我国基础工程施工设备技术发展方向探讨

摘要：目前国内工程施工设备品种单一、性能落后状况已成为影响基础工程施工技术发展的主要问题之一。认真分析国外先进施工设备的特点及其发展过程，有利于选定正确的技术发展方向，并针对性地引进国外先进技术和设备，以推动我国的新技术开发速度、提高新设备研制水平。对于我国新型工程施工设备的开发，文章建议从填补急缺品种、发展先进技术、完善工艺配套这三方面入手，首先应集中力量研制适合于无循环作业的多功能成孔设备，地下连续墙专用成槽设备，以及一些重要的配套设备，更快更好地满足市场急需。

我国经济建设事业的蓬勃发展，促进了各类基础工程量的迅猛增长。相比之下，施工设备的产量、质量、品种、类型等远不能满足要求，供需矛盾十分突出。特别是各种新工法的采用和环境保护意识的进一步增强，更显得我国现有设备在技术性能与施工效率、质量及废浆处理方面同国外先进施工机械相比，存在着很大的差距。

装备的落后不仅束缚基础施工技术的发展、削弱施工队伍的竞争能力，而且会妨碍设计部门选取更为先进、合理的基础工程设计方案。目前国内施工设备品种少、性能差的落后状况已成为影响基础工程施工技术发展的主要问题之一。对此，有关主管部门、科研单位、制造厂家、施工队伍已达成共识，一致认为当务之急是要研制开发出性能优越并适合国情的新型工程施工设备，这对改变我国这一领域落后面貌具有非常重要的意义。

本文根据近年来收集了解的一些资料，进行粗略分析探讨，提出相关建议，供有关方面参考。

一、国内深基础工程设备现状与发展方向

（一）深基础工程的主要类型

1、基础加固工程。这类工程以改善地基性能，提高其承载力为目的，包括各类软弱地基加固处理和桩基础施工。

2、挡护工程。这类工程主要用于深基开挖的围挡、支护、加固以及隔水、防渗等，包括地下连续墙、钢板桩、锚固、帷幕等。

3、地下暗挖工程。主要指地下硐空、隧道等暗挖构筑施工。

（二）国内工程施工设备现状

上述三大类工程中，应用最多的是基础加固工程。在我国除某些工法采用振冲、锤击、抓挖等方式外，原来绝大多数是用冲洗液正反循环钻进，仅少量的螺旋钻干式作业。并利用和改造水井、岩心钻机，构成完整的成孔设备系列，总体上能够满足基础加固工程施工的需要。这些设备具有结构简单、价格低廉、节省能源等优点，比较适合国情。因而受到大多数施工单位的欢迎。但存在的问题也很突出：设备的品种、类型、能力难以满足基础工程向深部、大型、多样化方向发展；施工工艺主要以泥浆循环液钻进方式，成孔效率低、工作环境差，废浆排放困难；设备性能差、功能少，搬迁、移位不便。

在挡护工程中，钢板桩、帷幕、锚固等基本上都有相应的设备可供选用。而地下连续墙施工却缺少有效的专用成槽设备。国内只有机械抓斗和潜水式电动多头钻，由于能力不足或工艺适应性差而较少使用。因此一般只能设计成排桩式连续墙，采用钻孔法施工，墙的可靠性较差。比较适用的成槽设备在我国基本上还是空白。

地下暗挖工程已有一些成熟技术，如管棚法、盾构法、超前注浆加固等，已有设备可满足需要，只是配套设备需要补充。

（三）新型施工设备技术发展方向

当前国内工程施工设备供求矛盾十分突出。这一方面反映了我们研究设计水平、生产制造能力、机械工业基础等方面的落后，同时也是工程量骤然增长造成市场畸型的结果。因此，在考虑施工技术发展方向、选择设备开发类型时，要充分研究这些因素的综合影响。既要满足市场急需，又要有技术上发展超前意识；既要防止被目前工程急等设备或无钱购买先进设备这些暂时现象所干挠，又要防止盲目照搬国外先进机型带来的弊端。

总的看来，现有国产工程施工设备是能够满足大部分基础工程施工需要的，有些不适应还可以通过变更设计来进行相应调整。因此，新型施工设备的研制开发应当填补急缺、提高水平、完善配套为方向，有选择性地进行。

在设备品种方面，成槽设备是目前最急缺的称得上填补空白的项目。

在工艺技术方面，促进无循环施工技术尽快在我国推广应用，必须大力开发能适用于抓斗、钻斗、振冲等无循环作业成孔的多功能设备，逐步扭转目前施工方法单一，整体水平落后的局面。

除了占主体地位的成孔，开槽设备之外，不同工法所需的配套设备也有一些急待补充，如高压注浆泵、混凝土制备与输送设备、废泥浆处理设备等。

二、先期开发设备的类型建议

（一）适用于无循环工法的多功能钻机、开槽设备

无循环施工在效率、成本、环保等方面的优越性已被大家公认。我国许多基础工程在条件具备的情况下也已使用长短螺旋、振动、机械抓斗、钢绳冲击等干式或无循环作业方法，国外引进的大功率、多功能自行式旋挖、冲抓设备相相继增多。推进了我国各种小型、多样的无循环设备的广泛发展，但应当着手研制一种大型的多功能施工设备。这种设备的主体，可选用能力适当的履带式吊车或挖掘机，既能自行、移位、又减少了对地面的压强。工作部分应兼有旋转与钢绳悬吊两种功能，配备不同的工作机械可实现冲抓、旋挖、振动、跟管等多种功能，既能成孔，又能成槽。传动方式可采用机械与液压结合或电液结合，保证工作的可靠性与操作的方便灵活性，成为一种高效实用、多用途的组合式新型施工设备。

（二）加速研制成槽设备，发展壁式连续墙施工技术

1、地下连续墙工程的特点。在现代深基础工程施工中，地下连续墙是被广泛采用和发展较快的一种。它的主要作用是深基开挖的围挡、支护和地下工程的截水、防渗，还可以作为承截基础或直接设计为地下硐空的结构墙体，因而是3大类基础工程都能适用的工程手段，具有很好的开发前景。连续墙的主要优点是强度与刚度大，围护与截水、防渗能力强、整体的持久性、可靠性好。这是其他类型的基础工程难以相比的。但是由于施工设备、机具复杂，工艺要求高，特别是护壁、防斜两大技术关键有一定难度，因而影响了该项技术的大量应用。

2、国外成槽设备的主要类型。机械式钢绳抓斗：结构较简单，但能力有限，一次成槽较小，闭合力仅l5T-35T。液压抓斗：分为钢绳悬吊和伸缩钻杆连接两种。能力强、效率高、成槽大。最大闭合力可达到l80T，对于除岩层以外的其他地层均能有效。连续开槽机：利用液压驱动的纵向滚轮式或履带链式刀具连续破碎岩石，冲洗液反循环排渣。具有施工自动化程度高、效率高、适用范围广、成槽深度大、槽型规整等优点。目前已取代了潜水电机驱动的多头钻式连续开槽机。

（三）努力开发国产成槽设备

从根本上说，只有壁式连续墙才能真正体现连续墙工程的基本功能与主要特点。试验资料表明，壁式墙的挡护能力，可相当于以其墙厚2倍为直径的排桩。我国极少采用壁式连续墙，主要是因为缺乏适用而有效的成槽设备。因此，综合分析国外各种成槽设备的特点及其发展变化过程，对于确定我们的开发方向有现实的指导意义：在自行研制过程中，应有针对性地引进成熟技术与关键组件，加快研制速度和提高产品水平。

我国在起步开发成槽设备时，开始就应当考虑工艺方法的多样性，研制一种纵向滚挖式的开槽设备。从结构上看，并不比多头钻或大型旋挖设备更复杂，而且可以根据国内现有条件，设计成轨道式的轻便型，省去大型履带吊车：也可用潜水电机替代液压马达，增加可靠性。通过技术对比合理确定方案，完全可以制造出具有中国特色的连续滚挖式开槽机。

由于连续开槽需要采用反循环作业，必然会带来一些不便。但连续墙工程一般工作量大而集中，也为循环液的制备、净化和处理提供了有利的一面。对于连续墙而言，即使采用无循环工法，稳定液的用量也较大，也必须有一套浆液制备与处理的设备。用反循环连续开槽只是增加了一些泥浆处理量，而其他方面优越性却能得到充分发挥，有利于工程的开展。

三、泥浆净化处理设备

深基础施工除少数干式作业外，一般都需要大量使用稳定液或循环液，配备专用的泥浆净化系统。国外一般连续墙工程采用无循环工法时，需配置处理量200m3／h的泥浆处理设备，若采用反循环作业，则需有600m3／h的处理能力。随着我国环保立法的严格执行以及不同施工条件下的限制，废浆排放处理的费用在施工成本中所占的比例越来越大，迫使我们必须研制适用的泥浆净化处理设备。目前国外采用分级处理：首先用旋转筛筒去除6mm以上的岩屑，然后通过振动筛把6mm-0.5mm的颗粒滤出，最后经旋流器除掉40um以上的固相。这样浆液可重复使用，岩渣便于运输，减少了对环境的影响。

前多年我国已开展了这方面的研究，运用化学与机械结合的方法，对水井和工程施工中的废浆进行净化除砂和固化成型，取得一定成效。在此基础上，吸取一些国外先进经验，完全可以开发出适用于我国施工条件的泥浆净化处理设备。

四、高压注浆设备

旋喷注浆技术在我国应用仅有20年历史，但因其具有施工方法简便，适用范围广，固结体具有较高的强度与耐久性，噪声低，无浆液污染等优点而得到迅速发展。从世界范围看，旋喷也是一种应用很广并最具发展前景的地基处理技术之一。

旋喷注浆施工的关键技术参数之一是注浆压力。压力越高，浆液喷射的影响半径越大，

固结或桩直径也越大。国外试验研究的结论表明，旋喷注浆压力的最优值为40MPa左右，超过这个值之后，压力再继续增高，影响半径的增加将变得十分缓慢，而所需设备重量和能源消耗却迅速增大，综合经济效益就会降低。

现我国旋喷施工注浆技术水平已有了很大提高，但仍需学习消化吸收国外先进经验技术，充分发挥这一技术优势。

五、混凝土输送泵

对于大型基础工程，采用泵送方式浇注混凝土能够简化运输工序。使混凝土的水平运输与垂直运输合一，达到节省劳力、降低费用、提高工效、改善环境的目的，并能保证浇注体均匀、密实。国内工程施工单位对采用泵送灌注技术已有所掌握，但目前混凝土输送泵的品种少，参数不适合，工作可靠性差等原因，使泵送技术有待提高。根据实际需要、研制出性能优越、工作可靠的混凝土输送泵，并在排量10m3／h-50m3／h范围形成系列，将会有较大的市场需求量。

总的来说，为适应时代的发展要求和建筑物大型化，工程施工更应重视环境保护，低公害，安全施工，保证工程质量与节约成本等，尽早研制出适合我国工程施工的技术装备与工艺。