基坑支护绿色施工新技术探究

1主要特点

(1)止水性好，渗透系数可达10-6级；(2)对周围的地层影响较小；(3)施工效率高，可以缩短周期；(4)可以使用H型钢等材料做芯材，使其具备较大的抗弯、抗压能力，起到既防渗止水又挡土支护作用的连续墙体，实现一墙多用；(5)只需同一设备施工，振动小、噪音低；(6)H型钢可回收再利用、节约资源、降低造价、符合国家大力提倡的节能减排、降低污染、资源再利用、可持续发展的产业发展政策。

2关键技术

新型系列大直径复合钻机创造性的关键技术主要有以下几方面。(1)研制了一种用于干湿喷搅拌工艺的钻具，该钻具采用独立的喷粉、喷水或喷浆通道及供粉、供水或供浆系统，以适应不同的地质环境，改善成桩效果；同时在施工中采用较高压（4�6MPa）BW250型泥浆泵输送水泥浆液，强化喷射水泥浆液的能力，扩大了泥浆的有效喷射半径，并减小了搅拌和钻进阻力。传统的水泥土搅拌桩施工采用喷粉或者喷浆单一式干喷或湿喷搅拌工艺。单独的湿喷工艺钻具不宜在存在暗流的湿性比较大的沿海地区使用，浆液易随暗流流走，成桩效果差；单独的干喷工艺钻具施工时钻进阻力大，搅拌均匀性差，能耗高，效率低。

实施干湿喷工艺时，喷水时机根据施工条件而定，当喷粉施工搅拌困难时，适时在钻头底部喷入一定量的水，减少搅拌阻力，降低能耗，提高施工效率，解决了水泥土搅拌桩进行单一喷粉或者单一喷浆工艺施工不能满足的复杂环境施工的技术难题（图1）。

(2)回转与钻进、提升采用独立动力驱动，速度可独立控制，实现回转与钻进、提升速度最佳匹配，提高搅拌均匀性和施工工效。传统的普通水泥土搅拌桩机无额外加压力，钻进加压力来自钻杆和动力头的自重，钻进速度无法与钻杆转速匹配。独立的调速电机驱动，控制部分独立开来，不用踩离合器就可以直接控制。加压和提升力大大提高，钻进和提升效果更好。

(3)研制了独立的夹桩和压桩装置，复合桩桩芯为型钢、方形预制桩、预制管桩时，采用液压驱动抱压式，桩芯为异型预制桩时，采用顶压式。传统的普通搅拌桩机只能进行水泥土搅拌桩的施工，如要在搅拌桩中心再插入其它桩芯，必须另外配备一台昂贵的压桩专用设备，设备的购置费用将大幅提高，同时也增加了人工成本。研制的新型大直径复合钻机成桩直径最大达到Φ1150mm，且能根据不同的施工要求在已经施工的搅拌桩中插入不同的桩芯，形成性能更好的复合桩。根据复合桩桩芯的不同型号，研制了多种压桩类型的压桩机构。复合桩桩芯为型钢、方形预制桩、预制管桩时，采用液压驱动抱压式，桩芯为异型预制桩时，采用顶压式（图2、图3）。

(4)后配套施工记录仪表，采用主从双机通信的方式，实现前后台同步显示，并具有数据保存和打印功能，最大测量重量为3000kg，最大测量深度为30m。可实现对喷粉施工日期、桩号、深度、每米喷粉量及重量的监测、记录。经过软件重新设计，用液晶屏可以直观显示当前总重量和深度，顺利完成加大仪表重量和深度测量量程，分别为9000kg和30m。重量显示波动较大（±5kg范围变化），达目标值。

(5)采用特制钻头，根据不同地质条件、不同施工工艺、不同成桩直径，钻头叶片的刀头采用不同形式的合金刀头，提高了钻进能力。特制的钻头是在钻头尖和叶片上根据不同的地质条件焊接不同的合金刀头，不仅可以施工普通软土地基，在粗砂土层等其它土层中也能顺利施工。(6)新型系列大直径复合钻机之一PDF28型成桩深度最大可达28m，采用抱压压桩器压入桩芯，塔架4根主受力矩形型材采用力学性能好的材料制作，减轻了重量且第一节塔架采用宝塔形桁架结构，侧向稳定性好，塔架撑杆也采取了主副支撑杆的形式，整机稳定性大大增强（图4、图5）。

3PDF28型的结构特点

PDF28型大直径复合钻机主要由液压步履式底架、井架和导向加压机构、钻机传动系统、钻具、压桩系统、卷扬系统、液压系统、喷粉（浆）系统、电气系统等部分组成（图6）。结构特点如下：(1)本机的钻机部分为机械传动：钻杆旋转和加压装置由各自的动力分别驱动，有多档旋转速度，加压装置采用无级调速控制，设有过载保护装置，功能较全，操作方便可靠。(2)本机桩架为液压步履式，能纵向、横向移动，对孔就位迅速，操作简便，机动性较强。

(3)钻机采用链条式加压机构，在加固深度范围内，钻具可连续钻进或提升，钻塔（井架）、钻杆可根据加固深度加长或缩短，工作效率高。(4)井架起落以液压操纵油缸进行，简便可靠。(5)钻进进尺有深度计和数码显示，便于操作控制。(6)整机结构紧凑，机动灵活，接地比压小，稳定性能好，对场地狭窄，地面条件较差的工地也能适用。(7)主机采用积木式拼装，便于装拆及转场运输；主要部件多为标准件，通用化程度高，使用维修方便。

(8)本机钻头为特制钻头，根据不同地质条件、不同施工工艺、不同成桩直径等，有普通标准型和特殊专用型之分，其功用主要是，钻进时迅速破碎土壤，提升时顺利喷灰（或喷浆），并使粉体或浆液与土壤碎块充分搅拌揉压均匀，高质量地成桩。(9)本机液压系统采用开式油路，主要用于控制完成主机纵、横向位移，支腿伸缩，井架起落，夹桩，压桩等动作。液压系统由油箱、油泵、专用多路换向阀组、纵移油缸、横移油缸、支腿油缸、立架油缸，夹桩油缸，压桩油缸及管路附件等组成。

(10)本机卷扬系统主要由卷扬机、吊架、铰座、滑轮、钢丝绳吊钩等组成，用于桩芯的吊运。(11)本机夹桩器位于两个门架中间，为箱形结构。内部两块夹板，一块固定，另一块通过球铰与夹桩油缸相连，通过液压油缸伸缩从而实现夹紧与松弛。夹桩器箱体上下各有定位轮组与门架立柱上滑板摩擦接触。夹桩器整体结构简洁，可靠性好。

4效益显著

新型系列大直径复合钻机创造的社会效益和经济效益显著。以广东为例，2009年以后每年城市新增建筑面积超1.2亿m2，其中需基坑支护的工地约4000个以上，如能有50％采用新型系列大直径复合钻机SMW工法支护，则可节省钢材达100万t以上，相当于少燃烧标准煤125万t，减少碳排放310万t。可见通过新技术的推广，可使材料循环使用，节能减排，减少地下垃圾，并有助于地下空间的可持续发展。同类技术对比（新型系列大直径复合桩机施工SMW工法桩与其他钻机工法对比）(1)两层地下室（以东莞厚街某项目为例）。

方案对比：A：钻孔桩+止水桩+支撑；B：新型SMW止水墙+支撑。综合比较见表1。(2)一层地下室（以万江某项目为例）。方案对比：A：止水墙+微型桩+土钉墙；B：新型SMW墙+锚索。综合比较见表2。对比结果显示，采用新型系列大直径复合钻机进行SMW工法型钢水泥土搅拌墙施工方案较国内其它设备采取的方案具有明显的优势，此方案已经在珠三角和江汉平原等地区得到广泛应用。新型系列大直径复合钻机是将动力设置在下方，不仅在设备本身的施工能力上取得了突破，且在特殊地层搅拌桩施工时采用了一种干湿喷相结合的施工工艺，降低了工作能耗，增强了适应各种复杂的施工环境的能力。另外该系列设备还自带一套压桩施工机构，是一种高效的一机多用型复合桩施工设备。

由于一机多用，降低了设备使用方的采购成本。施工完搅拌桩后不需要移动主机，操纵纵移油缸，压桩机构就能迅速移位到水泥搅拌桩工位，随即便可进行插入型材和预制桩等的施工，施工效率高，节省了人力和物力成本，社会效益显著。

目前为止新型系列大直径复合钻机已经售出多台，客户大多分布于长江以南的地理区域，并成功在珠三角、江汉平原等地区的工地成功施工应用。该系列设备优质高效地完成了广东东莞市中堂镇富盈乡馆三期基坑支护工程、湖北潜江金桥广场等众多有影响的桩基础和基坑工程项目。新型系列大直径复合钻机更换不同的压桩机构配件后可以在施工完搅拌桩后在其桩中心插入预制管桩、方桩、楔形桩等，形成骨芯复合桩，可作为高层建筑的桩基础，填补了水泥土搅拌桩在高层建筑桩基础上的应用空白，拓展了水泥土搅拌桩的应用领域。