旋挖钻机的施工工艺控制及应用.pdf

公路 交通技术2 0 0 8 年 1 0月 第 5期t e c h n o l o g y o f h i g h w a y a n d t r a n s p o r t o c t 2 0 0 8 n o 5 旋挖钻机的施工工艺控制及应用 窦春风 ， 杨国俊 ， 童金槽 ( 1 江苏省交通技师学院， 江苏 镇江2 1 2 0 0 6 ； 2 江苏省交通工程集团有限公司， 江苏 镇江2 1 2 0 0 3 ) 摘要： 旋挖钻机是 目前国内钻孔灌注桩工程施工中广泛使用的钻孔机械 ， 具有高效、 高质、 节能、 环保、 低成本、 适 应地层较广泛等优点。介绍旋挖钻机的工作原理及施工工艺， 并对旋挖钻机施工中的质量控制及应用进行分析。 关键词： 旋挖钻机； 工作原理； 质量控制； 应用分析 文章编号： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 0 8 ) 0 5 一 o o 9 6 0 3 中图分类号： u 4 4 5 3 文献标识码： b co n s t r u c t i o n pr o c e s s co n t r o l a n d ap p l ic a t io n o f ro t a r y dr i l li n g ma c h i n e d o u c h u n f e n g 。 ， y a n g g u o j u n ， t o n g j i n c a o 旋挖钻机是一种专门的灌注桩成孔作业施工 机械， 广泛用于市政建设、 公路和铁路桥梁、 高层建 筑等基础施工 ， 配合不 同的钻头， 适应于各种地质的 成孔作业。近年来， 旋挖钻机作为钻孔灌注桩施工 中一种较为先进 的施工机械 ， 因其适应桩径范 围广 、 桩位定位准确 、 成孑 l 质量好 、 自动化程度高 、 移动灵 活方便等优点， 特别是其具有高环保性和工作效率， 在城市高层建筑基础及高速公路桥梁桩基施工中， 显示出明显的优越性 。 1 工艺原理 旋挖钻机成孔施工法， 又称钻斗施工 法。成孔 原理是在一个可 闭合开启的钻斗底部及侧边 ， 镶焊 切削刀具 ， 借助动力头的转动带动钻杆旋转 ， 在伸缩 钻杆旋转驱动下 ， 利用钻杆和钻具重量( 有时还需用 加压油缸加压) ， 使钻具钻齿切人地层中， 并旋转切 削挖掘土层， 同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗 内， 装满后将其提出孔外卸土， 如此循环形成桩孔。 该机械适用于填土层 、 粘土层 、 粉土层 、 淤泥层 、 砂土 层以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、 碎石的地 层 。 2 旋挖施工 2 1 施工流程 见图 1 。 2 2 施工准备 2 2 1 场地平整 平整场地 ， 清除杂物 ， 换填软土 ， 夯压密实， 钻机 收稿 日期 ： 2 0 0 80 32 1 作者简介 ： 窦春风 ( 1 9 7 1 一) ， 女， 江苏省金坛市人 ， 本科 ， 讲师 图 1 旋挖钻机施工流程 底座不宜直接置于不坚实的填土上。为防止孔 口周 围土体承载过大而产生塌孔 ， 应在钻机处铺设行车 道板 。 2 2 2 护筒埋设 根据全站仪放样后 的桩位点设置护筒 ， 护筒位 置应埋设正确、 稳定， 护筒中心和桩位中心偏差、 倾 斜度的偏差及护简 的埋设深度应满足 公路桥涵施 工技术规范 ( 脚 0 4 1 2 o o o ) 要求。 护筒就位后 ， 在护筒外侧回填粘土夯实 ， 并在 四 周叠放灌土草袋保护， 以防孔口坍塌。埋人后的护 筒顶面应高出地面 1 0 m左右。 2 2 3 钻机就位 旋挖钻机底盘为伸缩式 自动整平装置 ， 在操作 室内有仪表准确显示 电子读数 ， 当钻 头对准桩位中 心十字线时， 各项数据即可锁定， 勿需再作调整。钻 机就位后钻头中心和桩 中心应对正准确 ， 误差控制 在 公路桥涵施工技术规范 ( 删 041 2 0 0 0 ) 规定的 2 0 0 8年第 5 期 窦春风 ， 等： 旋挖钻机 的施工工艺控制及应用 9 7 允许范围内。 2 2 4 泥浆 由于旋 挖钻机采取 直接式机械取 土的施工工 艺 ， 钻挖过程 中泥浆不携带泥渣循环 ， 仅需不断补充 泥浆以置换挖取的土层， 同时起到保护孔壁的作用。 因此在泥浆池边配置 1台容积不小于 1 m 3的泥浆 搅拌桶 适 时拌 制新 浆 ， 且 泥浆 系统 只需就 近开挖 1 个泥浆池 ， 容量不 少于 23倍钻 孔体积 ( 可根 据 现场施工组织确定 ) 。 泥浆指标应达到优质泥浆的要求， 具体泥浆指 标控制如下 ： 比重 1 0 51 1 5 g e r n 3 ， 粘度 1 8 2 0 s ， 含砂量 小 于 4 ， 胶 体率 不 小 于 9 5 ， p h值 大 于 6 5。 2 3 旋挖成孔 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 ， 不断取土卸土， 直至钻至设计深度。在钻 进过程中， 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。 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 2 方面来保证 钻杆的垂直度 ， 从而保证成孔的垂直度。 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 ， 应减速慢进 ； 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 。 2 4 成孔及清孔 当旋挖至离桩底设计标高约2 3 m时， 技术人 员要及时验孔 ， 孔深控制 以测绳测出的周边 四点平 均值为准。在旋挖至设计标高后， 实施第 1 次掏渣 清孔 ， 使沉淀层厚度在规范之内。终孔后 ， 检测泥浆 各项指标 ， 及时下放钢筋笼 、 导管 。在浇筑水下混凝 土前再次测量孔底沉淀层厚度 ， 如达不到设计要求 值， 应进行第 2 次清孔， 符合要求后方可进行水下混 凝土的浇筑。 2 5 钢筋笼安放 钢筋笼制作应符合设计要求 ， 作为隐蔽 工程进 行验收后方能下放 。钢筋笼采用 吊车安放 ， 下放 时 应保证钢筋笼顺直 ， 严禁摆动碰撞孔壁 。 2 6 水下混凝土施工 水下混凝土浇筑按照规范要求施工， 但在混凝 土浇筑过程中要做好泥浆的回收工作， 确保泥浆不 外流， 减少泥浆损失 。 3 质量控制 3 1 桩位放样 准确放样各桩点的位置并使其误差在规范要求 内。 3 2 成孔 根据不同层次的土质结构， 选择不同的转盘转 速和进尺进行控制。 3 3 泥浆护壁 在钻进过程中保持一定的静水水头压力， 尽量 利用地层粘土 自然造浆。不能满足要求时应选择造 浆能力强 、 粘 度大 的粘性土进 行造浆 ， 或加 入添加 剂， 以提高泥浆稠度， 确保钻进过程不塌孔、 不缩孔。 施工中根据 出渣情况判 断土层结构， 及时合理地调 整泥浆性能指标 ， 遇松散地层时适当增大泥浆相对 密度和粘度 ， 同时调整转速 、 钻压。 3 4 清孔 桩孔终孔后将钻具提高 2 0 5 0 e m ， 采用大泵量 泵人性能指标符合要求的新泥浆并维持正循环 3 0 m i n以上， 直到清除孔底沉渣且泥浆含砂量小于 4 为 1 i- _ 。 4 应用分析 4 1 旋挖钻机施工优点 1 ) 钻机整体置于可自动行走的履带式底盘上， 机动性大 ， 移位迅速 ， 独立作业性高， 施工移运中无 需 吊装 ， 能适应恶劣地形 ， 一切吊装作业可由本机卷 扬设备处理。 2 )钻机行走 、 移动全部 由自带的柴油发动机输 出动力完成， 无需现场提供大功率电源， 节约大量的 配电增容费用 。 3 ) 成孑 l 垂直度高。钻机底盘可伸缩并可自动整 平， 钻塔垂直度及钻孔深度均有仪表显示， 因此钻进 时非常稳定， 能有效保证钻孑 l 垂直度， 提高钻孔质量。 4 ) 成孔速度快。旋挖钻机 的钻杆为抽拉式与 钻头相连 ， 在油缸的加压下经过提升快速回转倒土 ， 大大提高了钻孔效率。一般成孔时间为 3 5 h l, 。 但在施工中， 应充分考虑相关的配套工作， 如钢筋笼 安放、 水下混凝土浇筑等。若配套工作不到位， 将无 公路交通技术 2 0 0 8年 法发挥旋挖钻机成孑 l 快的优点。 易产生护筒沉降， 孔口塌陷。 5 )地质适应性强。钻头与钻杆 的连接用 钢销 5 )护孔率大。由于钻头与钻杆 为销结 ， 钻杆为 固定， 钻头拆卸简便， 对于不同地层可迅速更换钻 抽拉式， 各部分的间隙较多， 造成钻头摆动较大， 成 头。钻头主要有 3种 ， 即短螺旋钻头 、 挖泥钻头 、 挖 孑 l 扩孔率 比其他类型钻机大 ， 一般为 1 1 1 1 3 。同 砂钻头。 时泥浆的护壁效果不好 ， 也是造成扩孔率大的一个 6 )可提高灌注桩的承载力。因旋挖钻机在 成 原因。 孔过程中， 仅要静压泥浆护壁 ， 所使用的泥浆在孔壁 不形成厚 的泥皮。此外 ， 钻头多次上下往返 ， 使孔壁 5 结束语 粗糙， 提高了桩的侧摩阻力。另外， 旋挖钻头可形成 旋挖钻机具有优异性能和特点， 给施工单位带 平底钻孔， 有利于桩端阻力的发挥。 来巨大的经济和社会效益， 且其施工方法具有施工 7 ) 有利于环境保护。旋挖钻机在施工过程中， 质量可靠、 成孑 l 效率高、 环保的优点。由于旋挖钻机 噪音低， 震动小， 泥浆用量少。该机仅用泥浆护壁， 所形成的孔壁较粗糙， 故可增加桩侧摩阻力， 提高桩 不用泥浆排渣， 故钻渣流动性小， 可进行集中堆放或 基承载力。尽管旋挖钻机投资较大， 但适应性强， 最 用翻斗车外运。 终的综合效益还是远大于其它钻机， 因此旋挖钻机 4 2 旋挖钻机施工缺点 成孔是一种值得推广的施工工艺。 1 )地基要求高 。由于旋挖 钻机 自重在 6 0 t 以 上， 虽然采用了宽履带行走 ， 但在江淮地 区多雨时期 参 考 文 献 稻田中施工 ， 依然有一定 的行走困难 ， 需铺设一定 的 1 北京市三一重机有限公司 q s y 1 1 2 0 0 1 2 0 0 7 旋挖 辅助路基板 。 钻机施工工法通用规程 s 北京： 北京市三一重机有 2 )泥浆护壁效果差。特别是在不 良地层 中， 容 眼公_ j ， 2 0 0 7 易产生局部塌孔和扩孔。 2 郭玉文 旋挖钻机在北京城市铁路高架桥桩基施工中 一 銮 变 垩 篙 与 发 肋 度 应 始 终 保 证 液 面 在 护 筒 底 面 以 上 ，否 则 将 造 成 孔 口 ： ： 一 塌陷， 影响成孔质量。由于旋挖钻头操作动作频繁， 4 陶 坤 旋挖钻机在桩基础施工中的应用与分析 j 且瞬间需浆多， 实际施工中很难做到及时补浆。 探矿工程 ，2 o o r 7 ( 2 ) ： 3 73 9 4 )由于旋挖钻机在钻进过程 中需 反复提升钻 5 雷涛 旋挖钻机在高架桥桩基工程中的应用 j 浙 杆 ， 如提钻速度过快会在钻头下部产生一个负压 ， 形 江水利科技， 2 0 0 2 ( 2 ) ： 5 5 5 6 成活塞式的抽 吸作 用。在 软塑状粘 土层 中形成 缩 6 刘伟 旋挖钻机的发展及应用 j 建筑机械化， 径 ， 在砂层中形成扩孔 。当砂层在护筒底部时 ， 则更 2 o o 4 ( 1 1 ) ： 1 6 1 8 ( 上接第 8 8页) 裂缝 。因此 ， 严格按照 国家有关规范和技术标 准进 4 交通部公路科学研究所 j 1 f 8 0 1 2 0 0 4 公路工程 行设计、 施工和监理， 是保证结构安全耐用的前提和 质量检验评定标准 s 北京： 人民交 通出 版社， 2 0 0 4 基础 。在运营管理过程中， 进一步加强巡查和管理 ， 5 冯乃谦 商品混凝土在施工应用中的开裂与对策 j 及时发现和处理问题 ， 也是相 当重要的。 混凝土， 2 0 0 0 ( 9 ) ： 3 6 ， 1 3 6 林建宁， 等 泵送混凝土施工裂缝的成因与防止 j 参 考 文 献 混凝土， 2 0 0 0 ( 5 ) ： 1 5 1 9 1 交通部