劉金波，柳致富，鄧亞光，戴 斌，郭金雪

(1.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司國(guó)家建筑工程技術(shù)研究中心，北京 100013； 2.華東巖土工程集團(tuán)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(chǔ)工程施工的重要性

地基基礎(chǔ)工程是一切土木工程的基礎(chǔ)，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(chǔ)出現(xiàn)事故的土木工程，一定是一個(gè)不成功的項(xiàng)目，且多和施工有關(guān)。地基基礎(chǔ)工程涉及勘察、設(shè)計(jì)、 施工、檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，而與巖土工程相關(guān)的施工設(shè)備、技術(shù)能力、施工質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)地基基礎(chǔ)功能的決定性因素。勘察、設(shè)計(jì)都可能存在一定程度的不準(zhǔn)確性，這主要是由于巖土的復(fù)雜性使勘察常常不能完全反映巖土的實(shí)際情況，造成依據(jù)勘察報(bào)告進(jìn)行的設(shè)計(jì)先天就存在局限性；由于計(jì)算參數(shù)不準(zhǔn)確以及計(jì)算假設(shè)和實(shí)際差異，巖土工程計(jì)算的準(zhǔn)確性低；檢測(cè)數(shù)量和實(shí)際工程的數(shù)量差距很大，使檢測(cè)很難完全評(píng)估地基基礎(chǔ)工程的質(zhì)量，以樁基為例，一般樁的承載力檢測(cè)數(shù)量只占1%。基于以上分析，和巖土相關(guān)的地基基礎(chǔ)施工對(duì)于確保地基基礎(chǔ)工程安全乃至土建項(xiàng)目的安全至關(guān)重要。

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)土木工程建設(shè)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(jī)場(chǎng)等建設(shè)領(lǐng)域。截至2020年底，我國(guó)的高鐵里程達(dá)3.79萬(wàn)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(guó)分別占據(jù)了一半；截至2019年12月31日，中國(guó)內(nèi)地累計(jì)有40個(gè)城市開(kāi)通地鐵，運(yùn)營(yíng)線路6 730.27km；據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成超高層建筑127座，在建38座；根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、中國(guó)民用航空局聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)布局規(guī)劃》，到2025年，將新增布局機(jī)場(chǎng)136個(gè)，全國(guó)民用運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)規(guī)劃布局370個(gè)，其中計(jì)劃建成約320個(gè)。這些舉世矚目的工程業(yè)績(jī)都是建立在高水平的地基基礎(chǔ)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(chǔ)施工技術(shù)居功至偉。

這些大型基建項(xiàng)目涉足的巖土工程施工各有特點(diǎn)，如地鐵多以盾構(gòu)法施工；高鐵會(huì)穿過(guò)山谷，需要隧道施工和橋梁樁基礎(chǔ)施工；機(jī)場(chǎng)需要地下空間的開(kāi)發(fā)和大跨度結(jié)構(gòu)荷載集中對(duì)應(yīng)的地基基礎(chǔ)差異沉降控制問(wèn)題；超高層建筑一般有很深的地下室并且對(duì)基礎(chǔ)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(xiàng)目巖土工程施工技術(shù)進(jìn)展。但這些項(xiàng)目巖土工程施工都離不開(kāi)樁基礎(chǔ)，如首都機(jī)場(chǎng)三期建設(shè)有約1萬(wàn)根樁，新修建的大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)也有近1萬(wàn)根樁，包括基礎(chǔ)樁和護(hù)坡樁；各種橋梁基礎(chǔ)多采用樁基礎(chǔ)，靠樁基礎(chǔ)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(chǔ)；地鐵車(chē)站由于跨度大、荷載大，很多也都采用樁基礎(chǔ)；此外還有量大面廣的民用建筑，很多也采用樁基礎(chǔ)，尤其是軟土地區(qū)。因此，本文以樁基礎(chǔ)為切入點(diǎn)，介紹我國(guó)樁基礎(chǔ)所取得的進(jìn)展和成績(jī)。

2018年6月，我們對(duì)現(xiàn)有地基基礎(chǔ)的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，涉及地基基礎(chǔ)工程的規(guī)范有239本，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)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(guān)的技術(shù)，每種樁型都有其適用范圍和優(yōu)點(diǎn)。近40年的大規(guī)模土木工程建設(shè)，促進(jìn)我國(guó)的樁型逐步從傳統(tǒng)的預(yù)制樁和灌注樁向個(gè)性化發(fā)展，有代表性的如擴(kuò)徑樁、夯擴(kuò)樁、螺桿樁、變截面樁、水泥土和混凝土復(fù)合樁、耐腐蝕預(yù)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(fù)合樁。樁施工工藝有了很大提高，如華東巖土工程集團(tuán)有限公司在大連某嵌巖灌注樁施工中，成功實(shí)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(fù)合樁系列，下文簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合樁，該樁型由中國(guó)人發(fā)明，有很多優(yōu)點(diǎn)和廣闊的市場(chǎng)前景。

2 復(fù)合樁技術(shù)

復(fù)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?chē)耐馏w，如圖1，2所示。該樁型最早由中國(guó)建筑科學(xué)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(jī)廠進(jìn)行原型對(duì)比試驗(yàn)，取得很好的效果。

圖2 復(fù)合樁

劉金波的試驗(yàn)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(fù)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(méi)有普通泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁對(duì)環(huán)境的不利影響，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益非常明顯。試驗(yàn)加載模式和Q-s曲線如圖3，4所示。

圖3 試驗(yàn)加載模式示意

圖4 不同樁的靜載試驗(yàn)曲線

此后，復(fù)合樁在土木工程中的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，先后編制了多本地方和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如天津市發(fā)布的DB29—102—2004《勁性攪拌樁技術(shù)規(guī)程》、江蘇勁樁公司編制的JGJ/T327—2014《勁性復(fù)合樁技術(shù)規(guī)程》、山東省建筑科學(xué)研究院編制的JGJ/T330—2014《水泥土復(fù)合管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》。目前，我國(guó)復(fù)合樁已發(fā)展成為系列產(chǎn)品，芯樁可采用高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的預(yù)應(yīng)力管樁、空心方樁、預(yù)制實(shí)心方樁，也可以采用鋼管樁。水泥土樁可采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌、高壓旋噴、水泥土壓灌、DJP工法等進(jìn)行施工。根據(jù)芯樁和水泥土長(zhǎng)度關(guān)系，分為混凝土芯樁和水泥土環(huán)等長(zhǎng)、大于或小于水泥土環(huán)長(zhǎng)度3種類(lèi)型。其施工過(guò)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(fù)合樁。

圖5 復(fù)合樁施工示意

3 復(fù)合樁優(yōu)點(diǎn)

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(qiáng)度和應(yīng)力水平匹配，使樁、土之間更好地協(xié)同工作，材料強(qiáng)度得到正常發(fā)揮。復(fù)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(qiáng)度適中的水泥土環(huán)，這是該樁型的最大特點(diǎn)，也是優(yōu)點(diǎn)。這里提到的“強(qiáng)度適中”是指材料強(qiáng)度介于混凝土和土的材料強(qiáng)度之間，高于土的強(qiáng)度，但低于混凝土的強(qiáng)度。一般水泥土的強(qiáng)度比混凝土低約2個(gè)數(shù)量級(jí)，比對(duì)應(yīng)的土高約2個(gè)數(shù)量級(jí)。傳力合理使復(fù)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?chē)耐撂峁┑?，?dāng)樁、土之間出現(xiàn)滑移時(shí)，樁的側(cè)摩阻力會(huì)大幅降低。由于樁身混凝土和周?chē)恋膭偠炔町惥薮螅簿褪菢?、土之間存在很大剛度突變，在樁、土荷載傳遞過(guò)程中，樁、土界面容易出現(xiàn)滑移破壞。而強(qiáng)度介于樁、土之間的水泥土環(huán)恰恰起到剛度過(guò)渡的作用，避免樁、土之間過(guò)早出現(xiàn)滑移破壞，使周?chē)恋某休d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(huì)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(jì)算證明，剪脹可使水泥土與混凝土芯樁和周?chē)林g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(guò)程的壓力作用，水泥漿向周?chē)翝B透，使水泥土與土之間沒(méi)有非常清晰的界面，其與土之間結(jié)合緊密，結(jié)合效果遠(yuǎn)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(shí)測(cè)資料證實(shí)，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(chǔ)工程事故發(fā)生概率低

本文所指的地基基礎(chǔ)工程事故是指由于勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、監(jiān)測(cè)或檢測(cè)等原因造成的地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量問(wèn)題或?qū)χ車(chē)h(huán)境產(chǎn)生的破壞，使施工不能正常進(jìn)行，影響工期，增加造價(jià)。具體可分為以下幾種情況。

1)地基處理過(guò)程、樁基施工期間、基坑支護(hù)施工和使用期間存在問(wèn)題，表現(xiàn)出施工不能正常進(jìn)行，影響周?chē)h(huán)境安全等。

2)地基處理、樁基施工完成，驗(yàn)收時(shí)不滿足設(shè)計(jì)要求。表現(xiàn)出必須進(jìn)行分析和處理，來(lái)評(píng)估不滿足設(shè)計(jì)要求會(huì)引發(fā)的問(wèn)題，可能需要進(jìn)行相應(yīng)的加固。

3)主體結(jié)構(gòu)施工開(kāi)始直至建筑物使用期間，由于地基基礎(chǔ)的問(wèn)題，如沉降變形問(wèn)題、耐久性問(wèn)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(xiàng)相比，地基基礎(chǔ)工程是土木工程中發(fā)生事故概率高的工程分項(xiàng)，而樁和其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件相比，可以說(shuō)是工程事故發(fā)生概率非常高的子項(xiàng)。如對(duì)于灌注樁，特別是泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，影響樁質(zhì)量的因素很多，常見(jiàn)的如泥皮、沉渣、樁身質(zhì)量問(wèn)題、頸縮甚至斷樁、承載力離散性大等問(wèn)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(cè)不滿足要求，整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行補(bǔ)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(méi)有強(qiáng)度。分析原因是樁身下部混凝土凝固前，水泥被流動(dòng)水帶走，只留下砂石。該項(xiàng)目抽檢的其他樁也存在類(lèi)似情況，整個(gè)項(xiàng)目樁報(bào)廢，重新進(jìn)行樁施工。由于樁質(zhì)量問(wèn)題，延誤了工期，增加了造價(jià)。

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(shè)計(jì)要求，尤其是樁身上部受力較大的部位，必須進(jìn)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(cè)結(jié)果如圖10所示，檢測(cè)6根樁，只有1根滿足設(shè)計(jì)要求，其余5根樁都不滿足設(shè)計(jì)要求，且離散性非常大。當(dāng)承載力不滿足要求時(shí)，一般要停工、擴(kuò)大檢測(cè)范圍、分析原因、研究加固方案、進(jìn)行加固施工、加固后再進(jìn)行承載力檢測(cè)。由此造成的工期延誤和工程造價(jià)的增加是非常大的，且相關(guān)方都會(huì)受到一定損失，個(gè)別企業(yè)因地基基礎(chǔ)工程事故損失巨大而破產(chǎn)。

圖10 某灌注樁靜載試驗(yàn)曲線

對(duì)于預(yù)制樁，沉樁過(guò)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(dāng)樁側(cè)土較好、樁較長(zhǎng)需要很高的壓(打)樁力沉樁時(shí)。

與常規(guī)的灌注樁比，復(fù)合樁發(fā)生地基基礎(chǔ)工程事故的概率非常低，主要是由于芯樁一般采用預(yù)制混凝土，常規(guī)灌注樁的一些質(zhì)量問(wèn)題都不會(huì)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(yīng)土層的力，能最大限度減小預(yù)制樁身在壓(打)過(guò)程中受到的損傷。因此，相較于傳統(tǒng)的預(yù)制樁和灌注樁，復(fù)合樁施工發(fā)生地基基礎(chǔ)工程事故的概率大大降低。

3.3 對(duì)環(huán)境影響小

隨著整體國(guó)力的提升，我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高，出臺(tái)了很多環(huán)境保護(hù)措施。對(duì)應(yīng)于地基基礎(chǔ)行業(yè)，任何一種樁施工技術(shù)的推廣應(yīng)用，首先應(yīng)滿足相關(guān)環(huán)保要求。理想的樁型，其施工過(guò)程應(yīng)對(duì)環(huán)境友善或影響很小。目前的地基基礎(chǔ)施工，如樁、基坑支護(hù)、降水等，常常造成環(huán)境污染甚至破壞，如周?chē)缆贰⒐芫€開(kāi)裂，建筑物發(fā)生不均勻沉降，嚴(yán)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(yù)制樁，復(fù)合樁施工時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境影響很小，表現(xiàn)在以下幾方面。

1)無(wú)泥漿排放

對(duì)于泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，需要利用大量的泥漿來(lái)維持孔壁穩(wěn)定，這些泥漿的排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響，同時(shí)，消耗大量淡水，浪費(fèi)了資源。

2)無(wú)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(jī)取土、人工取土等，都有大量棄土外運(yùn)問(wèn)題，棄土的外運(yùn)和堆放影響環(huán)境。復(fù)合樁施工是將地基土原位攪拌，沒(méi)有棄土外運(yùn)和消納。

3)擠土效應(yīng)低

傳統(tǒng)的壓(打)入預(yù)制樁，常常由于沉樁過(guò)程的擠土效應(yīng)造成既有樁隆起、傾斜偏位，甚至造成周?chē)h(huán)境破壞。某預(yù)制樁基項(xiàng)目由于擠土效應(yīng)造成樁傾斜如圖11所示。相較于傳統(tǒng)的預(yù)制樁施工，復(fù)合樁施工時(shí)擠土效應(yīng)降低，一方面原因是水泥土攪拌過(guò)程使原狀土結(jié)構(gòu)破壞，應(yīng)力釋放；另一方面，預(yù)制樁是在水泥土凝固之前壓入的，流塑狀的水泥土由于強(qiáng)度很低，大大減小了對(duì)樁周?chē)瓲钔恋挠绊?，可減小甚至消除擠土效應(yīng)對(duì)周?chē)h(huán)境的不利影響。

圖11 擠土效應(yīng)引起的樁傾斜

4)可節(jié)約鋼筋混凝土

在相同承載力下，復(fù)合樁的混凝土用量?jī)H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(hù)。

3.4 降低工程造價(jià)

1)樁的承載力高，樁數(shù)少

復(fù)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(yīng)減小承臺(tái)尺寸。同時(shí)，由于樁數(shù)少，施工周期短，可減少資金和應(yīng)用成本。因此，復(fù)合樁可綜合降低樁基礎(chǔ)工程造價(jià)，一般可降低造價(jià)20%～30%。

2)減少或避免截樁

常規(guī)的預(yù)制樁施工，常常出現(xiàn)部分樁不能沉到設(shè)計(jì)要求深度的情況，造成截樁和材料浪費(fèi)，如圖12所示。對(duì)于復(fù)合樁，水泥土施工相當(dāng)于對(duì)地層的檢驗(yàn)，能確定持力層的準(zhǔn)確位置，可按實(shí)際長(zhǎng)度配置預(yù)制樁的長(zhǎng)度，減少或避免截樁。

圖12 某項(xiàng)目預(yù)制樁長(zhǎng)短不一

3.5 適用范圍廣

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

3.5.1固化材料改進(jìn)

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(jià)高，且常常攪拌效果不佳。鄧亞光研究員在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)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(qiáng)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(dòng)水沖蝕的復(fù)合漿液，可有效防止地下水流動(dòng)帶走水泥固化材料。施工時(shí)采用自動(dòng)化后臺(tái)電子秤，按配方自動(dòng)加入主材料，稱(chēng)重精度為0.5kg，再加入添加劑，確保漿液不流失。復(fù)合漿液可以抵抗流速0.15m/s水流的長(zhǎng)期沖蝕，為在潮汐作用強(qiáng)烈的海邊采用水泥土復(fù)合樁提供了質(zhì)量保證。

3.5.2攪拌設(shè)備能力提高

早期的水泥土攪拌樁設(shè)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(guó)工業(yè)水平的整體提升，現(xiàn)在攪拌設(shè)備可采用大功率電機(jī)，主電機(jī)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(dá)到60m。攪拌深度和攪拌直徑的增大，為復(fù)合樁的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

3.5.3DJP工法

針對(duì)目前水泥土攪拌設(shè)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(xiàng)目中成功應(yīng)用。其技術(shù)原理是利用位于鉆桿下方的潛孔錘沖擊器在鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生的高頻振動(dòng)沖擊作用，結(jié)合沖擊器底部噴出的高壓空氣對(duì)土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，同時(shí)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(dòng)的聯(lián)動(dòng)作用下，鉆桿周?chē)馏w迅速崩解，處于流塑或懸浮狀態(tài)；此時(shí)噴嘴噴射高壓水泥漿對(duì)鉆桿四周的土體進(jìn)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(qiáng)度較高的水泥土樁。DJP工法具有以下優(yōu)點(diǎn)。

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(dòng)沖擊能力，鉆進(jìn)效率高，對(duì)堅(jiān)硬塊體、巖石、硬地層(卵石地層)通過(guò)能力強(qiáng)，沖擊鉆頭下部主動(dòng)受力，易于控制鉆桿垂直度，成功解決了在軟硬相間的復(fù)雜地層中的應(yīng)用問(wèn)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(jìn)的砂卵石、礫石、漂石、人工填海地層、拋石、混凝土舊基礎(chǔ)、基巖等復(fù)雜地層，或是在支護(hù)樁+止水帷幕支護(hù)體系中，可以在2根支護(hù)樁中間位置施工，即使支護(hù)樁有擴(kuò)徑現(xiàn)象也對(duì)其施工無(wú)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(duì)復(fù)合樁很重要，垂直度決定芯樁沉樁是否達(dá)到設(shè)計(jì)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(jìn)，施工設(shè)備采用上、下雙動(dòng)力進(jìn)行鉆進(jìn)，潛孔錘牽引導(dǎo)向性可保證施工過(guò)程中的垂直度不斷修正，鉆桿剛度大，鉆機(jī)自穩(wěn)能力強(qiáng)，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(jìn)過(guò)程中噴射的水流與提升過(guò)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(guò)二次高壓將漿液與四周土體進(jìn)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(guò)擠壓、滲透進(jìn)一步擴(kuò)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(wèn)題，制約了結(jié)構(gòu)的使用年限，由于耐久性問(wèn)題要經(jīng)過(guò)20年左右時(shí)間顯現(xiàn)，一些工程技術(shù)人員往往不重視混凝土耐久性問(wèn)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(chǔ)的耐久性問(wèn)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(wèn)題。

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

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

4)樁出現(xiàn)耐久性問(wèn)題很難修復(fù)，對(duì)于既有建筑樁基礎(chǔ)的修復(fù)，理論上可行，實(shí)際上修復(fù)非常困難。

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

沿海某城市高承臺(tái)樁，由于耐久性問(wèn)題引起的鋼筋銹蝕如圖13所示，由于存在嚴(yán)重安全隱患，該項(xiàng)目停止使用，待加固處理。

圖13 高承臺(tái)樁鋼筋銹蝕

對(duì)于灌注樁耐久性問(wèn)題，雖然可以采取抗腐蝕措施，但樁體的密實(shí)度、鋼筋的保護(hù)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(gè)重要設(shè)計(jì)指標(biāo)是鋼筋的保護(hù)層，由于灌注樁成孔時(shí)JGJ94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中要求垂直度偏差不超過(guò)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(hù)層可能滿足設(shè)計(jì)要求，但保護(hù)層隨深度逐漸減小，直到0，也就是超過(guò)一定深度，灌注樁的鋼筋沒(méi)有保護(hù)層。如圖14所示，實(shí)線表示實(shí)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(hù)層。

圖14 灌注樁無(wú)保護(hù)層示意

對(duì)于預(yù)制樁，雖然沒(méi)有灌注樁的先天性缺陷，且樁身耐久性指標(biāo)可具體測(cè)定，但常規(guī)預(yù)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(kāi)裂，影響耐久性。

與常規(guī)灌注樁和預(yù)制樁相比，復(fù)合樁的耐久性能明顯提高。首先，復(fù)合樁具有預(yù)制樁耐腐蝕性高、可定量檢測(cè)耐久性指標(biāo)、鋼筋保護(hù)層有保證等優(yōu)點(diǎn)，且大大降低了預(yù)制樁打入或壓入過(guò)程對(duì)樁體的損傷；在水泥土初凝之前沉入預(yù)制樁，其克服水泥土的阻力大幅降低，樁體幾乎不會(huì)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(duì)芯樁的保護(hù)效果。因此，復(fù)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(fù)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(yù)制樁，相應(yīng)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(fù)合樁施工過(guò)程是先形成水泥土樁，后沉入預(yù)制樁，整個(gè)施工過(guò)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(yù)制樁時(shí)間縮短 由于預(yù)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(yù)制樁速度快。

4)每天沉樁數(shù)量提高 由于復(fù)合樁施工過(guò)程擠土效應(yīng)小，與常規(guī)預(yù)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(yù)制樁施工時(shí)產(chǎn)生較大的擠土效應(yīng)，可能對(duì)既有樁和周?chē)h(huán)境造成不利影響，因此，相關(guān)規(guī)范對(duì)預(yù)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(shù)規(guī)范》7.4.9條規(guī)定：“應(yīng)控制打樁速率和日打樁量，24h內(nèi)休止時(shí)間不應(yīng)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(lái)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(fù)合樁施工取得以下進(jìn)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(guò)程中，對(duì)樁的垂直度、攪拌深度、鉆進(jìn)速度、提升速度、噴水(漿)壓力、漿液流量、鉆機(jī)電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)時(shí)上傳至物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，便于工程技術(shù)人員管理。樁采用北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)，可自動(dòng)導(dǎo)引樁位，使定位偏差≤20mm。各相關(guān)單位可通過(guò)手機(jī)APP或Web網(wǎng)頁(yè)端形式抽查施工參數(shù)，實(shí)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(shí)在含敏感材料的水泥土樁和混凝土芯樁上設(shè)置探測(cè)感知元件共同組成測(cè)量系統(tǒng)，集原位測(cè)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(shù)人員根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)后續(xù)復(fù)合樁施工實(shí)時(shí)調(diào)整，以適應(yīng)地質(zhì)條件的改變，進(jìn)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(chǎng)

海外工程有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，通用的如美標(biāo)、歐標(biāo)，不同的國(guó)家和地區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)不同。對(duì)于樁來(lái)說(shuō)，混凝土質(zhì)量和樁的檢測(cè)是必須滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的。對(duì)于復(fù)合樁，由于具有以上優(yōu)點(diǎn)，在海外項(xiàng)目一定有很好的應(yīng)用前景，且相對(duì)容易達(dá)到海外工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。具體可按項(xiàng)目當(dāng)?shù)卣J(rèn)可的混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行預(yù)制樁加工生產(chǎn)，通過(guò)陸路或海路運(yùn)到相關(guān)國(guó)家，按當(dāng)?shù)氐馁|(zhì)量要求進(jìn)行復(fù)檢。水泥土樁可采用當(dāng)?shù)卣J(rèn)可的水泥，材料檢測(cè)問(wèn)題簡(jiǎn)化，再采用目前成功的水泥土樁施工方法進(jìn)行施工。避免了灌注樁施工需在當(dāng)?shù)丶庸や摻罨\、攪拌混凝土等檢測(cè)問(wèn)題以及泥漿排放涉及的環(huán)保問(wèn)題，質(zhì)量有保證，檢測(cè)環(huán)節(jié)少，施工速度快。施工過(guò)程若受當(dāng)?shù)剡^(guò)多的約束，很容易引起地基基礎(chǔ)工程事故。如2018年，我們負(fù)責(zé)處理東南亞某一帶一路項(xiàng)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(gè)重要原因就是根據(jù)當(dāng)?shù)卣囊?guī)定，混凝土必須由當(dāng)?shù)財(cái)嚢枵咎峁?，我方不能自行攪拌，混凝土供?yīng)時(shí)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(fù)合樁從保證質(zhì)量、施工速度和經(jīng)濟(jì)性等方面都非常適合在海外地基基礎(chǔ)工程項(xiàng)目中應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

復(fù)合樁是改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)自主研發(fā)的樁型，經(jīng)過(guò)多年的工程實(shí)踐，證明其具有受力科學(xué)合理、質(zhì)量穩(wěn)定可靠、對(duì)環(huán)境影響小、造價(jià)低、施工速度快、耐久性好等眾多優(yōu)點(diǎn)，能滿足任何土木工程對(duì)基礎(chǔ)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(guó)地基基礎(chǔ)行業(yè)走向世界的一張閃亮名片，服務(wù)一帶一路項(xiàng)目，服務(wù)世界土木工程。