旋挖钻在钻孔灌注桩施工中的应用

旋挖钻在钻孔灌注桩施工中的应用

陈伟翔

陈伟翔（宁夏路桥工程股份有限公司路面工程公司）

摘要：旋挖钻在公路工程施工中具有钻进工艺先进，钻进速度较快，适应地质构造范围较广的特点。本文主要介绍旋挖钻的钻进成孔施工工艺及其在钻孔灌注桩中的应用

关键词：旋挖钻钻孔灌注桩施工应用

0引言

近年来，旋挖钻在公路工程施工中日渐普及，因其钻进工艺先进，钻进速度较快，适应地质构造范围较广而受到公路工程施工单位的普遍欢迎。现就旋挖钻在钻孔灌注桩施工中的应用做一介绍。

1旋挖钻的基本组成

旋挖钻主要使用组合式钻杆，组合式钻杆是近年来出现的一种机锁杆和摩擦杆组合在一起的钻杆。该钻杆在孔深0～30米范围可钻较硬地层，在孔深30～60米范围可用于软地层钻孔施工，该钻杆特别适用于上硬下软较深桩孔的钻孔施工。

2旋挖钻进成孔工艺

钻进成孔：旋挖成孔首先是动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入钻斗内，然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

成孔前必须检查钻头保径装置，钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换。

旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证了成孔的垂直度。

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。

3旋挖钻在钻孔灌注桩中的应用

3.1基本要求

根据设计要求合理布置施工场地，必须落实四通一平，即路、水、电和通信通；先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员，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；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安置钻机，筑岛顶面高出施工水位1.0m左右；钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷；钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。

3.2桩位放样

按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。

3.3钻机就位

钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。保证桩位附近平整，把钻机开到桩位旁，螺旋钻头的尖端正对桩位标注点。

钻机停位回转中心距孔位在3～4.5m之间。在允许的情况下，变幅油缸尽可能将桅杆缩回，这样可以减小钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响。检查在回转半径是否有障碍物影响回转。

3.4埋设钢护筒

3.4.1基本要求

在准确放样的前提下埋设护筒，应符合埋设护筒的方法和要求，如果钻孔是在陆地上进行的，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，把钻机钻孔的位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内，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，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒垂直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，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，在孔底回填夯实300-500mm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。护筒上口应绑扎木方对称吊紧，防止下窜。

3.4.2特殊要求

在易缩径的淤泥质粘土和易垮孔的松散杂填土地层和沙层以及严重透水地层必须使用长护筒或全护筒护壁，下护筒的方式有两种：振动锤下护筒和动力头驱动器下护筒。

3.5泥浆制备

3.5.1旋挖钻机优点

与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机具有成孔速度快的特点，其工艺优点为：①孔壁不易产生泥皮。因为在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦。②在孔壁上形成较明显的螺旋线。

这两点有助于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。

3.5.2缺点

因为不易形成泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。

3.5.3泥浆护壁特点

在钻孔灌注桩的施工过程中，为了防止坍孔，稳定孔内水位及便于挟带钻碴，通常采用澎润土制备成泥浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力，以确保孔壁的稳定，所以泥浆的比重在起到保持这种压力差方面具有关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用；如果泥浆的比重过大，则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难，使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用，其指标的选取是非常重要的。就要求在实际工程的施工中，根据工程地质具体情况，合理地控制不同土层中泥浆的指标。

3.6钻头的类型及应用

3.6.1钻头的类型

旋挖钻头实际上就是一个盛土的筒式容器，只是在斗的下侧焊接切削土壤的刀片或刃口。随着旋挖钻进工艺的推广应用，在遇到沙层、硬岩基层、卵砾石层等各种复杂地层时，不采取特别的措施，旋挖钻机的应用也受到了一定限制。因此，在施工中应根据不同地质情况，选用合适的钻头和施工工法，这样即可以提高施工效率，节约生产成本，而且在环保、能源消耗、孔内事故等等方面能收到异想不到的效果。

钻头的类型很多，常用的分为两大类：

回转钻头：a单底土斗b双底捞砂斗

嵌岩钻头：a短螺旋钻头b嵌岩筒钻c牙轮钻头

3.6.2钻头的应用

一般要求：钻具应有一定的刚度，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。施工前，了解施工地质情况选用合理的钻具。在一般地层情况下可选用摩擦钻杆和回转钻头。在岩层施工时可配用短螺旋钻头、回转斗，嵌岩钻头等各种规格的钻头。

回转钻头，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。嵌岩螺旋钻头，适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层。岩心回转斗，适用于风化岩层及有裂纹的岩石。钻头规格由用户据实际工程的情况选购选配。

钻斗的斗齿前角选取:

旋挖钻机工作时的压力、扭矩传递为：

压力：动力头油缸—动力头—钻杆—钻头—切削刃；

扭矩：动力头马达—动力头转盘—钻杆—钻头—切削岩土。

从整个旋挖钻机工作过程来看，钻机的动力能多少转变为施工所需的压力和扭矩的输出效率问题，对每台钻机来说，出厂时就已经确定下来，而钻机工作过程中的压力和扭矩的输出效率则取决与钻杆和钻头，钻斗的关键参数是斗齿刃前角。

对于相同的地层使用同一钻进扭矩，不同的斗齿刃前角度，钻进效率不同。因此，只有选择合适的刃前角，才能提高进尺效率。经过大量的试验：对于硬度较小的第四地层、强风化层和少冰冻土层，比钻较松软的地层时斗齿刃前角应稍大些，选取45°～65°为宜；钻比较硬的地层时斗齿刃前角应稍小些，选取25°～45°为宜。

4结束语

旋挖钻机作为基础工程机械中的新型机种，经过几年的推广应用，目前已被大量应用于公路工程桩基工程之中。由于其高效、节能、低噪声、低污染、地层适应性较广等优点、受到越来越多的施工单位的青睐。