日本芝浦工業(yè)大學（Shibaura Institute of Technology）土木工程學院井澄真也教授團隊研發(fā)出一種帶翼復合樁系統(tǒng)，通過在鋼套管內(nèi)嵌入帶翼鋼管樁，并以施工現(xiàn)場開挖產(chǎn)生的余土直接回填環(huán)形間隙，顯著提升樁基抗拔承載力。該技術已發(fā)表于2026年6月5日《清潔工程與技術》（Cleaner Engineering and Technology）第33卷，直面日本建筑余土處置難與生命線設施抗風 uplift（上拔力）不足兩大現(xiàn)實痛點。

在日本，建筑余土長期面臨“產(chǎn)得多、用得少、運不遠”的困局。官方統(tǒng)計顯示，施工開挖產(chǎn)生的余土現(xiàn)場再利用率遠低于混凝土碎塊、金屬廢料等其他建材副產(chǎn)物；近年多起邊坡滑塌、地下水污染及住宅區(qū)地表沉降事故，均被追溯至余土違規(guī)堆填或異地傾倒——余土已從物流管理問題升級為實質(zhì)性的環(huán)境風險源。與此同時，輸電鐵塔、5G基站、風電塔架等生命線基礎設施對基礎抗拔性能要求日益提高，尤其在臺風頻發(fā)區(qū)域，傳統(tǒng)擴底樁缺乏針對低強度再生回填料的系統(tǒng)性設計依據(jù)，現(xiàn)有規(guī)范幾乎空白。

該帶翼復合樁由三部分構成：外層為性鋼制護筒，內(nèi)插一根帶徑向擴展翼板的鋼管樁，環(huán)狀間隙不再使用新購砂石料，而是直接填入本項目開挖所得的松散砂質(zhì)余土。研究團隊基于224組三維彈塑性有限元分析，系統(tǒng)考察樁長（10–20米）、樁身直徑（0.2–0.6米）及翼板直徑（1.2–2.2米）三參數(shù)對 uplift resistance（抗拔阻力）的影響。模型設定外圍原狀地基為密實砂土，而余土回填料則按典型松散開挖砂土建模，真實反映兩類材料的力學差異。

分析結果揭示關鍵設計規(guī)律：翼板直徑存在明確Zui優(yōu)區(qū)間——10米樁對應1.6–1.7米，15–20米樁則需擴大至1.9–2.0米；超出此范圍后，翼板與護筒間隙過窄，限制了土體剪切區(qū)發(fā)展，反而導致抗拔力下降。值得注意的是，樁身直徑變化（0.2米至0.6米）對Zui大抗拔力影響極小，波動幅度控制在10%以內(nèi)。這一發(fā)現(xiàn)具有雙重實踐價值：一方面，工程師可主動縮小樁身直徑，在不犧牲抗拔性能前提下減少鋼材用量；另一方面，更小的樁身意味著更大的環(huán)隙體積，從而容納更多余土回填量，直接提升現(xiàn)場土壤循環(huán)率。

適用于緊湊型基礎設施的抗拔-循環(huán)雙目標基礎

該系統(tǒng)并非通用樁型，其核心適配場景明確指向三類用地受限、抗拔敏感且環(huán)保要求高的項目：一是新建輸電線路鐵塔基礎，尤其在丘陵或城市邊緣綠地等難以外運余土的區(qū)域；二是老舊通信基站升級，原有基礎常因風荷載增大而抗拔不足，新樁可利用既有開挖余土快速替換；三是分布式光伏支架及小型風電塔架基礎，這類設施單點占地小、分布廣，運輸新填料成本高，而余土就地回填可壓縮工期與碳排放。日本電力公司（TEPCO）與NTT Docomo近年已在關東地區(qū)數(shù)個變電站改造試點中評估類似理念，但此前缺乏量化設計工具，本研究首次提供了基于土-結構相互作用機理的參數(shù)化選型依據(jù)。

日本市場背景：余土處置法規(guī)趨嚴倒逼技術創(chuàng)新

日本自2020年起實施《建設副產(chǎn)物適正處理推進法》修訂案，強制要求大型項目提交余土再生利用計劃，并對違規(guī)傾倒處以高額罰款；2023年國土交通省進一步將“余土現(xiàn)場資源化率”納入公共工程評標加分項。在此背景下，傳統(tǒng)依賴外運+填埋的模式成本持續(xù)攀升——東京圈余土外運單價已達3.8萬日元/立方米（約合人民幣1800元），而現(xiàn)場回填綜合成本不足其1/5。但此前技術瓶頸在于：余土多為松散、含雜質(zhì)、低承載力的開挖料，直接用于基礎回填易引發(fā)沉降或抗拔失效。本系統(tǒng)通過翼板強制約束余土變形、激發(fā)其側(cè)向被動土壓力，繞開了對余土物理改良的依賴，降低了技術落地門檻。

對中國工程商與設備制造商的技術提示

該技術對中國出口型基建企業(yè)及樁基設備廠商具有參考價值，但需注意三點邊界條件：第一，適用余土類型限于松散砂質(zhì)土（非黏性、無有機質(zhì)、含泥量＜5%），若項目地處南方紅黏土或沿海淤泥質(zhì)軟土區(qū)，需先驗證余土重塑后的c-φ參數(shù)；第二，鋼護筒與翼板樁的加工精度要求較高，翼板與護筒間隙公差需控制在±5mm內(nèi)，否則影響土體剪切區(qū)形成，建議優(yōu)先選用具備數(shù)控折彎與激光切割能力的國內(nèi)鋼結構廠合作；第三，當前設計方法尚未覆蓋凍土、強腐蝕性地下水等特殊工況，若用于中國東北或濱海地區(qū)，須補充耐久性試驗數(shù)據(jù)。該方案不改變樁基施工工藝本質(zhì)，仍采用常規(guī)靜壓或振動沉樁，但要求施工單位同步具備余土篩分與含水率快速檢測能力。

該系統(tǒng)本質(zhì)是“用結構設計補償材料缺陷”，而非追求新材料突破。它不降低對鋼材質(zhì)量的要求，也不免除地質(zhì)勘察責任，但將余土從廢棄物轉(zhuǎn)化為功能構件的一部分。后續(xù)量產(chǎn)落地的關鍵，在于將有限元優(yōu)化結果轉(zhuǎn)化為簡明查表式設計手冊，并與日本JIS A 1201樁基標準銜接。對于正在參與日本EPC項目的中國工程公司，可將此技術納入投標方案中的綠色施工專項，作為差異化競爭力點；對樁基裝備制造企業(yè)，則可提前布局帶翼鋼管樁的模塊化焊接工裝開發(fā)。