全回转钻机在国内的发展与应用.ppt

徐州盾安重工机械制造有限公司总经理：陈建海,全回转钻机在国内的发展与应用,目录,一、全回转钻机简介及发展历程二、全套管施工在国内的应用三、全套管全回转钻机在国内的发展情况四、全套管全回转钻机工法及在国内的应用,全回转钻机在国内的发展与应用,一、全回转钻机简介及发展历程,全回转钻机全称全套管全回转钻机，和搓管机一样，都是使用套管钻进的设备，统称为全套管钻机。全套管钻机又称贝诺特钻机，它最初是由法国贝诺特公司于上世纪年代开发成功的。全套管冲抓斗钻孔机的工作装置由冲抓斗和全套管装置两部分组成。最初的全套管装置为摇动式，即利用两只摇动液压缸的伸缩使套管绕其中心以一定的角度往复转动，从而使套管最下端的切削齿剪切土壤，降低套管压人阻力；靠另外两只液压缸将套管压人或从土中拔出。随着桩基础施工的发展，桩的直径越来越大，施工效率和精度要求越来越高，摇动式套管装置因扭矩小、效率低，已不能满足施工的要求。,全回转钻机在国内的发展与应用,摇动式全套管钻机（搓管机）,全回转钻机在国内的发展与应用,一、全回转钻机简介及发展历程,全回转钻机是一种可以驱动套管做360度回转的全套管施工设备，是日本在20世纪80年代中期在摇动式搓管机的基础上开发的新型贝诺特施工设备。该设备的应用领域主要涉及城市地下障碍物（包括旧的混凝土预制桩、灌注桩、钢管桩、钢板桩等）的拔除和置换，城市和沿海地区软基或硬岩地区钻进成孔、复杂破碎的填石填海地层、沿海滩涂和地下水丰富的砂层、卵砾石地层的全套管成孔灌注桩施工。该工法技术灵活多样、机械化程度高，具有施工安全、可靠，成孔垂精度高、无泥浆污染等特点。在日本已经形成10003200mm的系列产品。,全回转钻机在国内的发展与应用,全回转钻机施工状态示意图,全回转钻机在国内的发展与应用,二、全套管工法在国内的应用,1994年国内某公司成功研制了国内首台全液压摇动全套管钻机（即搓管机），并投入使用，打破了全套管钻机国外垄断的格局。截至2014年，国内搓管机的生产厂家已有五家以上，产品规格已覆盖1.2m2.5m桩径，在软土层、杂填土等地层的施工中显露出优势，并在做软咬合桩上取得了国际领先的技术优势。但是搓管机由于结构特点，其在大直径深基础桩、清除地下障碍等领域无法满足施工要求。于是全套管全回转钻机（简称：全回转钻机）开始引入中国。,全回转钻机在国内的发展与应用,三、全回转钻机在国内的发展,国内自上世纪90年代开始引进全回转钻机用于桥梁和铁路建设。2004年上海隧道股份引进两台日本车辆RT260H全回转钻机用于地铁4号线坍塌事故的的工程修复，取得良好效果，是国内进行大型地下工程事故抢险的成功范例。目前国内2000年以后以新机状态从日本进口的各型号全回转钻机共6台，其中三台进行过回转支承等主要部件的大修或更换。国内以二手机形式进口过来的机器，能够使用的大约有20台，基本全是日本制造，生产日期最早可以追溯到上世纪80年代末期，属于典型的“文物级”设备，设备状态差，使用效率低，无奈当时中国不能生产。,全回转钻机在国内的发展与应用,三、全回转钻机在国内的发展,全回转钻机由于其结构庞大，控制系统复杂，国内主机厂商一直未有涉足制造，中国一直依赖进口设备，2010年，一台日本产2米型全回转钻机在国内的售价为千万元级，由于有如此高的身价，国内拥有该种设备数量又少且集中在个别施工公司，形成垄断效应，其出场费用也斐然，导致该种设备在国内主要以清除地下障碍物施工为主，而庞大的桩基础施工市场，一直难以承受其昂贵的施工费用，个别疑难工程因为只能使用该种设备，使工程造价直线上升。,全回转钻机在国内的发展与应用,进口二手设备,全回转钻机在国内的发展与应用,进口二手设备,全回转钻机在国内的发展与应用,三、全回转钻机在国内的发展,2010年，在江苏徐州，由盾安集团投资设立的徐州盾安重工机械制造有限公司，开始对全回转钻机进行深入研究并开始制造。2011年8月，真正意义上的国产第一台全回转钻机DTR1505在盾安重工下线并成功召开推广会，随着设备的国产化和施工工法研究的跟进，盾安重工全回转钻机开始深入到拔桩、清障、钢立柱插桩、咬合桩、钻孔灌注桩施工等各个基础施工领域。,全回转钻机在国内的发展与应用,全回转钻机在国内的发展与应用,三、全回转钻机在国内的发展,经过4年多的自主研发和创新，截止目前，盾安重工已经形成1.5米3.2米的全回转钻机的生产能力，成为国内规模最大、型号最全的全套管全回转钻机研发制造基地，并产品成功出口东南亚，参与国际市场竞争。目前国内涉足全回转钻机生产的厂家也由盾安重工一家发展到多家，这些厂家跟随盾安重工步伐，通过同国外企业合作或者自主研发，均已完成了一台样机的试制，随着技术水平的不断提高，国产全回转钻机取代进口设备指日可待。全套管施工配套的冲抓斗、套管、刀头等，均已实现国产化，基本满足了使用要求。,全回转钻机在国内的发展与应用,上图：全套管全回转钻机动力站,右图：全套管全回转钻机工作装置,全回转钻机在国内的发展与应用,盾安DTR2605H全套管全回转钻机在澳门筷子基工地施工中桩径2000mm，套管最大跟进深度102m,全回转钻机在国内的发展与应用,盾安DTR2605H全套管全回转钻机在成兰铁路太平站大桥工艺性试桩工地施工中，顺利完成深达116m的工艺性试桩,全回转钻机在国内的发展与应用,全套管钻机施工辅助用具：套管、刀头,全回转钻机在国内的发展与应用,全回转钻机在国内的发展与应用,全套管钻机施工辅助用具：冲击锤、冲抓斗等,三、全回转钻机在国内的发展,全回转施工优势：无噪音、无振动，安全性能高；不使用泥浆，作业面干净，可避免泥浆进入混凝土中的可能性，成桩质量高，有利于提高混凝土对钢筋的握裹力；施工钻机时可以很直观的判别地层及岩石特性；钻进速度快；,全回转钻机在国内的发展与应用,三、全回转钻机在国内的发展,全回转施工优势：钻进深度大，根据地层情况，最深可达到100米以上；成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精确到1/500；不易产生塌孔现象，成孔质量高；成孔直径标准，充盈系数小，于其它成孔方法相比，可节约大量的混凝土用量；清孔彻底，速度快，孔底钻渣可清至30mm左右。,全回转钻机在国内的发展与应用,四、全回转钻机在国内的应用及工法简介,一、咬合桩工法传统咬合桩是指采用机械钻孔，护壁，取土，现浇混凝土灌注成桩，桩与桩之间相互咬合(相交)排列的一种基坑围护结构形式。混凝土加入超缓凝剂延长A桩混凝土凝固时间，待B桩成桩后形成咬合。就目前技术条件而言，传统咬合桩是国内较成熟的施工工艺。硬法切割咬合桩即用全回转全套管钻机施工成桩的施工方法，即先施工两根钢筋混凝土桩（B桩）两侧的放置方笼（或无笼）的混凝土桩（A），待A桩混凝土达到一定强度后用全回转钻机按设计要求切割A桩成孔，然后下放钢筋笼浇灌混凝土形成咬合桩。,全回转钻机在国内的发展与应用,DTR系列钻机咬合桩工艺特点：（1）避免了采用超缓凝混凝土咬合桩工艺在完成切割咬合时，容易产生相邻孔混凝土管涌现象的发生而造成质量事故，同时由于采用了常规混凝土，降低了对混凝土的要求，节约了成本。（2）由于采用硬切割工艺，允许混凝土A桩强度正常发展，无需依赖缓凝剂控制混凝土强度，并且不会出现由于单桩成桩时间过长（超过超缓凝剂能够控制的混凝土凝结时间），A桩混凝土强度过高导致无法进行B桩咬合施工的弊病。（3）当遇到较坚硬的大面积地下障碍物时，全回转钻机成桩的过程中可以直接清除地下岩层及障碍物，达到一次成桩。,全回转钻机在国内的发展与应用,一、咬合桩工法,（4）全套管全回转钻机施工中本身具有止水护壁功能，无需另加护壁措施，是一种节能环保的是施工工艺。（5）根据抓斗取土深度，可确切分清土层，选择适宜的桩端持力层。（6）孔内所取泥土，含水量较低，方便外运，而且无泥浆污染环境的忧虑；施工现场整洁文明，市区内施工极为合适。（7）对沉降及变位容易控制，能够紧邻相近的建筑物、地下管线施工。（8）全回转的跟管钻进及其他掘进方法，有效的防止了孔内流沙、涌泥，并可进行嵌岩，保证了成桩质量。,全回转钻机在国内的发展与应用,一、咬合桩工法,（9）第二次施工的桩在已成的第一次两桩间实施切割咬合，全套管的护孔方式保证了桩间紧密咬合，桩砼凝成一体，形成良好的整体连续结构。（10）配筋率较低，这是因为钻孔咬合桩可以采用钢筋混凝土桩和素混凝土桩间隔布置的排列方式；（11）抗渗能力更强，这是因为钻孔咬合桩是连续施工的，桩间不存在施工缝，而地下连续墙分幅接头处的施工缝往往是防渗的薄弱环节；（12）施工灵活，这是因为钻孔咬合桩施工时可根据需要转折变线，更适合于施工一些平面多变的几何图形或呈各种弧形的基坑。,全回转钻机在国内的发展与应用,一、咬合桩工法,全回转钻机在国内的发展与应用,DTR钻机咬合桩施工工艺原理图,全回转钻机在国内的发展与应用,钻孔咬合桩施工示意图,应用实例：杭州高德施工现场，该工程是钱塘江边防水幕墙，咬合桩工法，平均桩深35米，桩径1米，单边咬合20厘米。,全回转钻机在国内的发展与应用,应用实例：厦门集美大桥下穿通道围护咬合桩,全回转钻机在国内的发展与应用,应用实例：厦门集美大桥下穿通道围护咬合桩,全回转钻机在国内的发展与应用,四、全回转钻机在国内的应用（二）,二、嵌岩灌注桩原理：利用DTR全套管全回转钻机的回转装置的回转使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，边回转边压入，同时利用冲抓斗、冲击锤挖掘取土，直至套管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并确认桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋笼放入，接着将导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。,全回转钻机在国内的发展与应用,全回转钻机在国内的发展与应用,嵌岩工艺原理,嵌岩工艺原理,冲击锤破碎,冲抓斗抓取,成孔结束，在进行混凝土灌注,抓斗取出的岩石，为灰岩，地勘、监理在判断岩样特性,全回转钻机在国内的发展与应用,施工案例：成兰铁路太平站大桥工艺性试桩盾安DTR2605H全套管全回转钻机顺利完成深达116m的工艺性试桩,全回转钻机在国内的发展与应用,全回转钻机在国内的发展与应用,施工案例：澳门筷子基项目DTR2605全回转钻机完成直径2米、102米深桩基施工,淮河二桥基础桩施工,贵阳沪昆线基础桩施工,全回转钻机在国内的发展与应用,施工案例：,三：无损拔桩及地下障碍物清除工法,在城市建设、桥梁改建时，可以直接清除钢筋混凝土桩、钢管桩、H钢桩、PC桩、木桩、孤石、局部岩层等障碍物，就地灌注基础桩或连续墙。,施工案例：中铁二局南京项目,全回转钻机在国内的发展与应用,整体起拔：采用DTR系列全回转设备拔桩，该设备是能够驱动钢套管做周回转以将钢套管压入和拔除的施工机械，该设备在作业时产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物的切削作用，将套管钻入地下至桩底部以下1m，然后利用液压起拔设备将桩拔除。最后向套管内回填水泥土，并在回填的同时逐节拔除钢套管。,上海船厂工地，徐州盾安重工150型全回转钻机一次性整体拔除28米灌注桩；,全回转钻机在国内的发展与应用,拔桩方法,整体起拔：采用DTR系列全回转设备拔桩，该设备是能够驱动钢套管做周回转以将钢套管压入和拔除的施工机械，该设备在作业时产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动，利用管口的高强刀头对土体、岩层及钢筋混凝土等障碍物的切削作用，将套管钻入地下至桩底部以下1m，然后利用液压起拔设备将桩拔除。最后向套管内回填水泥土，并在回填的同时逐节拔除钢套管。,上海船厂工地，徐州盾安重工150型全回转钻机一次性整体拔除28米灌注桩；,全回转钻机在国内的发展与应用,拔桩方法,分段清除：原理是利用DTR系列全回转设备产生的下压力和扭矩，驱动钢套管转动将套管钻入地下，这种方法是套管完全套住桩体进行切削作业，利用套管内壁和桩体间的摩擦力把桩体扭断，或用楔形锤沿着套管内壁锤击，使锤头嵌入桩体及套管间，回转作业使桩体扭断，断后的桩体用冲抓斗或吊车捆扎取出，依次作业，直至整根桩清除。套管回转切削，将旧桩周围的土体及障碍物切削后实施土体分离减摩，在拔除旧桩时只需考虑桩的自重无需再考虑桩周围的摩阻力。,全回转钻机在国内的发展与应用,拔桩方法,上海世博中心30米灌注桩拔除,广州地铁拔桩施工,全回转钻机在国内的发展与应用,施工案例：,全回转钻机在国内的发展与应用,拔桩质量控制要点：,1、测量施工质量控制：括孔位、钢套管、钻机垂直度。2、成孔施工质量控制：包括成孔垂直度、孔径、孔深等。3、回填施工质量控制：包括回填土含水量、水泥含量等。,注意事项：1、全套管跟进，对周围土体没有影响；2、严格控制清桩深度，清桩要彻底，残留混凝土块及钢筋要抓取干净；3、拔桩作业完成后应及时回填，填充材料采用含7%水泥的水泥土进行回填。回填结束后再对原孔位进行分层注浆施工，注浆压力0.4mpa，水灰比1.0。,四、特殊环境下、无扰动环保型全套管灌注桩施工,北京良乡高速公路良乡政府门前段此项目是在地铁轻轨桥梁下施工，桥梁高度为13米，桩离桥梁立柱最近距离为3米，桩深35米，直径1.2米，施工时地铁集团安全人员每天都要到现场检测是否对原有的桩基造成影响，施工过程中未发现异常，足以证明全回转钻机机器施工无振动，对周围土层无任何扰动，是目前世界上高效安全的成桩设备。,全回转钻机在国内的发展与应用,北京市大兴区生物医药基地东配套6号及7号0505-053、0505-062地块住宅混合公建用地项目,简称大兴龙湖项目，施工现场紧邻地铁大兴线生物基地站，距车站仅2米，土质粘泥流沙较大，桩深35米左右。发包单位，中建三局建设工程股份有限公司,全回转钻机在国内的发展与应用,五、盖挖逆作施工-钢立柱插入施工钢立柱插入施工工艺实在逆作法施工中基础桩基与钢立柱连接的施工方法（俗称一桩一柱）。,盖挖逆作法用途：多用在深层开挖、软弱地层开挖、靠近建筑物施工等情况下的地铁站施工。该工法在地下建筑结构施工时以结构本身既做挡土墙又作内支撑，不架设临时支撑。施工顺序和顺作法相反，从上往下依次开挖和构筑结构本体。,全回转钻机在国内的发展与应用,盖挖逆作法的优点：结构本身用来作为支撑，具有相当高的刚度，使挡墙的应力、变形减小、提高了工程的安全性，能有效控制周围土体的变形和地表的沉降，减小了对周边环境的影响。适用于任何不规则形状的平面或大平面的地下工程。可以早期展开地上结构的施工。同时进行进行地上和地下结构的施工，缩短了工程的施工总工期。不必另外架设开挖工作平台，大大削减支撑和工作平台等大型临时设施，减少费用。由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递给地基，减少了大开挖的时卸载对持力层的影响，减小了基坑内地基回弹量。,全回转钻机在国内的发展与应用,全回转钻机在国内的发展与应用,全回转钻机在国