樁基學(xué)科新進(jìn)展(史佩棟教授)

樁基學(xué)科新進(jìn)展史佩棟《巖土工程叢書》編審出版委員會(huì)主任浙江省建協(xié)地下工程分會(huì)會(huì)長(zhǎng)《浙江隧道與地下工程》雜志主編浙江建科院地下工程研究中心顧問教授浙江理工大學(xué)建工學(xué)院兼職教授2007年12月9日于江蘇楊州樁基學(xué)科新進(jìn)展

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的史無前例地發(fā)展，樁基技術(shù)在建筑、市政、道路、橋梁、港口、碼頭、能源、電力等領(lǐng)域的工程建設(shè)中得到了大量的應(yīng)用，而樁基工程的地質(zhì)條件、荷載特征、使用功能、施工環(huán)境等更趨復(fù)雜，這使巖土工程科技工作者面臨前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。正是由于這種機(jī)遇和挑戰(zhàn)帶動(dòng)了我國(guó)樁基工程的科研、創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。樁基學(xué)科新進(jìn)展

今年9月在上海舉行了全國(guó)第8屆樁基工程學(xué)術(shù)年會(huì)，參加者300余人，錄用論文100余篇，為全國(guó)樁基工程學(xué)術(shù)委員會(huì)歷屆年會(huì)所沒有。今年11月在重慶舉行了全國(guó)第10屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)年會(huì)，暨土力學(xué)及巖土工程分會(huì)成立50周年慶典活動(dòng)，參加者700余人，錄用論文400余篇。為歷史之最。其中涉及樁基的論文數(shù)十篇。但以上兩次大會(huì)，都沒有關(guān)于樁基學(xué)科發(fā)展的水平報(bào)告或綜合報(bào)告。樁基學(xué)科新進(jìn)展

這次應(yīng)邀來?xiàng)钪?，為了使大家?duì)樁基學(xué)科當(dāng)前發(fā)展情況和發(fā)展前景，有一個(gè)比較清晰的概念，以有助于進(jìn)一步更好地開展樁基領(lǐng)域的科研、設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)等工作，我對(duì)以下相關(guān)資料做了一番瀏覽：?

Geo-Shanghai2006論文集

ASCESpecialPublications?第10屆樁與深基礎(chǔ)國(guó)際會(huì)議（希臘）論文集

Porceedingsofthe10thConferenceofPilingandDeepFoundations

?第8屆全國(guó)樁基學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集?第10屆全國(guó)土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（有關(guān)樁基部分）?近年的許多期刊、出版物等樁基學(xué)科新進(jìn)展樁基學(xué)科新進(jìn)展結(jié)合個(gè)人幾年來的認(rèn)識(shí)，對(duì)樁基學(xué)術(shù)的進(jìn)展，提出一些參考意見。我所講的，并非是在個(gè)人的視野中，又發(fā)現(xiàn)了在國(guó)內(nèi)外有什么最新的動(dòng)態(tài)。而主要是審視了樁基學(xué)科的現(xiàn)狀，與以往十年、十五年、二十年前的狀況相比較，而形成了一些個(gè)人感受；尤其是在瀏覽了上述文獻(xiàn)所歸納出的一些動(dòng)態(tài)、信息等。樁基學(xué)科新進(jìn)展在國(guó)際層面上，有兩篇最新文章值得關(guān)注?澳大利亞H.G.Poulos群樁沉降的估算—從理論研究到工程實(shí)踐?美國(guó)JamesK.Mitchell巖土工程的新前沿--挑戰(zhàn)與機(jī)遇（我們都已有了中譯本）樁基學(xué)科新進(jìn)展

我國(guó)已成為世界上用樁第一大國(guó)不論用樁的數(shù)量、樁型等都已居世界前列上海剛剛總結(jié)了金茂大廈、東海大橋等的宏偉業(yè)績(jī)，北京一大批奧運(yùn)工程，幾乎都采用樁基礎(chǔ)，其中有的單項(xiàng)工程用樁量達(dá)數(shù)萬根之多。準(zhǔn)備建設(shè)的京滬高速鐵路，由于工后沉降要求極為嚴(yán)格，將以橋?yàn)槁?，全部采用樁支承。我?guó)樁機(jī)領(lǐng)域總的態(tài)勢(shì)樁基學(xué)科新進(jìn)展樁型最大樁長(zhǎng)或深度(m)最大直徑或截面(mm)用途鉆沖孔灌注樁1044000建筑、橋梁人工挖孔樁534000建筑鋼筋混凝土預(yù)制方樁75600×600建筑、橋梁鋼管樁891600橋梁、建筑預(yù)應(yīng)力混凝土管樁65800建筑預(yù)應(yīng)力混凝土大直徑管樁401200碼頭、橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁56600×600碼頭沉管灌注樁35700建筑超長(zhǎng)水泥土攪拌樁30700建筑（油罐）我國(guó)樁型概略樁基學(xué)科新進(jìn)展CCTV新大廈

體型復(fù)雜，基礎(chǔ)荷載大。雙塔分別高51層和45層，高234m和205m，基底壓力達(dá)900kPa左右，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。施工分5個(gè)階段。為確保沉降滿足要求，特別要保證雙塔懸臂準(zhǔn)確對(duì)接，進(jìn)行了不同工況下的樁基與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同左右分析，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)了？各階段的沉降和總沉降量。

樁基學(xué)科新進(jìn)展（一）樁基設(shè)計(jì)理論的革命

從上部荷載完全由樁承擔(dān)，發(fā)展至樁土共同作用。

——承臺(tái)樁土共同作用

——樁筏基礎(chǔ)

——大樁距（＞6d）復(fù)合樁基

——變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)——端承樁樁頂變形調(diào)節(jié)裝置；等等樁基學(xué)科新進(jìn)展我國(guó)有多位學(xué)者提出了各自命名、各具特色的復(fù)合樁基設(shè)計(jì)理論與計(jì)算方法童翊湘（1979）減少樁數(shù)，控制沉降管自立（1983）疏樁基礎(chǔ)黃紹銘等（1989）減少沉降量樁基礎(chǔ)宰金珉（1992）復(fù)合樁基礎(chǔ)最近，《巖土工程學(xué)報(bào)》2007第11期首篇：極限荷載下樁筏基礎(chǔ)共同作用性狀的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究劉金礪（1991）變剛度調(diào)平設(shè)計(jì)楊敏（1998）減少沉降樁基礎(chǔ)劉惠珊（1999）國(guó)外的研究者JBBurland;BBBroms（1977）Hooper(1977)HainandLee(1978)Cooke(1979)TWhitaker(1980)HGPoulous(1985)etc樁基學(xué)科新進(jìn)展樁基學(xué)科新進(jìn)展變剛度布樁模式均勻布樁與變剛度布樁的變形與反力示意

我國(guó)學(xué)者的研究和實(shí)踐成果累累，可以說在總體上已趕上和超過了國(guó)際水平，當(dāng)前亟需進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)際交流，建議要把各家的學(xué)說加以整合，推出去。樁基學(xué)科新進(jìn)展（二）地基處理技術(shù)與樁基技術(shù)互相滲透應(yīng)用

1.灌注樁后注漿技術(shù)1993年12月，本人在《工業(yè)建筑》雜志上發(fā)表《大直徑灌注樁的產(chǎn)生、發(fā)展與前景—紀(jì)念大直徑灌注樁誕生100周年（1893~1993）》一文中最早介紹了灌注樁的后注漿技術(shù)10余年來此技術(shù)已在我國(guó)獲得了廣泛的大量的應(yīng)用，取得了非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益?！@是把地基處理技術(shù)與樁基工程技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用的最典范的技術(shù)之一樁基學(xué)科新進(jìn)展

如今對(duì)此技術(shù)的施工設(shè)備、施工工藝、注漿管的構(gòu)造以及后注漿對(duì)于提高樁的承載力、改善樁身質(zhì)量的功效已廣為人知，并且對(duì)其提高樁的承載力的機(jī)理已經(jīng)有許多學(xué)者做了卓有成效的研究。北京市近10年來已將該技術(shù)成功應(yīng)用于幾乎全部高層、超高層和大型公共建筑的樁基工程，包括CCTV和BTV的新址，國(guó)家體育場(chǎng)鳥巢等等。但是到目前為止，對(duì)后注漿工法作用機(jī)理的研究還不夠深入。有研究發(fā)現(xiàn)，樁端后注漿還可使樁身土擠產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的作用。

樁基學(xué)科新進(jìn)展2.在復(fù)合地基中打入剛性樁或柔性樁形成復(fù)合地基的豎向加固體

3.日本出現(xiàn)了一種“水泥土肋形鋼管樁

水泥乳漿（水灰比1：65）制成攪拌樁。進(jìn)入持力層后，改用較稠的乳漿，乳漿體積約為土體85%?？箟簭?qiáng)度：樁身0.5~1.0MPa，樁端6~10MPa.特制的肋形鋼管呈螺旋狀（可以是內(nèi)外壁都呈螺旋狀，也可僅外壁螺旋狀），鋼管壁厚6~22mm拉拔試驗(yàn)強(qiáng)度為光面鋼管的8倍。肋形鋼管與水泥土整體協(xié)同工作不發(fā)生滑移。施工時(shí)噪音低，振動(dòng)小，無需泥漿護(hù)壁，無土方排出。

此新樁型，實(shí)際上本人在1990年代初曾作過介紹，但因當(dāng)時(shí)我國(guó)鋼產(chǎn)量還不高，故其實(shí)用意義不大，現(xiàn)在我國(guó)鋼產(chǎn)量高了，則可以進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后酌性推廣。

4.水泥土攪拌樁向剛性樁發(fā)展樁基學(xué)科新進(jìn)展

南科院何開勝等（1998）在南京煉油廠油罐（φ60m)工程中，改進(jìn)攪拌樁機(jī)及工藝，制成長(zhǎng)達(dá)30m的水泥土攪拌樁，測(cè)得樁頂荷載可傳遞至25m之深，打破了已往認(rèn)為攪拌樁的臨界深度10m左右之說。樁基學(xué)科新進(jìn)展（三）樁型發(fā)展——

壁板樁或稱壁樁Barrettee單體壁樁截面的形狀樁基學(xué)科新進(jìn)展壁樁的發(fā)展有后來居上之勢(shì)

馬來西亞雙塔大樓

2.8m×1.2m

臺(tái)灣

地鐵車站

6.6m×1.2m

高樓

7.4m×1.2m

韓國(guó)

辦公樓

3.05m×0.8m

法國(guó)

高樓

5.0m×1.5m

荷蘭

高架橋

3.26m×2.2m

新加坡

高樓

2.8m×0.6m

高樓

4.5m×1.0m

美國(guó)辦公樓

3.05m×

0.9m辦公樓6.5m×

0.9m

樁基學(xué)科新進(jìn)展壁樁和擴(kuò)底樁結(jié)合基礎(chǔ)圓形結(jié)構(gòu)壁樁布置

連續(xù)墻、壁樁及擴(kuò)底樁聯(lián)合基礎(chǔ)樁基學(xué)科新進(jìn)展擠擴(kuò)支盤灌注樁它是利用靜力擠擴(kuò)技術(shù)，既加密增強(qiáng)土體又?jǐn)U大樁的承載面，從而大幅度提高樁的承載力。也稱多級(jí)鉆擴(kuò)樁、糖葫蘆樁、日本稱為竹節(jié)樁,已被大量應(yīng)用.

a-普通鉆孔灌注樁受力機(jī)理b-擠擴(kuò)支盤樁受力機(jī)理有一本書，書名是《新型樁擠擴(kuò)支盤灌注樁設(shè)計(jì)施工與工程應(yīng)用》，徐至鈞等編著，機(jī)械工業(yè)出版社出版，行銷很廣，已出第二版，最近發(fā)現(xiàn)該書大量抄襲史佩棟的文章。徐至鈞已做了檢討，寫了致歉信。致歉信將在多家專業(yè)媒體期刊公開發(fā)表。樁基學(xué)科新進(jìn)展樁基學(xué)科新進(jìn)展蓄能樁/熱交換樁EnergyExchangePile瑞士聯(lián)邦科技學(xué)院（洛桑）的一項(xiàng)創(chuàng)新成果主要研究者L.Laloui1993年寫出博士學(xué)位論文2003年發(fā)表于《加拿大巖土學(xué)報(bào)》2005年專著《熱交換樁性狀的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究》，為《地基處理案例》一書的一章樁基學(xué)科新進(jìn)展蓄能樁季節(jié)性熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)樁基學(xué)科新進(jìn)展樁基學(xué)科新進(jìn)展（四）樁基檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展大噸位及困難條件下的

（山上、水下、坡地、深基坑內(nèi)）試樁技術(shù)——Osterberg試樁法應(yīng)用與問題

1.傳統(tǒng)的靜載試樁法遇到了挑戰(zhàn)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢、不安全2.美國(guó)Osterberg教授（1918-）于1984年提出了新的試樁方法3.Osterberg試樁法的主要特點(diǎn)4.O-cell可放在樁身的不同部位5.O-cell放置在灌注樁的中部

O-cell可以組合6.O-cell法在國(guó)外的應(yīng)用國(guó)外應(yīng)用Osterberg試樁法測(cè)得的最大單樁承載力

（t=美噸=2000磅）7.日本的一項(xiàng)研究成果日本學(xué)者曾于1960年代末提出樁底加載法，并獲得專利8.以色列也有類似方法

早在1960年代獲得了本國(guó)專利；但日、以兩國(guó)當(dāng)時(shí)并沒進(jìn)行推廣9.O-cell法在我國(guó)引進(jìn)應(yīng)用1995年《巖土工程學(xué)報(bào)》第6期，首次報(bào)道；1995~1999專業(yè)期刊、學(xué)術(shù)會(huì)議多次介紹；1999年《實(shí)用樁基工程手冊(cè)》專節(jié)介紹；2004年《深基礎(chǔ)工程特殊技術(shù)問題》專章介紹----“大噸位及困難條件下樁的靜載試驗(yàn)技術(shù)”這是對(duì)O-cell法應(yīng)用的定位10.清華大學(xué)李廣信教授進(jìn)行了不同加載方式下樁側(cè)阻力研究及模型試驗(yàn)+現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)11.江蘇南京的研究應(yīng)用

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1997、2000龔維明教授申請(qǐng)獲得了“樁承載力測(cè)定裝置”及“樁承載力測(cè)定用荷載箱”專利●提出了“自平衡法”之名稱●《樁承載力自平衡測(cè)試技術(shù)規(guī)程》出臺(tái)●在國(guó)內(nèi)大面積推廣12.浙江、安徽、上海等地開展了應(yīng)用與研究●浙江制作了“可回收的O-cell”●安徽主要用于人工挖孔樁，已制訂地方標(biāo)準(zhǔn)●上海輝固巖土公司邀請(qǐng)Osterberg試樁公司新加坡分公司合作測(cè)試蘇通大橋、杭州灣大橋等----提供了原汁原味的O-cell法及試樁報(bào)告●以色列的代表成立通莫公司，開展測(cè)試，地域涉及：山東、河南等省及浙江寧波、杭州等地●國(guó)內(nèi)其它許多地方相繼開展了應(yīng)用研究13.港澳臺(tái)地區(qū)的應(yīng)用●

香港：已納入特區(qū)政府的GEO1∕2006《基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工指導(dǎo)書》

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在大直徑灌注樁中廣泛應(yīng)用

□在鋼樁中也有應(yīng)用●澳門：在葡京大酒店應(yīng)用O-cell法●

臺(tái)灣：早在1993年即已在《地工技術(shù)》雜志第43期作了介紹近年，臺(tái)北-高雄高速鐵路工程設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定采用O-cell試樁，同時(shí)用傳統(tǒng)法作對(duì)比14.O-cell法的優(yōu)點(diǎn)和局限性●它是一種構(gòu)思獨(dú)特、裝置簡(jiǎn)單，試驗(yàn)方便安全，有巨大推廣價(jià)值的試樁方法●由于試樁的受荷狀態(tài)，畢竟不同于樁在正常工作時(shí)的狀態(tài)，諸多問題有待深入研究,例如：□樁側(cè)阻力的問題□荷載箱的擺放位置，影響試樁結(jié)果□判定單樁承載力的方法不一，有待研究□對(duì)長(zhǎng)樁測(cè)試可能問題較多；對(duì)嵌巖樁測(cè)試較好□不能應(yīng)用于樁基竣工后檢測(cè)，等等●某地方標(biāo)準(zhǔn)第一節(jié)總則第1.1條稱：“自平衡試樁法是接近于豎向抗壓（拔）樁的實(shí)際工作條件的一種試樁方法”。幾個(gè)問題供大家商榷（一）幾個(gè)問題供大家商榷（二）●

“自平衡法”，要找到自平衡點(diǎn)，是一個(gè)困難而又復(fù)雜的問題（龔維明教授語）●所謂“自平衡法”已經(jīng)納入某一行標(biāo)，等●

所謂“美國(guó)在80年代在研究自平衡法”幾個(gè)問題供大家商榷（三）

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已經(jīng)發(fā)現(xiàn)此法最大的問題可能是，所測(cè)得的單樁承載力將會(huì)隨著荷承箱擺放位置不同而不同。幾