自主科技创新息息相关，也是与国际接轨、兼收并蓄发达国家既有成果的结果，这是我们值得自豪的地方。但也有不尽如人意的地方，比如说规范规定不一致。我国现行的规范种类很多，很杂也很乱，有国家规范，有地方规范，有行业规范，也有企业规范等，有些地方各自有各自的规定，不统一。比如对于混凝土最低标号的规定，《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008规定为C25 ,而《建筑地基处理技术规范》JGJ79—2012规定为C20；再比如试块留置数量，《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008规定：直径大于1m或单桩混凝土量超过25m3的桩，每根桩桩身混凝土应留有1组试件；直径不大于1m或单桩混凝土量不超过25m3的桩，每个灌注台班不得少于1组；每组试件应留3件；而《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002规定：每浇注50m3必须有1组试件，少于m3的桩每根桩必须有1组试件，规定不一致，因《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002为国标，很多监理单位要求施工单位按《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002留置试件，留置数量增加很多，同时给施工带来了很多不便。要想提高我国规范的影响力，还需各位规范制定专家进行持久不懈的努力，力求规定统一，并且要便于执行。也就是说，规范修订应与时俱进。

3结语

中国目前是世界上用桩量最多的国家，近些年桩基础领域新的施工方法、新的设备、新技术、新工艺、新的设计方法同时也得到了前所未有的发展。在桩基础施工中，地质条件复杂各异，没有“全能”钻机，也没有“万能”桩型。中国幅员辽阔，建筑业发展迅速，各种桩型在我国都有合适的地层土质、环境与需求，也有发展、完善和创新的条件，技术创新是中国桩基发展的唯一出路。

参考文献：主要 5、的书写格式、间隔符号须符合有关规定，并按作者的汉语拼音或英文字母顺序列于文末。

[1]李亮, 等. 建筑桩基技术规范修订实施以来的若干思考[J]. 探矿工程(岩土钻掘工程), 2014(5).

[2]建筑地基处理技术规范(JGJ79—2012). 北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]刘金波. 建筑桩基技术规范的理解和应用[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[4]建筑桩基技术规范(JGJ94—2008). 北京:中国建筑工业出版社, 2008.

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