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桩基础的发展方向？
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发布时间：2017-06-23 10:44
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随着近几年我国高层建筑的发展，桩基础施工迅速崛起，施工工法和制桩工艺也有了很大提高，但在工法原创方面与发达国家相比仍有很大差距。沈保汉教授自1973年起就一直从事桩基和深基坑支护技术的研究与开发工作，完成了住建部、北京市及云南省等15项重大科研开发项目，所取得的科研成果在数千项工程项目中得以推广应用。对于中国的桩基础工程，他有着深刻的感悟和见解。
沈保汉，我国著名岩土工程专家，曾任北京市建筑工程研究院副总工程师兼地基基础研究所所长。【赤峰桩基础】
施工技术：目前国内的桩基础施工技术现状如何？
沈保汉：目前按施工方法分，桩可分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩三大类。再细分，桩的施工方法超过300种，可以说是日新月异。
以日本埋入式桩为例，实际上细分可有百种类型。按中掘埋入工艺、钻机、承载力发挥方法及采用的预制桩种类等，中掘施工法桩又可细分为50余种桩型，而预钻孔埋入式桩亦可细分为50余种。近几年来，日本又开发出十余种高承载力埋入式桩工法。
以泥浆护壁法钻孔扩底灌注桩的成孔方法为例，有40种以上，扩底方式可分为反循环扩底、旋挖钻斗钻扩底、正循环扩底及潜水钻扩底等。其中反循环扩底方式又分为扩刀上开、扩刀下开、扩刀滑降及扩刀推出等方式，旋挖钻斗钻扩底方式又分为水平推出、滑降及下开和水平推出并用等方式。目前，在日本建筑界已有一半以上的旋挖钻斗钻成孔灌注桩采用扩底工法。
以桩端压力注浆为例，注浆工艺可分为闭式注浆和开式注浆两大类，桩端压力注浆施工工艺的核心部件——桩端压力注浆装置又可分为预留压力注浆室、预留承压包、预留注浆空腔、预留注浆通道及预留特殊注浆装置五大类，两者组合，目前已有20余种桩端压力注浆桩工法，其中国内至少已有20种。
施工技术：我国工程地质与水文地质条件复杂，东部与中西部地区经济发展不平衡，请问企业在施工时该如何选择桩型？
沈保汉：首先我要强调的是，任何一种桩型都不是万能的，都有其适用范围，关键在于找到切入点，扬长避短。再好的桩型如果施工中不注意质量或超过其适用范围，就会出现质量问题甚至造成重大事故及经济损失，因此在桩型的选择上要遵循 “制宜”的原则。
“因荷载制宜”，即上部结构传递给基础的荷载大小是控制单桩承载力要求的主要因素。“因土层制宜”，即根据建筑物场地的工程地质条件、地下水位状况和桩端持力层深度等，通过比较各种不同方案桩结构的承载力和技术经济指标，选择桩的类型。“因机械制宜”，即考虑本地区桩基施工单位现有的桩工机械设备，如确实需要从其他地区引进桩工机械时，则需要考虑其经济合理性。“因环境制宜”，即考虑设桩过程中对环境的影响，例如打入式预制桩和打入式灌注桩的场合，就要考虑振动、噪声以及油污对周围环境的影响；泥浆护壁钻孔桩和埋入式桩就要考虑泥水、泥土的处理，否则会造成对环境的不利影响。“因造价制宜”，即采用桩型，其造价应比较低廉。“因工期制宜”，当工期紧迫而环境又不允许时，可采用打入式预制桩，因其施工速度快。再如施工条件合适，也可采用人工挖孔桩，因该桩型施工作业面可增多，施工进程也较快。
施工技术：您曾经说过中国是一个桩基大国而非强国，其原因何在？您认为我国桩基础施工企业如何做强做大？
沈保汉：在桩基发展方面中国的确是一个桩基大国而不是强国。就预应力管桩来说，全国共有五百多家制桩企业，每年生产桩长大约4亿米，从产量上看，中国称得上是生产大国。但桩基发展水平仍停留在日本桩基20世纪80年代的水准上，桩基技术发展速度慢，与国外差距大。原因也很简单，创新意识不够，缺乏原创技术。
企业想做大做强，要有知识、常识、见识和胆识这“四识”。知识体现理性，常识蕴含感性，见识突显企业处理关系之能力，而胆识彰显企业的实践力。企业要在这“四识”的基础上，与时俱进，不断创新，才能有所突破。另外还要有“三点”，即爱点、亮点、力点。“爱点”是要热爱事业，“亮点”是要找到事业的发展点，“力点”则是立足亮点加力奋斗。明白了这“四识”与“三点”我相信再过一二十年，在桩基事业各界共同努力下，中国桩基事业必定会做大做强。
施工技术：请您具体介绍一下中国当前原创的桩基技术。
沈保汉：国内现有的原创桩基技术具有技术含量高、适应性强、应用广泛等优点。像捷程MZ全套管钻孔软切割咬合灌注桩施工工法就是非常优秀的原创工法，它主要利用全套管施工法制作的钻孔灌注桩互相咬合, 在相邻桩初凝之前部分相嵌, 使之具有良好的防渗作用, 从而形成整体连续的基坑支护结构和止水帷幕, 还可兼作主体承重结构。
三岔双向挤扩灌注桩，又称DX挤扩灌注桩，也是原创桩基技术之一。该技术在钻（冲）孔后，向孔内下入专用的DX挤扩装置（专利技术），通过地面液压站控制该装置挤扩臂的扩张和收缩，按承载能力要求和地层土质条件在桩身不同部位挤扩出3岔分布或3n岔（n为挤扩次数）分布的扩大楔形腔或近似的圆锥盘状上下对称的扩大腔后，放入钢筋笼，灌注混凝土，形成由桩身、承力岔、承力盘和桩根共同承载的桩型。这一技术具有单桩承载力高，可充分利用桩身上下各部位的硬土层，成孔成桩工艺适用范围较广，低噪声、低振动、泥浆排放量减少，节约造价，缩短工期及承力盘（岔）形状可控且边界较清楚等优点。
载体桩又称复合载体夯扩桩，是采用细长锤夯击成孔，将护筒沉到设计标高后，细长锤击出护筒底一定深度，分批向孔内投入填充料和干硬性混凝土，用细长锤反复夯实、挤密，在桩端形成复合载体，然后放置钢筋笼，灌注桩身混凝土而形成的桩。载体桩虽然也称做“桩”，但又不同于传统桩，似桩非桩，被加固土层成为一个硬层与其下的持力层形成了双层地基，这是构成载体桩承载力的主体。
大直径现浇混凝土薄壁筒桩（简称筒桩）和现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）也是中国原创的桩基技术。筒桩为混凝土薄壁筒状结构，成桩时利用内外两层钢管套装在预制好的钢筋混凝土环形桩靴上，通过上部特制的夹持器，在顶部中高频振动器作用下，将钢管沉入地基土内并到达设计标高。套入内管的部分土芯可从外管的排土孔排出。移开夹持器，放入钢筋笼，在外钢管的灌入口中灌入混凝土，边振动边拔管直至钢管全部拔出地面，这样便形成中心填充有地基土的筒形桩体。
PCC桩是采用专用施工机械将内外双层套管所形成的空心圆柱腔体在活瓣桩靴的保护下沉入地基，到达设计深度后，在腔体内灌注混凝土，然后分段震动拔管，在桩芯土体与外部土体之间形成管桩。
另外像螺纹和螺杆桩及钻孔压浆桩等都是具有国际领先技术水平的工法。加强新桩型、新工艺的研发，拥有自己的原创工法，才是中国桩基走向世界强国的必经之路。
施工技术：您认为未来中国桩基础施工技术的发展方向是什么？
沈保汉：未来桩基础施工技术的发展方向表现在10个方面。第一是桩体尺寸向长、大方向发展。基于高层、超高层建筑物及大型桥主塔基础等承载的需要，桩径越来越大，桩长越来越长。像欧美及日本的钢管桩长度已达100m以上，桩径超过2500mm；上海金茂大厦钢管桩桩端进入地面下80m的砂层，桩径为914.4mm；温州地区静压式钢筋混凝土预制桩长度已达70m以上，桩断面600 mm×600 mm；郑州某工程反循环钻成孔灌注桩直径为1000～1100mm，桩长77.6m；厦门某大厦反循环钻成孔灌注桩深度达103m；南京长江二桥主塔墩基础反循环钻成孔灌注桩直径为3m，深度150m。
第二是桩体尺寸向短、小方向发展。基于老城区改造、老基础托换加固、建筑纠偏加固、建筑物增层以及补桩等需要，小桩及锚杆静压桩技术将日趋成熟，应用广泛。
第三是向攻克桩成孔难点方向发展。日本的岩层削孔技术协会研发出20余种大直径岩层削孔工法，其中长螺旋钻进成孔法3种，回转钻进成孔法5种，冲击钻进成孔法7种以及全套管回转掘削孔法9种。国内也有不少单位成功地研发出岩层钻进成孔法及大三石层(大卵砾石层、大抛石层和大孤石层)钻进成孔法。
第四是向低公害工法桩方向发展。像筒式柴油锤冲击式钢筋混凝土预制桩虽然具有桩身质量较可靠、施工速度快及承载力强等优点，但由于施工噪声高、振动大和油污飞溅(三者统称为“一次公害”)等缺点，在城区住宅群及公共建筑群等场地施工中受到很大限制。因此静压式和变频变矩振动锤振入式钢筋混凝土预制桩施工技术在国内受到业主的青睐。
第五是向扩孔桩方向发展。扩孔成型工艺有钻扩、爆扩、夯扩、振扩、锤扩、压扩、冲扩、注扩、挤扩和挖扩十大类型。
第六是向异型桩方向发展。异型桩包括横向截面异化桩和纵向截面异化桩。横向截面从圆截面和方形截面异化后的桩型有三角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩、外方内异空心桩、十字形桩、X形桩、T形桩及壁板桩等。纵向截面从棱柱桩和圆柱桩异化后的桩型有楔形桩（圆锥形桩和角锥形桩）、梯形桩、菱形桩、根形桩、扩底柱、多节桩（多节灌注桩和多节预制桩）、桩身扩大桩、波纹柱形桩、波纹锥形桩、带张开叶片的桩、螺旋预制桩、螺纹灌注桩、螺杆灌注桩、从一面削尖的成对预制斜桩及DX挤扩灌注桩等。
第七是向埋入式桩方向发展。钢筋混凝土预制桩和钢桩的设桩工艺有打入式、振入式、压入式（静压式）和埋入式四种。前面提到筒式柴油锤冲击式（打入式）施工中存在“一次公害”，同时打入式、振入式和压入式设桩工艺在施工中会产生挤土效应，使地基土隆起和水平挤动，不同程度地对邻近建筑物和地下管线产生影响。为了消除“一次公害”和挤土效应或少量挤土效应，日本在20世纪60年代初期就开发出以低噪声、低振动和无挤土效应为目标的埋入式桩系列工法，至今共有百余种。所谓埋入式桩工法是将预制桩或钢管桩沉入到钻成的孔中后，采用某些手段增强桩承载力的工法。近几年来埋入式桩工法占日本预制桩施工的90%，打入式桩工法只占10%。我国埋入式桩的种类很少，几乎空白，同时也为桩基施工企业发展提供了上升空间。
第八是向组合式工艺桩方向发展。由于承载力环境保护及工程地质与水文地质条件的限制等，采用单一工艺的桩型往往满足不了工程要求，实践中经常出现组合式工艺桩。例如，钻孔扩底灌注桩有成直孔和扩孔两个工艺，桩端压力注浆桩有成孔成桩与成桩后向桩端地层注浆两个工艺，预钻孔打入式预制桩有钻孔、注浆、插桩及轻打（或压入）等工艺。
第九是向高强度桩方向发展。随着对打入式预制桩要求越来越高，诸如高承载力、穿透硬夹层、承受较高的打击应力及快速交货等要求，普通钢筋混凝土桩（简称RC桩，混凝土强度等级为C25～C40）已满足不了上述要求，故预应力钢筋混凝土桩（简称PC桩，混凝土强度等级为C40～C80）和预应力高强度混凝土桩（简称PHC桩，混凝土强度等级不低于C80）使用越来越多。上海中技桩业股份有限公司开发出的外方内圆PC和PHC混凝土空心方桩得到了广泛应用。
第十是向多种桩身材料方向发展。以灌注桩为例，桩身材料种类亦出现多样化趋势，如普通混凝土、超流态混凝土、无砂混凝土、纤维混凝土、自流平混凝土及微膨胀混凝土等。打入式桩亦有组合材料桩，如钢管外壳加混凝土内壁的合成桩等。
总之，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。
