浅谈旋挖钻机成孔施工工艺

浅谈旋挖钻机成孔施工工艺

摘要：文章根据作者多年的工作实践，对桩基施工中旋挖钻机成孔的施工工艺进行了阐述

关键词：旋挖钻；公路桥梁桩基；施工；工艺

1 前言

随着国民经济的飞速发展近几年来，广泛应用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等基础施工工程的旋挖钻机成孔施工工艺应用较为广泛，但至今尚无该施工工艺的规范性依据和标准发布。旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，配合不同钻具，适应于干式(短螺旋)，或湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业。旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能等特点。旋挖钻机适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围广，基本可满足桥梁建设、高层建筑地基础等工程的使用。目前，旋挖钻机己被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。因此，对旋挖钻机的施工准备与常用清水施工工艺进行技术上探讨有着十分重要的意义。

2旋挖钻成孔施工工艺

2.1施工准备

2.1.1资料准备

(1)开工前应搜集桥梁工程地质资料和必要的水文资料，组织技术人员会审施工图及编

制图纸会审纪要；

(2)调查施工现场和邻近区域内的地下管线(管道、电缆)、地下构筑物、危险建筑等资料；

(3)主要施工机械及其配套设备的技术资料，所需材料的检验和配合比试验，所需材料委托有资质的试验室做物理性能试验；

(4)组织编制施工组织设计或施工方案，有关载荷、施工工艺的试验参考资料；

(5)做好详细的安全技术交底，施工前充分发扬民主，使参与施工的所有人员参加对施工方案的讨论，提高对安全生产的重视。

2.1.2机械设备准备

施工前检查所用机械设备状况，加强设备维修保养，保证机械设备不“带病”工作，避免发生安全和质量隐患。

(1)机体安装坚实平稳、搭有防雨工作台；各类离合器、制动器、钢丝绳、防护罩必须安全、可靠、有效；各类电器必须有防雨装置和单独接地措施；操作手应经过专业培训，保证持证上岗；

(2)工作人员操作电动工具必须安装漏电保护器：防护罩安全有效；外壳必须有接地或接零措施；橡皮线不准破损。现场电力线路不许乱搭、乱拉；

(3)各类气瓶有明显的色标和防震圈，不准在露天曝晒：乙炔气和氧气瓶距离应大于

5m；乙炔气瓶在使用时必须装回火防止器，皮管应用夹头紧固。

2.1.3安装钻具

钻具具有一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃，钻具的安装应符合生产厂家的标准。施工时可配用短螺旋钻头、回转斗，岩心钻头，岩心回转钻头等各种规格的钻头。在实际施工过程中，根据不同的土壤及地质条件按下列规定选择不同的旋挖钻孔机的钻头：

(1)短螺旋钻具：适用于地下水位以上的粘土、粉土、填土中等密实以上的砂土，风化岩层；

(2)螺旋回转斗：采用泥浆护壁，适用于地下水位以下的粘土、粉土、砂土、填土、碎石土及风化岩层；

(3)岩心螺旋钻头：适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层；

(4)岩心钻头：适用于风化岩层及有裂纹的岩石。

2.2常用清水施工工艺

2.2.1清水施工的成孔工艺流程

在成孔过程中不需泥浆护壁，而是钻头在慢速旋挖过程中自造的泥浆对孔壁起到一定稳定作用。在旋挖钻进过程中，钻头往返于孔底与地表之间，所形成的孔壁比较粗糙。钻孔灌注桩的桩土之间的咬合作用较强，能较好地反映出混凝土桩体与土质孔壁之间的相互

摩擦作用效应。

2.2.2场地布置原则

根据设计要求合理布置施工场地。先平整场地、清除杂物、换除软土并夯打密实。之后测量人员将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案。规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离，以免影响孔壁稳定。

施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物即可。场地位于浅水时，采用筑捣后在顶面安装钻孔机，筑捣顶面高出施工水位lm左右。钻孔机底盘应置于坚实的夯填土上，以免发生不均匀沉陷。钻孔机的安放位置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。

2.2.3桩位放样

桩位放样，按“从整体到局部的原则”进行。进行钻孔的高程放样时，应及时对放样的结果进行校核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差控制在规范要求的精度内。桩位放样确定后，利用所放桩位采用十字线放出四个控制桩，并以四个控制桩为基准埋设护筒。

2.2.4埋设钢护筒

在准确放样的前提下埋设护筒，埋设护筒的方法和要求，应符合JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》的规定。如果钻孔是在陆地上进行，则一般采用挖坑法，比较简单易行。

钢护筒埋设工作是旋挖钻孔机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密，不透水。埋设钢护筒时应通过定位的控制桩放样，把钻孔机钻孔的位置标于坑底。再把钢护筒吊放进坑内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻孔机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒竖直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的薪土，要分层夯实，达到最佳密实度，以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落。如果护筒底土层不是粘性土，应挖深或换土，在坑底回填夯实30~50cm厚度的粘土后，再安放护筒，以免护筒底口处渗漏塌方，夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒上口应绑扎方木对称吊紧，防止下窜。

2.2.5钢护筒的制作及埋设的原则

长度4m以内的钢护筒，采用厚4~6mm的钢板制作。长度大于4m的钢护筒，采用厚6~8mm钢板制作。钢护筒埋置较深时，采用多节钢护筒连接使用，连接形式采用焊接，焊接时保证接头圆顺，同时满足刚度、强度及防漏的要求。钢护筒的内径应大于钻头直径，具体尺寸按设计要求选用。

钢护筒埋设深度应满足设计及规范要求。若桩孔在河流中，应将钢护筒埋置至较坚硬密实的土层中深0.5m以上。钢护筒顶高出施工水位或地下水位1.5~2.0m，并高出施工地面0.3m，护筒顶端预留200×200mm的出浆口。钢护筒埋设前，先准确测量放样，保证钢护筒顶面位置偏差不大于5cm。埋设中保证钢护筒斜度不大于1%。埋设钢护筒前，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，提出钻斗且用钻斗将钢护筒压入到预定位置，用粗颗粒土回填护筒外侧周围，回填密实。

2.2.6钻孔机就位

就位时，底座必须保持平稳，不发生倾斜移位，（如果地表较松软，可在钻机行走履带下铺设10mm厚钢板或用碎石碾压密实）定位误差不大于20mm。垂直度采用钻机自身的垂直检测装置控制，并辅以人工量测倾斜度。立好钻架并调整好起吊系统，将钻头吊起，徐徐放进护筒内。启动卷扬机把钻盘吊起，垫方木于转盘底座下面，将钻机调平并对准钻孔。然后装上转盘，要求转盘中心同钻架上的起吊滑轮在同一铅垂线上，钻杆位置偏差不得大于2cm。在钻进过程中要经常检查转盘，如有倾斜或位移，应及时纠正。使用带有变速器的钻机时，要把变速器放平。安装在变速器板上的电动机轴心应和变速器被动轴的轴心在同一水平线上。在方钻杆上端安装提引水龙头，在水龙头上端连接输浆胶管，将输浆胶管接到泥浆泵上，把提引水龙头吊环挂到起吊系统的滑轮吊钩上。取走转盘中心的方形套，启动卷扬机吊起方钻杆穿过转盘并牢固地联结到钻头，装好方形套夹住方钻杆，准备钻进。

2.2.7钻孔施工

钻孔机成孔一般为清水施工工艺，无需泥浆护壁。若有地下水分布，且孔壁不稳定，可向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁，以下是旋挖钻机钻孔施工的基本操作：

(1)开机。清水施工时，将钥匙开关打到电源档，旋挖钻机的显示器显示旋挖钻机标记画面，按任意键进入工作画面。先进行旋挖钻机的钻桅起立桅及调垂，即首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示桅杆工作画面。

(2)钻机桅杆起立。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的X轴、Y轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将桅杆从运输状态位置起升到工作状态位置。在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立桅控制，实现桅杆平稳同步起立桅。同时采集限位开关信号，对起

立桅过程中钻桅左右倾斜角度进行保护。

(3)钻机桅杆定位设置。在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，一般情况下，做直孔作业，需要对桅杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在桅杆相对零位±50范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而桅杆超出相对零位±50范围时，只能通过显示器上的点动按钮或左操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的桅杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使桅杆最终达到作业成孔的设定位置。在施工过程中，有时也需要斜孔作业。操作人员需要通过显示器上的自动定位按钮进行自设定零位，然后再进行相同的调垂操作。

(4)钻进。清水施工钻孔时通过显示器按钮直接进入主工作界面，然后进行钻孔作业。钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置。此时，显示器显示钻孔当前位置的条形柱和数字，操作人员可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。在作业过程中，操作人员可通过主界面的3个虚拟仪表的显示——动力头压力，加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。

旋转开孔，以钻头自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被旋转挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到弃渣车的位置，将钻渣装入弃渣车。完毕后，通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。旋转开孔后，以钻头自重并加压作为钻进动力。当钻斗被旋转挤压充满钻渣后，将其提出地表，装入弃渣车，同时观察监视并记录钻孔地质状况。

2.2.8地质情况记录

旋挖钻孔机钻进施工时及时填写《占孔记录表》，主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度及孔底标高。《钻孔记录表》由专人负责填写，交接班时应有交接记录。根据旋挖钻机钻进速度的变化和土层取样认真做好地质情况记录，绘制孔桩地质剖面图。每处孔桩必须备有土层地质样品盒，在盒内标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间。旋挖钻孔机孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认，由设计单位确定是否进行变更设计。要及时清运孔口出渣，避免妨碍钻孔施工、污染环境；钻孔达到预定深度后，提起钻杆，测量孔深及沉淀厚度。

2.2.9成孔检查及清孔

成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。成孔检查方法根据孔径的情况来定，当钻孔为干孔时，可用重锤将孔内的虚土夯实，采用直接用测绳及测孔器检测。

清孔是钻孔灌注桩施工保证成桩质量的重要环节，通过清孔确保桩孔的质量，孔底沉淀厚度、泥浆比重、含砂率等符合桩孔质量要求。采用正循环回转钻进技术的清孔方法为：桩孔终孔后，将钻具提高20~50cm，采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆，并维持正循环30min以上，直至泥浆的比重、含砂率等指标符合设计和规范要求。清孔时成孔检查合格后，应及时灌注混凝土。

3结语

鉴于旋转钻孔桩在公路桥梁建设中的广泛应用，笔者吸取其他同行的一些经验以及自

己在钻孔灌注桩基学习中的一些体会给予总结，希望能给予同行一些启示和帮助，其中有些观点因施工环境的不同会有所片面，恳请读者批评指正。