我國(guó)基礎(chǔ)工程施工技術(shù)與設(shè)備的新進(jìn)展

　　近幾年隨著我國(guó)基本建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)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(hù)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(jī)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(guó)各大中城市萬(wàn)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(dāng)今世界20座超級(jí)巨廈之列，令人矚目。同時(shí)，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(shí)施，深基坑工程的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

　　當(dāng)基坑深度大于10m時(shí)，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(dá)國(guó)家被廣泛用于大深度基坑的支護(hù)。我國(guó)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(xiàng)工程中應(yīng)用地下連續(xù)墻支護(hù)技術(shù)，如上海人民廣場(chǎng)地下變電站（基坑深23.8m，直徑64m，為我國(guó)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(zhǎng)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(hào)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(guó)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(diǎn)：(1)振動(dòng)、噪音、污染少，對(duì)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(jiān)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?zhǔn)酵诓蹤C(jī)等，以上設(shè)備在我國(guó)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(jìn)口150多臺(tái)，遍及全國(guó)基本建設(shè)部門。目前我國(guó)已建成地下連續(xù)墻約有700萬(wàn)m2，但施工設(shè)備還主要依賴進(jìn)口。主要有德國(guó)寶峨、利勃海爾、Leffer、意大利土力、卡薩格蘭地、日本真砂等。國(guó)內(nèi)目前只有上海金泰工程機(jī)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(qiáng)、施工效率高、施工深度大、成墻厚度大、成墻精度高（自動(dòng)糾偏裝置）等特點(diǎn)，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(jiǎn)稱，最早由日本成幸工業(yè)株式會(huì)社于1976年開發(fā)成功。SMW工法是利用專門的多軸鉆孔機(jī)（一般為三軸）就地鉆進(jìn)切削土體，同時(shí)在鉆頭端部將水泥漿液注入土體，經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾?，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(hù)方法，具有施工速度快、止水效果好、工程造價(jià)低、無污染等優(yōu)點(diǎn)，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(guó)SMW工法施工用多軸鉆孔機(jī)初期全部從日本進(jìn)口，如日本三和機(jī)材、三和機(jī)工，主要以二手機(jī)為主，價(jià)格昂貴，設(shè)備的短缺嚴(yán)重制約了SMW工法在我國(guó)的推廣應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)第一臺(tái)同類鉆機(jī)由北京建筑機(jī)械化研究院于1998年開發(fā)成功，經(jīng)過近幾年的發(fā)展國(guó)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(jī)，已完全能夠滿足國(guó)內(nèi)施工的需要。近兩年進(jìn)口的多軸鉆機(jī)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(jiǎn)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(duì)較少、設(shè)計(jì)樁徑不受限制、樁身整體質(zhì)量有保證、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，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(hù)、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(dòng)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(gè)薄壁筒形樁體。由于預(yù)制的混凝土樁尖設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)錘（電動(dòng)、液壓），現(xiàn)有的電動(dòng)振動(dòng)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(duì)較小的筒樁。對(duì)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(dòng)錘進(jìn)行筒樁施工，即能發(fā)揮振動(dòng)沉樁的優(yōu)勢(shì)，又具備高頻液壓振動(dòng)錘所特有的大功率、大激振力、大拔樁力、振動(dòng)波及范圍小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)高頻液壓振動(dòng)錘具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，在性能相近的情況下，高頻液壓振動(dòng)錘的重量約為電動(dòng)錘的50％左右。

　　由于筒樁施工時(shí)需要兩個(gè)大直徑的內(nèi)外鋼管，樁管重量遠(yuǎn)大于通常的振動(dòng)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(hù)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(jī)改造的樁架，樁架高度40米，拔樁力達(dá)150噸。振動(dòng)錘選用的是美國(guó)APE公司生產(chǎn)的200M型液壓振動(dòng)錘，激振力200噸。實(shí)際施工中振動(dòng)錘還是偏小，只能沉十幾米，后來施工單位將振動(dòng)錘進(jìn)行加壓改造，才沉到設(shè)計(jì)深度。

　　三、大直徑鋼管樁、鋼護(hù)筒工程及設(shè)備

　　近幾年我國(guó)有數(shù)座大型的跨江跨海大橋在開工建設(shè)，如長(zhǎng)江蘇通大橋（南通－蘇州）、南京長(zhǎng)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(dá)1.6m，長(zhǎng)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(jī)械廠生產(chǎn)D160、D180柴油錘，荷蘭IHC公司進(jìn)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(hù)筒沉入水中并入土一定深度。如蘇通大橋鋼護(hù)筒直徑2.85m，長(zhǎng)度69m，重量120t，入土深度35m；杭州灣大橋鋼護(hù)筒直徑3.1m，長(zhǎng)度52m，入土深度30m。

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

　　四．全套管施工工法及設(shè)備

　　全套管鉆機(jī)又稱貝諾特鉆機(jī)，是由法國(guó)貝諾特公司于二十世紀(jì)五十年代初開發(fā)和研制而成。隨后日本、德、英、意等國(guó)引進(jìn)和研制，機(jī)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(dòng)式全套管機(jī)770臺(tái)，全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機(jī)433臺(tái)。據(jù)日本基礎(chǔ)建設(shè)協(xié)會(huì)1993年對(duì)31家施工單位的10.1萬(wàn)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(jī)不少于300臺(tái)，成樁數(shù)的市場(chǎng)份額約占45％。

　　全套管施工法是利用搖動(dòng)裝置的搖動(dòng)(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(dòng)(或邊回轉(zhuǎn))邊壓入，同時(shí)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(jìn)行挖掘深度的測(cè)定，并確認(rèn)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(hù)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(diǎn)：

　　環(huán)保效果好：噪聲低，振動(dòng)??；不使用泥漿，無泥漿污染，施工現(xiàn)場(chǎng)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(gè)孔內(nèi)，孔壁不會(huì)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(hù)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(guó)于20世紀(jì)70年代開始引進(jìn)搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)，90年代中期昆明捷程樁工公司首先在我國(guó)開始研制MZ系列搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)，簡(jiǎn)稱磨樁機(jī)，隨之在昆明、溫州、北京、深圳等地的多個(gè)基礎(chǔ)工程中應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機(jī)到目前為止國(guó)內(nèi)還是空白。2004年上海隧道公司引進(jìn)了兩臺(tái)日本車輛生產(chǎn)的全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機(jī)用于地鐵4號(hào)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(duì)較高，但由于其具有其他工法無法替代的優(yōu)點(diǎn)，特別是我國(guó)很多城市都面臨著二次開發(fā)，對(duì)原有基礎(chǔ)的處理為全套管工法在我國(guó)的推廣應(yīng)用提供了廣闊的前景。

　　五．軟土地區(qū)旋挖鉆機(jī)施工技術(shù)

　　旋挖鉆機(jī)因其效率高、污染少、功能全，目前在國(guó)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(dá)國(guó)家已經(jīng)成為大直徑鉆孔灌注樁施工的主力機(jī)型。

　　近年，旋挖鉆機(jī)及施工工法在國(guó)內(nèi)逐漸被認(rèn)識(shí)，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(xiàng)大工程：青藏鐵路、2008年奧運(yùn)會(huì)主要場(chǎng)館、首都機(jī)場(chǎng)新航站樓等基本上都是以旋挖鉆機(jī)施工為主。但是我們也應(yīng)看到我國(guó)幅員遼闊，地質(zhì)狀況千變?nèi)f化，目前單一的旋挖鉆機(jī)施工鉆孔灌注樁受到了一定的局限。如我國(guó)的南方特別是東南沿海發(fā)達(dá)地區(qū)由于地層較軟，樁一般比較大比較深，旋挖鉆機(jī)成孔困難，所以目前仍以正反循環(huán)工程鉆機(jī)為主。

　　實(shí)際上旋挖鉆機(jī)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(jī)與套管式鉆機(jī)聯(lián)合作業(yè)，利用旋挖鉆機(jī)本身的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)套管。但套管鉆機(jī)及套管本身的造價(jià)較高，我國(guó)目前的施工企業(yè)同時(shí)擁有旋挖鉆機(jī)和套管鉆機(jī)兩種設(shè)備的很少，將來套管鉆機(jī)若能完全國(guó)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(guó)目前已廣泛使用的振動(dòng)樁錘沉拔鋼護(hù)筒也能實(shí)現(xiàn)旋挖鉆機(jī)在軟土地區(qū)的成孔施工。振動(dòng)樁錘在我國(guó)發(fā)展已十分成熟，從幾千瓦到幾百千瓦我國(guó)都能自行設(shè)計(jì)制造。振動(dòng)樁錘配上鋼管夾頭利用樁架或起重機(jī)沉拔大直徑大深度鋼管樁或鋼管護(hù)筒在我國(guó)也有十分成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。將振動(dòng)錘與旋挖鉆機(jī)結(jié)合在軟土地區(qū)施工已有幾個(gè)工程的成功實(shí)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(dòng)擠密砂樁技術(shù)與施工設(shè)備

　　所謂振動(dòng)擠密砂樁是利用振動(dòng)錘將套管振動(dòng)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(dòng)，使砂子被振壓密實(shí)，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(qiáng)度，提高地基的承載力，防止滑動(dòng)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(shí)間內(nèi)完成。

　　振動(dòng)擠密砂樁是一種軟土地基加固技術(shù)，我國(guó)曾經(jīng)在寶鋼建設(shè)工程中大規(guī)模使用此技術(shù)，當(dāng)時(shí)所用的振動(dòng)樁錘大部分從日本進(jìn)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(guó)土狹小，很多工程都是建在海上，如大阪關(guān)西機(jī)場(chǎng)等。我國(guó)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(tuán)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(jì)效益和社會(huì)效益。海上砂樁施工所用的設(shè)備一般是砂樁船和振動(dòng)樁錘。三航局所用砂樁船大部分是從日本進(jìn)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(gè)立柱，可同時(shí)施工三到五根樁，效率非常高。所用的振動(dòng)錘為浙江振中工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的DZJ型系列可調(diào)偏心力矩振動(dòng)錘，由于該種振動(dòng)錘具有零啟動(dòng)、零停機(jī)、無共振的特點(diǎn)，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。