簡介：本文簡要回顧了異形樁及《X形樁》研發(fā)歷史，介紹了《X形預制樁》的前期實踐，并展望《X形預制樁》的前景。

問題的提出：

本文開頭先提出一個問題：一米直徑的混凝土管樁能直接用打樁機打下去嗎？答案是不行。奇怪了，這種外行看似簡單的事難道還沒法解決嗎？原因主要是混凝土預制樁的歷史只有短短幾十年，而樁型及配套沉樁機具研發(fā)驗證極需時日，暫且回顧一下管樁的歷史。

一. 預制樁和異形樁的歷程

離心法生產混凝土預制管樁自上世紀60年代由日本發(fā)明，開始是制作圓管樁，后來發(fā)現(xiàn)用此法也可以生產方樁，性價比更高。故圓管樁使用量逐年減小，至本世紀初日美兩國離心方樁已經(jīng)占所有樁型的35——40%。我國上世紀80年代引進管樁生產線，離心方樁則是由上海中技樁業(yè)在國內首先生產，自此混凝土預制樁基本上“非圓即方”。

眾所周知異形樁具有較好的性價比。國內異形樁自上世紀末由山東省河務局牟玉瑋總工首創(chuàng)，當時是用組合架將圓形鉆孔樁簡單組合成異形樁，此后各種現(xiàn)澆異形樁紛現(xiàn)。主要有《薄壁筒樁》和《Y形灌注樁》。其中《薄壁筒樁》是河海大學劉漢龍教授采用雙層同心圓管樁模形成筒形沉管灌注樁，而《Y形灌注樁》是由我國工程界著名專家陸祖蔭發(fā)明，其斷面形狀為三段弧線弧面向內組成的曲邊三角形（如圖1），《Y形灌注樁》首次應用于申蘇浙皖高速，繼而在申嘉湖及杭浦三條高速公路推廣應用超過卅萬米。應用結果表明：（摘自2006年浙江省科技廳申蘇浙皖Y形樁成果鑒定）Y形樁是一種經(jīng)濟合理、技術可行的高速公路深厚軟基處理方法，既保持了沉管灌注樁施工快捷、價格低廉的優(yōu)勢，又在等工程量前提下大幅提高樁基的承載能力，降低了基礎造價。可使其比預應力管樁節(jié)省成本20-25％，因此取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有廣闊的推廣應用前景。《Y形灌注樁》兩次獲得省部級科技進步一等獎，并獲批國家工法。

因為樁基技術的發(fā)展已經(jīng)將大尺度預制樁的應用擺到了工程技術人員面前。中鐵上海設計集團劉建紅院長在最新研究結果《鐵路橋梁大直徑管樁適用性對比分析》里總結：

1)鉆孔樁適用于所有地質，但施工工藝復雜，易造成施工環(huán)境污染。管樁預制化程度高，施工速度快，不同工藝適用地層范圍不同，需根據(jù)場地條件選擇合適的施工工藝。

2)3種沉樁工藝中：打入樁單價最低；勁性復合管樁次之，基本與同樁徑鉆孔樁持平；跟鉆法略高于同樁徑鉆孔樁單價。

3)砂性土工點：打入樁經(jīng)濟性最好，勁性復合樁次之，跟鉆法與鉆孔樁相近。黏性土工點：勁性復合樁較鉆孔樁有較好經(jīng)濟性。

二. 《X形預制樁》研發(fā)過程

繼《Y形灌注樁》之后河海大學劉漢龍教授又發(fā)明出《X形現(xiàn)澆樁》，不但在蘇閩等地高速公路得到大量應用，更進一步延伸應用于高鐵工程，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。2017年住建部頒布了現(xiàn)澆X形樁復合地基技術規(guī)程（JTG/T 402-2017），同期住建部還頒布了預應力混凝土異形預制樁技術規(guī)程（JTG/T 405-2017），為以后異形預制樁更有了規(guī)范參照。

此前僅浙江地區(qū)就出現(xiàn)了三種《竹節(jié)樁》，一種是天海集團周兆弟先生發(fā)明。它在普通園形管樁樁模內附加凸塊，靠它在圓形管樁側表面上印成30mm深的條塊狀凹陷，一米一段，四側均布。再有寧波中淳張日紅先生發(fā)明的《靜鉆根植樁》。它是在普通圓形管樁外表面上增加 8——10 mm高的環(huán)狀凸緣，一米一環(huán)。這種樁形狀更近似竹節(jié)，后者在沉樁工藝及設備方面更有獨創(chuàng)，故取名《靜鉆根植樁》。此后還出現(xiàn)了《竹節(jié)方樁》。

其實《X形預制樁》以前也有人研究過，如天津周玉明，溫州管自立，但現(xiàn)在陸氏父子研發(fā)的不同于以上幾種。它是融合了《X形現(xiàn)澆樁》和離心預制方樁的新型X形樁。雖然它像《X形現(xiàn)澆樁》凸緣也是縱向布置，但它的凸緣偏尖，更有利的是它可以預制。

《X形預制樁》具體是在方樁四條縱向側楞基礎上，沿對角線方向再向外拓延十幾公分。外形很像釘鞋子用的“秋皮釘”，發(fā)明人稱這種樁就是一根“水泥大鞋釘”。異形樁預制化工廠化生產，無疑將給異形樁發(fā)展開辟出一片廣袤市場。因為《X形預制樁》只需在現(xiàn)有離心方樁工藝基礎上稍作改動即可。

以上可見《X形預制樁》是在吸取現(xiàn)有各種混凝土預制樁及異形樁優(yōu)勢的基礎上應運而生的。

三. 《X形預制樁》的實踐

《X形預制樁》實踐要解決的主要問題：

1、樁型及樁模的設計，《X形預制樁》截面設計主導思想是離心用的模具要盡量利用現(xiàn)有圓形管樁模具，同時又要將異形X樁的中心主體方樁納入現(xiàn)有離心方樁系列，這樣便利端頭板和鋼筋籠的通用化，因此《X形預制樁》內外尺寸都向現(xiàn)有管樁方樁標準靠攏。

在樁側面積相同的情況下《X形預制樁》比圓樁和方樁具有更大的慣性距。而且《X形預制樁》還具有較大的周長面積比，即與同截面面積的圓形樁或方形樁的截面慣性距之比與ɑ和θ呈正比例關系、與S呈反比關系。因而可大大提高單樁承載力和抗彎能力。

2、樁模及樁體的制作，

之前離心方樁就是在普通圓形管樁模具內增加4塊平板襯板，形成“外圓內方”的效果?，F(xiàn)在《X形預制樁》則是將4塊平板換成相對應的梯形板。這樣制成的《X形預制樁》樁中心部位是一根方樁，端頭板及鋼筋籠可套用系列方樁，適應已有打樁施工機具和工藝。

3、鋼筋籠的制作，

《X形預制樁》主鋼筋籠完全等同方樁的方形籠，但只在四個籠角放四根預應力主筋，另外的四根主筋移到四個角籠上了。角籠為等腰三角形，每個頂角放一根主筋，這就使得《X形預制樁》的四個角的鋼筋混凝土也作為樁體部分材料，增加了X形樁的荷載能力。

4、現(xiàn)場試驗《X形預制樁》離心法生產X形樁取得成功后，在申嘉湖西延工程一標現(xiàn)場進行了試驗。試驗目的：一是檢驗施工機具的現(xiàn)場適應性，二是與常規(guī)管樁作承載力對比。（1）靜壓法頂壓沉樁只需將樁頂壓套與樁頂適配。抱壓則需使夾頭適應《X形預制樁》，本次采用300型靜壓樁機隨機配有方樁及圓樁兩種夾具，方樁夾頭寬度150mm正好嵌入《X形預制樁》樁側面凹陷部位，沉樁順利。（2）承載力測試結果申嘉湖高速公路西延工程原設計使用400mm竹節(jié)樁（周長1.338m），X型樁外徑600mm，周長1.861m，理論上側摩阻力X樁大39%，實測為25%。 另有一次試驗是在在杭州第二繞城公路連接線二標一個500mm 管樁50x 22m橋頭加固區(qū)紅線外打了三根400mm《X形預制樁》試樁，樁長45m，采取頂壓沉樁，雖然沒能進行測試，但沉樁過程中三根試樁有兩根發(fā)生“抬架”，就是說壓樁機重量已經(jīng)不足以把樁壓下去了，而現(xiàn)場工程樁發(fā)生“抬架”的現(xiàn)象卻并不多。這個例子客觀地說明400mmX形樁的承載力要大于500mm圓形管樁。更有意義的是兩種樁的市場價相差50多元，也就是說《X形預制樁》性價比更高。

四、《X形預制樁》展望

1、《X形預制樁》最大的優(yōu)勢在于可實現(xiàn)大尺度預制樁的錘擊沉樁。原因來自它的特殊結構。《X形預制樁》在截面等周長前提下投影面積比圓形管樁縮小近三分之一。這對大尺度樁的實施是非常有利的，之前大口徑樁大都采用鉆孔樁，污染大，效率低。因而采用混凝土預制樁是樁基工程的迫急需要，尤其是橋梁基礎樁，錘擊沉樁樁徑往往止于800mm。1000mm以上大口徑預制管樁市場都可生產但錘擊沉樁困難。因為土塞形成后擠土效應影響嚴重，沉樁阻力大大增加，故而多采取引孔跟鉆或勁性根植。

2. 同時樁體增粗后樁體的慣性也隨之大幅增加。以致超過1m粗的樁未達設計高程或未到收錘貫入度，往往即由于樁頂樁體被錘擊破碎而敗收。雖然采用預鉆引孔、樁內排土以及“先攪后植”也能沉樁，但直接錘擊沉樁造價最為低廉。

而《X形預制樁》能從兩個方面較好解決上述問題，其一《X形預制樁》的擠土量只有同比圓形管樁的三分之一，沉樁阻力大幅度減少；其二《X形預制樁》由于截面積由相對薄壁的管樁向樁體中心內縮成厚壁的方樁，耐錘擊打能力相應提高，這又從另一層面有利于大口徑預制樁的沉樁。

3.《X形樁》與傳統(tǒng)圓管樁相比優(yōu)勢還在于單位材料所產生的承載力增幅明顯。承載力增加來自兩個層面，其一，樁體側表面積增加，側摩阻力相應增大。其二，樁體端承力也有提升，因為除樁體端面投影面積產生端承力以外，樁側凸緣由于樁底土體拱效應作用，實際產生端承力的面積要大于樁端的投影面。

雖然《X形預制樁》的實踐僅進行了小規(guī)模試驗，展望市場前景主要還是在于大口徑樁，尤其承受大剪力和彎矩的橋梁基礎樁，而現(xiàn)在缺少超過1m的圓形管樁單靠錘擊沉樁的工程實例，《X形預制樁》能為解決這一問題提供較好方法。

《X形預制樁》還可以與離心方樁相比，直接的經(jīng)濟效益就是用添加四個角籠成本多了不到20%，而承載力增加超過50%，這從《X形預制樁》的結構圖上直觀可以看到。所以希望現(xiàn)在有能力的單位和企業(yè)能加大對《X形預制樁》研究開發(fā)的力度，盡早真正使其轉化為生產力。