我國基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與設(shè)備的新進展

　　近幾年隨著我國基本建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，特別是一些重大工程的相繼開工建設(shè)，基礎(chǔ)施工領(lǐng)域也出現(xiàn)了一些新的施工工法，與之相適應(yīng)新的施工設(shè)備也得到前所未有的發(fā)展。如深基坑工程與施工設(shè)備、筒樁技術(shù)與施工設(shè)備、大直徑鋼管樁鋼護筒工程與施工設(shè)備、全套管施工工法與設(shè)備、軟土地區(qū)旋挖鉆機施工技術(shù)、砂樁技術(shù)與施工設(shè)備等。

　　一．深基坑工程與設(shè)備

　　近20年來，我國各大中城市萬幢高樓拔地而起，10層以上的建筑物已逾1億平方米；其中高度超過100m的建筑物已有約200座。上海金茂大廈高420.5m，深圳地王大廈高325m，廣州中天大廈高322m，它們躋身于當今世界20座超級巨廈之列，令人矚目。同時，這些已建和在建的超高大樓，其基坑深度已逐漸由6m、8m發(fā)展至10m、20m以上。伴隨著這些工程的實施，深基坑工程的設(shè)計及施工技術(shù)已取得了長足進步。

　　當基坑深度大于10m時，可考慮采用地下連續(xù)墻，或SMW工法連續(xù)墻，并根據(jù)需要設(shè)置支撐或錨桿。

　　下面主要介紹地下連續(xù)墻和SMW工法連續(xù)墻及施工設(shè)備：

　　1．地下連續(xù)墻工法及施工設(shè)備

　　地下連續(xù)墻工法于五十年代起源于意大利，由于具有良好的防滲及承載能力，在發(fā)達國家被廣泛用于大深度基坑的支護。我國近二十年來地下連續(xù)墻技術(shù)也得到迅猛發(fā)展，上海、廣州、北京、深圳、天津、福州、杭州等地已在高層建筑和地鐵車站等數(shù)百項工程中應(yīng)用地下連續(xù)墻支護技術(shù)，如上海人民廣場地下變電站（基坑深23.8m，直徑64m，為我國最大直徑圓筒形地下連續(xù)墻）；上海徐家匯地鐵車站基坑開挖寬23m、深22m、長660m；上海河流污水治理工程的彭浦泵站基坑深26.45m。上海延安東路隧道1號風(fēng)塔、福州世界金龍大廈（地下3層）、上海恒積大廈（地下4層）、天津紫金花園商住樓（地下3層）、北京地鐵大北窯車站、上海地鐵黃陂路車站、陜西路車站、常熟路車站等，均以地下連續(xù)墻為擋土墻兼作地下室外墻。

　　地下連續(xù)墻主要分為板墻式和柱列式兩種，其中板墻式地下連續(xù)墻是世界各國目前使用最多的地下連續(xù)墻，一般采用抓斗等施工設(shè)備來建造，該類施工具有以下特點：(1)振動、噪音、污染少，對周圍環(huán)境影響??；(2)適用地層范圍較廣，可以從軟地層到卵、漂石層、從風(fēng)化巖到堅硬花崗巖等各種復(fù)雜地層中施工；(3)墻體質(zhì)量好，墻體連續(xù)均勻，防水性高并可作承重墻；(4)施工能力范圍大，世界上最深170m、最厚3.2m、最薄20cm的連續(xù)墻，均為板墻式連續(xù)墻。

　　建造板墻式連續(xù)墻的施工工藝和施工設(shè)備較多，主要的施工設(shè)備有：鋼絲繩抓斗、液壓導(dǎo)板式抓斗、導(dǎo)桿式抓斗、混合抓斗、鏈式挖槽機等，以上設(shè)備在我國大都屬空白，到現(xiàn)在為止，以液壓抓斗為主導(dǎo)的各種連續(xù)墻施工設(shè)備已進口150多臺，遍及全國基本建設(shè)部門。目前我國已建成地下連續(xù)墻約有700萬m2，但施工設(shè)備還主要依賴進口。主要有德國寶峨、利勃海爾、Leffer、意大利土力、卡薩格蘭地、日本真砂等。國內(nèi)目前只有上海金泰工程機械有限公司于2005年開發(fā)成功的小型液壓抓斗，最大成槽寬度1.2米，最大成槽深度60米。由于液壓導(dǎo)板式抓斗具有抓斗升降速度快、閉斗力大、挖槽能力強、施工效率高、施工深度大、成墻厚度大、成墻精度高（自動糾偏裝置）等特點，所以使用量最大。

　　2．SMW工法連續(xù)墻及施工設(shè)備

　　SMW工法是Soil-MixingWall的簡稱，最早由日本成幸工業(yè)株式會社于1976年開發(fā)成功。SMW工法是利用專門的多軸鉆孔機（一般為三軸）就地鉆進切削土體，同時在鉆頭端部將水泥漿液注入土體，經(jīng)充分攪拌混合后，再將H型鋼或其他型材插入攪拌樁體內(nèi)，形成地下連續(xù)墻體，將其直接作為擋土或止水結(jié)構(gòu)。該工法取代原有的鉆孔灌注樁和止水帷幕的圍護方法，具有施工速度快、止水效果好、工程造價低、無污染等優(yōu)點，是一種很有推廣前途的施工工藝。SMW工法在上海、天津、南京、杭州等地已經(jīng)推廣使用。

　　我國SMW工法施工用多軸鉆孔機初期全部從日本進口，如日本三和機材、三和機工，主要以二手機為主，價格昂貴，設(shè)備的短缺嚴重制約了SMW工法在我國的推廣應(yīng)用。國產(chǎn)第一臺同類鉆機由北京建筑機械化研究院于1998年開發(fā)成功，經(jīng)過近幾年的發(fā)展國內(nèi)現(xiàn)已有北京建研、北京三一、北京首鋼泰晟、上海金泰、上海工程、浙江振中等公司生產(chǎn)多種規(guī)格的SMW工法用多軸鉆孔機，已完全能夠滿足國內(nèi)施工的需要。近兩年進口的多軸鉆機已很少。

　　二、大直徑現(xiàn)澆薄壁筒樁及施工設(shè)備

　　1．筒樁技術(shù)簡介

　　現(xiàn)澆薄壁筒樁技術(shù)是近幾年來開發(fā)的樁基礎(chǔ)技術(shù)，因其可大量節(jié)省混凝土（一般＞40％）、無泥漿污染、施工速度快捷、擠土效應(yīng)相對較少、設(shè)計樁徑不受限制、樁身整體質(zhì)量有保證、工程造價低等優(yōu)點，在高速鐵路及公路軟地基處理、填海及碼頭工程、深基坑支護、普通建筑物的基礎(chǔ)處理等方面得到了迅速的應(yīng)用。

　　所謂大直徑現(xiàn)澆薄壁筒樁，其外徑一般在Φ1000～Φ2000之間，壁厚為150㎜～200㎜，利用內(nèi)外兩層鋼管，底部裝有預(yù)制的環(huán)形樁尖，用振動錘將鋼管打入地下，然后在兩鋼管之間插入環(huán)形鋼筋籠，邊振拔邊澆注混凝土，形成一個薄壁筒形樁體。由于預(yù)制的混凝土樁尖設(shè)計有一定角度，在沉管過程中，土不是被擠向周圍而是擠入內(nèi)管中，所以樁的擠土效應(yīng)較小，而樁具有兩個摩擦面，樁的承載力顯著提高。

　　2．施工設(shè)備

　　目前筒樁的施工設(shè)備主要是大型振動錘（電動、液壓），現(xiàn)有的電動振動錘由于功率小，激振力小，噪音大，一般用于郊外軟土地區(qū)施工直徑相對較小的筒樁。對于直徑較大、地質(zhì)條件復(fù)雜以及城區(qū)的施工則難以滿足要求。而利用高頻液壓振動錘進行筒樁施工，即能發(fā)揮振動沉樁的優(yōu)勢，又具備高頻液壓振動錘所特有的大功率、大激振力、大拔樁力、振動波及范圍小等優(yōu)點。同時高頻液壓振動錘具有體積小、重量輕的特點，在性能相近的情況下，高頻液壓振動錘的重量約為電動錘的50％左右。

　　由于筒樁施工時需要兩個大直徑的內(nèi)外鋼管，樁管重量遠大于通常的振動沉管，另外拔樁阻力也特別大，所以筒樁施工還需要型樁架。[Page]

　　在溫州靈昆島海堤護岸工程施工中，樁徑1米，深28米的筒樁施工就是采用300噸靜壓樁機改造的樁架，樁架高度40米，拔樁力達150噸。振動錘選用的是美國APE公司生產(chǎn)的200M型液壓振動錘，激振力200噸。實際施工中振動錘還是偏小，只能沉十幾米，后來施工單位將振動錘進行加壓改造，才沉到設(shè)計深度。

　　三、大直徑鋼管樁、鋼護筒工程及設(shè)備

　　近幾年我國有數(shù)座大型的跨江跨海大橋在開工建設(shè)，如長江蘇通大橋（南通－蘇州）、南京長江三橋、東海大橋（上海南匯蘆潮港－寧波大小洋山島），杭州灣大橋（乍浦－慈溪）等。這些大橋的主要工程就是基礎(chǔ)施工，一般橋墩采用大直徑大深度鋼管樁作為基礎(chǔ)，最大的鋼管樁直徑達1.6m，長88m。施工設(shè)備主要是打樁船和大噸位柴油錘、大噸位液壓錘。如上海工程機械廠生產(chǎn)D160、D180柴油錘，荷蘭IHC公司進口的液壓錘。大橋的主橋墩由大直徑混凝土灌注樁組成的群樁作為基礎(chǔ)，如蘇通大橋最大樁的樁徑2.8m，樁深120m；杭州灣大橋最大樁的樁徑3.0m，樁深122m。在水上施工大直徑灌注樁必須首先將大直徑鋼護筒沉入水中并入土一定深度。如蘇通大橋鋼護筒直徑2.85m，長度69m，重量120t，入土深度35m；杭州灣大橋鋼護筒直徑3.1m，長度52m，入土深度30m。

　　蘇通大橋和杭州灣打入鋼護筒采用是浙江振中工程機械有限公司生產(chǎn)的2臺DZJ200可調(diào)偏心力矩電動振動錘（雙錘聯(lián)動），和美國ICE公司生產(chǎn)的2臺V360液壓振動錘（雙錘聯(lián)動）；武漢天興州公路鐵路兩用大橋沉設(shè)鋼護筒采用的是美國APE公司的兩臺400B液壓振動錘（聯(lián)動），待鋼護筒沉設(shè)完畢，再在護筒上搭建平臺進行鉆孔施工，所用鉆機主要是鄭州勘察機械廠、河北新河新鉆有限公司、武漢大橋機械廠、南京鐘升公司等生產(chǎn)的大直徑動力頭式或轉(zhuǎn)盤式鉆機，采用氣舉反循環(huán)工藝鉆進

　　四．全套管施工工法及設(shè)備

　　全套管鉆機又稱貝諾特鉆機，是由法國貝諾特公司于二十世紀五十年代初開發(fā)和研制而成。隨后日本、德、英、意等國引進和研制，機種和施工方法均有很大發(fā)展，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。截止1997年12月，日本已生產(chǎn)搖動式全套管機770臺，全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機433臺。據(jù)日本基礎(chǔ)建設(shè)協(xié)會1993年對31家施工單位的10.1萬根灌注樁的調(diào)查，全套管工法占26％。目前在香港，各基礎(chǔ)施工公司已擁有全套管鉆機不少于300臺，成樁數(shù)的市場份額約占45％。

　　全套管施工法是利用搖動裝置的搖動(或回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn))使鋼套管與土層間的摩阻力大大減少，邊搖動(或邊回轉(zhuǎn))邊壓入，同時利用沖抓斗挖掘取土，直至套管下到樁端持力層為止。挖掘完畢后立即進行挖掘深度的測定，并確認樁端持力層,然后清除虛土。成孔后將鋼筋籠放入，接著將灌注導(dǎo)管豎立在鉆孔中心，最后灌注混凝土而成樁。

　　全套管施工法與采用泥漿護壁的鉆、沖擊成孔及其他干作業(yè)法的大直徑灌注樁的施工法相比，成孔成樁工藝方面有以下優(yōu)點：

　　環(huán)保效果好：噪聲低，振動??；不使用泥漿，無泥漿污染，施工現(xiàn)場整潔文明，很適合于在市區(qū)內(nèi)施工。

　　成孔和成樁質(zhì)量高：取土?xí)r因套管插入整個孔內(nèi)，孔壁不會坍落；易于控制樁斷面尺寸與形狀；含水比例小，較容易處理孔底虛土，清底效果好：充盈系數(shù)小，節(jié)約混凝土。

　　可在各種雜填土(含有磚渣、石渣及混凝土塊等)中施工，適合于舊城改造的基礎(chǔ)工程。

　　由于鋼套管護壁的作用，可避免鉆、沖擊成孔灌注樁可能發(fā)生的縮頸、斷樁及混凝土離析等質(zhì)量問題。

　　我國于20世紀70年代開始引進搖動式全套管鉆機，90年代中期昆明捷程樁工公司首先在我國開始研制MZ系列搖動式全套管鉆機，簡稱磨樁機，隨之在昆明、溫州、北京、深圳等地的多個基礎(chǔ)工程中應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟效益。全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機到目前為止國內(nèi)還是空白。2004年上海隧道公司引進了兩臺日本車輛生產(chǎn)的全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機用于地鐵4號線發(fā)生坍塌事故的工程修復(fù)，取得了良好的效果。全套管工法雖然施工成本相對較高，但由于其具有其他工法無法替代的優(yōu)點，特別是我國很多城市都面臨著二次開發(fā)，對原有基礎(chǔ)的處理為全套管工法在我國的推廣應(yīng)用提供了廣闊的前景。

　　五．軟土地區(qū)旋挖鉆機施工技術(shù)

　　旋挖鉆機因其效率高、污染少、功能全，目前在國內(nèi)外的鉆孔灌注樁施工中得到了廣泛應(yīng)用，尤其在歐洲和日本等發(fā)達國家已經(jīng)成為大直徑鉆孔灌注樁施工的主力機型。

　　近年，旋挖鉆機及施工工法在國內(nèi)逐漸被認識，以北方地區(qū)為代表在大直徑鉆孔灌注樁施工中已經(jīng)得到很快的普及應(yīng)用。如已建或在建的幾項大工程：青藏鐵路、2008年奧運會主要場館、首都機場新航站樓等基本上都是以旋挖鉆機施工為主。但是我們也應(yīng)看到我國幅員遼闊，地質(zhì)狀況千變?nèi)f化，目前單一的旋挖鉆機施工鉆孔灌注樁受到了一定的局限。如我國的南方特別是東南沿海發(fā)達地區(qū)由于地層較軟，樁一般比較大比較深，旋挖鉆機成孔困難，所以目前仍以正反循環(huán)工程鉆機為主。

　　實際上旋挖鉆機配上一些其他設(shè)備完全可以在該地區(qū)施工。一種方法是旋挖鉆機與套管式鉆機聯(lián)合作業(yè)，利用旋挖鉆機本身的動力驅(qū)動套管。但套管鉆機及套管本身的造價較高，我國目前的施工企業(yè)同時擁有旋挖鉆機和套管鉆機兩種設(shè)備的很少，將來套管鉆機若能完全國產(chǎn)化，還是有很大的發(fā)展前途的。另一種方法就是利用我國目前已廣泛使用的振動樁錘沉拔鋼護筒也能實現(xiàn)旋挖鉆機在軟土地區(qū)的成孔施工。振動樁錘在我國發(fā)展已十分成熟，從幾千瓦到幾百千瓦我國都能自行設(shè)計制造。振動樁錘配上鋼管夾頭利用樁架或起重機沉拔大直徑大深度鋼管樁或鋼管護筒在我國也有十分成熟的施工經(jīng)驗。將振動錘與旋挖鉆機結(jié)合在軟土地區(qū)施工已有幾個工程的成功實踐，如浙江大唐烏沙山電廠(寧波地區(qū))、浙江寧波金華蘭溪電廠、福建寧德電廠等，證明完全是可行的，施工效率高而成本低。

　　六．海上振動擠密砂樁技術(shù)與施工設(shè)備

　　所謂振動擠密砂樁是利用振動錘將套管振動打入至規(guī)定土深，向套管內(nèi)投入砂子，通過套管的反復(fù)起拔和下壓，并施以振動，使砂子被振壓密實，從而形成砂樁。由于砂樁的置入，擠密了樁周圍的軟弱土壤，兩者組成復(fù)合地基，增大地基的抗剪強度，提高地基的承載力，防止滑動破壞。由于砂樁的排水效應(yīng)，可有效加速地基的排水固結(jié)，使沉降在較短的時間內(nèi)完成。

　　振動擠密砂樁是一種軟土地基加固技術(shù)，我國曾經(jīng)在寶鋼建設(shè)工程中大規(guī)模使用此技術(shù)，當時所用的振動樁錘大部分從日本進口。而海上砂樁技術(shù)最初的應(yīng)用也是在日本，由于日本國土狹小，很多工程都是建在海上，如大阪關(guān)西機場等。我國海上砂樁技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用應(yīng)該講始于2005年，中港集團三航局在上海洋山深水港建設(shè)中采用砂樁技術(shù)取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。海上砂樁施工所用的設(shè)備一般是砂樁船和振動樁錘。三航局所用砂樁船大部分是從日本進口的二手船，砂樁船一般為三聯(lián)或五聯(lián)船，既一條船上有三到五個立柱，可同時施工三到五根樁，效率非常高。所用的振動錘為浙江振中工程機械有限公司生產(chǎn)的DZJ型系列可調(diào)偏心力矩振動錘，由于該種振動錘具有零啟動、零停機、無共振的特點，非常適合海上砂樁的施工，在洋山深水港工程砂樁施工中發(fā)揮了重要作用。