西安地铁凤栖原站深基坑桩基础围护机械选用

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　　摘要：西安地铁二号线TJSG-23标工程概况、常用桩基围护机械性能、桩基围护机械比选等。
　　关键词：深基坑；桩基础；机械
　　1 工程概况
　　西安地铁二号线TJSG-23标凤栖原车站位于凤栖路和北长安街相交十字路口处，沿北长安街呈南北走向，为地下三层明挖岛式站台车站，凤栖原车站深基坑围护结构采用231根φ1000mm的钻孔灌注桩，桩长分别为28.16、31.05m，嵌固深度不小于7.0（7.5）m。基坑采用明挖顺做法施工，开挖深度23.04～24.60m，基坑变形控制保护等级按特级考虑。
　　2 深基坑桩基础围护机械选用
　　2.1 常用的桩基围护机械性能
　　目前，国内钻孔灌注桩常用的施工设备主要有冲击钻、回转钻机、冲击反循环钻机、潜水钻机、长螺旋钻机及旋挖钻机等，各类钻机的性能特点如下所述。
　　（1）冲击钻
　　冲击钻机是一种比较传统的钻进机具，依靠冲击锤进行冲砸，掏渣筒掏渣，上下往复冲击将土石劈裂、砸碎，部分被挤入孔壁之内，普通泥浆护壁。适用于常见的所有填土层、粘土层、密实砂层、圆砾层及角砾复合夹层，但在大漂石、卵石层及微风化地层中进尺缓慢，且冲击锤容易损坏。
　　冲击钻具有地层适应范围广、施工速度快、场地环境要求小、造价较低等特点。但同时冲击钻劳动强度大，泥浆循环要设立泥浆回流池占地大，产生的泥浆不易外运，施工震动噪音大，环境评价差。
　　（2）回转钻机
　　回转钻机是一种在我国应用时间最长、范围最广、市场保有量最大的成孔机具，该种钻机除在卵、砾石层钻进较为困难外，在其它各种常见地层均有良好的适用性。回转钻机根据排渣方式的不同分为正循环和反循环两种，反循环又细分为泵吸、气举、孔底泵送（射流）三种。在素土层、粘土层及砂土层常采用正循环，在卵石层、砂卵石夹层、岩石层及孔底清渣常采用反循环。
　　正、反循环回转钻机具有应用范围广、护壁效果好、成孔质量高，施工无震动、无噪音、机具操作方便、造价较低等特点。但同时其在复杂地层成孔效率较低，施工现场用水量大、泥浆排放量大，扩孔率较难控制。
　　（3）冲击反循环钻机
　　冲击反循环钻机是一种将传统的冲击钻机与反循环排渣工艺相结合的新型大孔径钻机。即利用冲击钻头对岩石进行较高频率的冲击，使岩石产生破碎，然后利用反循环排渣方式及时将破碎岩屑第一时间排出孔外，该种钻法既保留了传统冲击式钻机的施工成本低、清孔干净、沉渣量少、适应地层广的优点，又克服了其不能连续排渣、重复破碎多的不足，广泛适用于各种复杂地层施工。
　　但同时冲击反循环钻进振动对周围环境影响很大，特别是冲击下部坚硬基础岩面时，冲击振动对周围产生很大噪音，另外钻机功率大、耗电量高、结构复杂、体积大、搬迁运输成本也较高。
　　（4）潜水钻机
　　潜水钻机是一种旋转式钻孔机，其防水电机变速机构和钻头密封在一起，由桩架及钻杆定位后可潜入水、泥浆中钻孔，注入泥浆后通过正循环或反循环排渣法将孔内切削土粒、石渣排至孔外。钻机以潜水电动机作动力，工作时动力装置潜在孔底，电动机防水性能好，运转时升温较低，过载能力强，耗用动力小，钻孔效率高，施工成本低。
　　但潜水钻机不适用于碎石土层、超过10cm 的卵砾夹层、卵石地层及基岩施工，且成孔时采用泥浆护壁，泥浆排放量大，易造成现场泥泞，采用反循环钻孔时，如土体中有较大石块，则容易卡管并易导致桩侧土层和桩尖土层松散，使桩径扩大灌注混凝土灌注超量。
　　（5）长螺旋钻机
　　长螺旋钻机成孔属干作业、非挤土灌注桩范畴，是用长螺旋钻孔机的螺旋钻头在桩位处就地切削土层，被切土块钻屑随钻头旋转，沿带有螺旋叶片的钻杆上升，自动排出孔外的成孔方法。
　　长螺旋钻机适用于各类地下水位以上的填土、粘性土、粉土、粉质砂土、砂土层和粒径不大的砂砾层，具有震动小、噪声低、不扰民、钻进速度快、无泥浆污染、桩身质量好、造价低等特点。但长螺旋钻机不适宜地下水位以下的各类土层及大粒径卵石、卵砾夹石层、漂石地层施工，桩底不能入岩，一般桩径较小，单桩承载力低，并且机身庞大、自重大，运输成本高。
　　（6）旋挖钻机
　　旋挖钻机通过钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土，通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置护壁，反复循环而成孔。
　　旋挖钻机适用于各类粘土、粉土、密实砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层，借钻具自重和钻机加压力，耙齿切入土层，在回转力矩的作用下钻斗同时回转配合不同钻具，适应于干式（螺旋）、湿式（回转斗）的成孔作业。旋挖成孔的施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强等特点，大大缩短了工期，废浆少、低噪音、污染小，保护了环境，克服了机械成孔时孔底沉淤土多、桩侧摩阻力低、泥浆管理差的缺点，极大地提高了施工质量。但其缺点是对于厚度较大的松散砂层在钻进时易塌孔，在卵石含量较大的卵石层钻进时速度慢，不适用于坚硬岩石层入岩施工。
　　2.2 桩基围护机械比选
　　选择桩基围护施工机械时，根据凤栖原车站的具体情况，从以下几个方面进行考虑：
　　（1）地层的应用性
　　凤栖原车站的地层主要为杂填土、素填土、新黄土、老黄土及古土壤，特殊岩土情况为湿陷性黄土、人工填土及饱和黄土，场地地下水属潜水类型，该区段地下水稳定水位埋深13.90～16.60m。必须根据此类地层及地下水位情况选择合适的钻孔施工机械。
　　（2）进尺速度
　　车站施工时需占用站位所处的地面道路作为施工场地，对当地的交通出行造成不利影响。因此选择的钻孔机械必须进尺速度快，以加快车站围护结构施工进度，缩短工期，尽快恢复当地的道路交通。
　　（3）环境保护
　　车站站位周边建筑物众多，围护桩施工过程中必须尽量减少对周边居住、办公环境的干扰，而且市区内环境保护要求高，要减少钻孔灌注围护桩施工过程中废弃物的排放。这要求施工机械必须具有很好的环保性能。
　　按照上述要求，对前面所列的钻孔灌注桩施工设备就行比选，如下表所示：
　　通过比选，旋挖钻机可适用于有地下水的黄土层施工，而且进尺速度快，对周边坏境的影响最小，因此推荐采用旋挖钻机施工车站围护桩，根据工期安排拟投入2台，具体型号为TR220D。
　　3 结语
　　（1）城市地铁车站深基坑桩基础施工过程中，应根据地质及水文条件、周边环境、工期等因素综合比选施工机械，选择合适的机械将极大提高施工工效。
　　（2）旋挖钻机广泛适用于多种地层，成孔速度快、成孔效率高、适应性强、工效高，废浆少、震动噪音小、污染小、对环境污染小，有利于提高施工质量，对于城市地铁车站深基坑桩基础施工具有广阔的前景。
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