旋挖钻机施工工艺及控制

1、旋挖钻机施工工艺及控制2009-03-03 14:33一 前言随着高速公路迅速发展，钻孔灌注桩运用在公路桥梁基础工程中日益增加，在大中桥梁中运用显得愈来愈重要，同时也促进了桥梁钻孔灌注桩施工技术快速发展。近几年来，旋挖钻机是钻孔灌注桩施工中一种较先进施工方法，该施工方法主要特点是施工效率高，适用于工期要求紧工程项目。在成章互通主线跨省道239桥桩基施工中发挥了充分作用，同时使现场技术人员掌握了新技术，加块了施工进度，确保了工程质量。二 工程概况成章互通主线跨省道239桥位于常州市武进区嘉泽镇成章南，桥梁角度90，桥梁全长。基础采用钻孔灌注桩，桩径分别为、，桩长45m、47m、50m、不等，数量

2、为124根。地基岩土主要以可塑或硬塑状中偏低压缩性粘土、亚粘土、中间夹有中密密实状态粉砂层及中密密实状态亚砂土层为主。三 设备特点用于桩基施工旋挖钻机是东明TRM140型，其最大扭矩140KN.m，最大旋挖速度6-23rpm，发动机功率192KW，最大桩径1500mm。适用于粘性土、粉质土、砂土等土层施工，该钻机通过钻斗旋转、削土、提升、卸土，反复循环而成孔，并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准确、工作效率高、噪音小、环保特点。四 工程施工（一） 施工方案确定根据该桥址处地质情况、施工工期要求紧、施工场地受到限制、环保等因素，易选用旋挖钻机成孔。（二） 施工准备施工图纸会审，测量放样，施

3、工场地平整，机械设备、材料进场。组织施工人员对施工现场进行深入调查和研究，收集及施工相关资料，采用合理施工组织方法，使桩基施工保持连续、均衡、有节奏地进行。机械设备投入旋挖钻机2台（东明TRM140型），配备泥浆泵，1625T汽车吊2台等设备。（三）施工工艺1. 机械就位、护筒埋设施工场地平整处理，保证旋挖钻机底座场地应平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生沉陷。桩位确定后，利用十字线放出四个控制桩位，并以四个控制桩为基准进行埋设护筒。护筒埋设：护筒由厚度46mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大100150mm，护筒至少高出地面30cm。以防止杂物、泥水流入孔内。旋挖钻机在埋设护筒时，应由人工进行

4、辅助配合，护筒埋设利用旋挖机钻斗挤压作用做相应调整。2. 泥浆调制因钻机施工中泥浆可以防止孔壁坍塌、抑制地下水、悬浮钻渣等作用，为此泥浆是保证孔壁稳定重要因素。由于地基岩土中又夹有粉砂土层、亚砂层，地面水位较高特点，调制出良好泥浆各项性能指标尤为重要。泥浆相对密度：1.021.10，粘度：1822s，砂率4，泥皮厚度：2mm，PH值：大于7。施工过程中随时检测清孔后灌注砼时泥浆各项性能指标，确保泥浆对孔壁撑护作用，避免发生施工事故。3. 钻孔施工旋挖钻机采用筒式钻斗。钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显

5、示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部，保证孔壁稳定性。通过钻斗旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。如下图所示。4. 改善钻斗护壁能力旋挖钻机施工初期，提升料筒时，发现提升力显著增大，有孔壁颈缩现象。经过详细分析，由于筒式钻斗完全无护壁作用，在提升钻斗时，其下部产生较大负压力作用，致使产生“吸钻”现象，从而造成孔壁颈缩现象。因此，必须对筒式钻斗进行改进。在筒壁上加焊4块双曲面护壁钢板（或增设导流槽），两两对称布置，为防止升降时碰怀孔壁，钻头旋转时双曲面护壁钢板直径小于孔径2cm。由施工现场实践得知，改善后钻斗在提升过程

6、中液压系统压力显著减小，钻孔颈缩现象得到改善。5. 控制钻斗钻进、提升速度(1) 旋挖钻机钻机过程中应严格控制钻进速度，避免钻进尺度较大，造成埋钻事故。(2) 若钻机升降钻斗时速度过快，钻斗外壁和孔壁之间泥浆冲刷孔壁，再加上钻斗下部产生较大负压作用，造成孔壁颈缩、坍塌现象。所以钻斗提升时应严格控制其速度，经现场实践得知，钻斗升降速度保持在0.75/s。当钻斗粉砂层或亚砂土层时，其升降速度应更加缓慢。五 钻进施工时出现卡埋钻控制措施卡埋钻是旋挖钻机最易发生施工事故，因此，施工过程中应采取积极主动措施加以预防。当钻机施工时出现卡埋钻现象时，采取切实可行措施及时进行处理施工事故。处理卡埋钻方法如下：

7、(1) 直接起吊法：采用吊车直接向上起吊即可。(2) 钻斗周围疏通法：即用水下切割或反循环等方法，清理钻筒周围沉渣，然后起吊即可。六 施工注意事项(1) 由于钻机设备较重，施工场地必须平整、宽敞，并有一定硬度，避免钻机发生沉陷。(2) 钻机施工中检查钻斗，发现侧齿磨怀，钻斗封闭不严时必须及时整修。(3) 泥浆初次注入时，垂直向桩孔中间进行入浆，避免泥浆沿着护筒壁冲刷其底部，致使护筒底部土质松散。(4) 因粘土层中钻进过深易造成颈缩现象，在钻机施工时应严格一次钻进深度。(5) 钢筋笼或探孔器向孔内放置时，应由吊车吊起，将其垂直、稳定放入孔内，避免碰坏孔壁，使孔壁坍塌，在砼浇筑时出现废桩事故。(6

8、) 根据不同地质情况，必须检测清孔后灌注砼时泥浆性能指标，确保泥浆对孔壁撑护作用。(7) 其他施工工艺事项，应严格按照桥涵施工技术规范和标准进行施工。七 旋挖钻机TRM140型成孔优点(1) 因该钻机操作由全液压系统控制，能保证桩基垂直度、孔位、孔深、沉淀厚度等各项指标全部达到施工规范要求。(2) 该钻机适用不同地质情况，成孔效率高，约6h左右即可成孔，1天成孔3-4个，是该桥回旋钻机成孔5-6倍，因此使用于工期要求紧工程项目。(3) 孔壁稳定性好，成孔后清孔彻底，施工进度快。(4) 施工噪音低，不污染环境，使用于环境保护要求高施工地区。八 结束语通过本次施工，旋挖钻机施工方法具有施工质量可靠

9、、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保优点。由于旋挖钻机所形成孔壁较粗糙，增加了桩侧摩阻力，克服了回旋钻机桩侧摩阻力低，以及孔底沉渣多，泥浆管理差缺点。尽管旋挖钻机投资较高，但适应性强，最终经济效益综合指标还是远大于回旋钻机，可见旋挖钻机是一种理想施工工艺。旋挖钻机施工工艺探讨近年来，随着国家重点工程对桩孔质量、成孔速度及施工环保等要求不断提高，一些中小型旋挖钻机已悄然兴起，越来越受到施工者关注。旋挖钻机成桩亦称回转斗成桩、取土成桩，英文称“EarthDrill”，在覆盖层施工具有成孔质量好、速度快，无噪音、无污染或小污染等优势，对于干硬性粘土，可不用静态泥浆稳定液护壁，一般覆盖层，采用泥浆

10、护壁。由于中国地域广阔，地质条件较为复杂，旋挖钻机施工中成孔工艺制定要有针对性，以防止发生埋钻、坍塌等施工事故，避免造成损失。本文结合呼和浩特市金山开发区金山电厂烟囱桩基工程成孔施工案例，就旋挖钻机成孔过程中如何避免坍塌、埋钻等事故谈谈施工经验，以供广大施工者参考借鉴。一、工程概况 金山电厂位于呼市金山开发区，总桩量2180根，桩型灌注桩，桩径800毫米，桩深36米。沼泽地区，2米左右为少量建筑垃圾回填层，25米为粘土层，513米为亚粘土层，1315米为沙层，1529米为亚粘土层，2934米为沙层，3436米为粘土层。二、成孔工艺 采用旋挖钻机取土成孔，成桩工艺：定桩位埋护筒注泥浆钻进取土一次

11、清孔放钢筋笼插入导管二次清孔砼灌注拔出护筒。施工中最大难题：钻孔作业至513米为亚粘土层时，桩孔缩径现象严重及成桩过程中孔坍塌，湖北某基础公司钻进10根桩，竟有6根坍塌，损失巨大。经研究发现除操作手在控制钻进尺度及回转斗提升速度等方面显得经验不足外，最大影响在于静态泥浆配比、钻具结构及护筒埋护不合理，易造成护壁泥皮过薄、钻具下方负压过高及孔口渗透，从而引起坍塌事故。三、静态泥浆配比 旋挖取土成孔中，静态泥浆作为成孔过程稳定液，主要作用是护壁，可在孔壁处形成一薄层泥皮，使水无法从内向外或从外向内渗透。针对金山电厂地质情况，加强泥浆技术，重新调整泥浆配比，控制泥浆比重，提高泥粉质量，增加粘性及润滑

12、感，适当添加处理剂，增强絮凝能力，确保护壁泥皮厚度及强度。泥浆配比成份具体如下：静态泥浆主要材料配比表材料名称 成分配比 主要使用上手水 100 静态泥浆主体膨润土 以蒙特土为主 粘土矿物 静态泥浆主要材料， 便于形成泥皮，增强润滑感纯碱 5% 处理剂，提高泥粉质 量，增加相对密度C.M.C羟甲基纤维素钠盐 0.3 处理剂，提高泥粉 量，增加粘性，增加泥皮强度渗水防止剂 纸浆、棉子、锯屑适量 防止渗水初次注入泥浆，尽量竖直向下冲击在桩孔中间，避免泥浆沿护筒侧壁下流冲塌护筒根部，造成护筒根部基土松软，正式钻进前，再倒入23袋膨润土，启动钻机高速甩土功能，进行充分搅拌，提高膨润土含量，增大护筒底部

13、同基土结合处护壁泥皮厚度，防止钻进过程孔口渗漏坍塌。在成孔过程中，确保泥浆高于地下水位2m，以有利于孔壁稳定。四、护筒埋护 针对现场地质情况，专门定制高4米、厚10毫米、直径1.2米护筒。护筒内径尺寸较大，能贮存足够泥浆，在钻杆提出桩孔时，可确保护筒内水压，维护孔壁泥皮稳定。同时单边铡隙达到200毫米，可有效避免回转斗升降过程碰撞、刮拉护筒，保护孔口稳固。钻进过程，操作手凭经验目测对孔定位，工作强度加大，易于疲劳，且精度低，容易造成孔偏差及砼超方。东明公司钻机具有快速回转自动定位功能，每个工作循环均能精确对孔定位，即降低了操作手劳动强度，同时能保证成孔质量，有效解决了大护筒带来负面影响。 特制

14、4米超高护筒，可以埋至粘土层以下500毫米，能有效防止孔口渗漏坍塌及周围环境振动、冲击对桩孔影响。护筒埋设传统方法：先用800毫米回转斗钻至护筒深度，侧壁安装边刀扩至护筒外径尺寸，副卷吊起，放入护筒，校正，层层填埋夯实。因本次选用护筒较长，且单边侧隙较大，采用传统方法，劳动强度大，效率低，耗时长，埋设护筒通常需要34小时，几乎占到总成孔时间一半。东明公司根据现场施工情况，有针对性研发一种超长护筒专用驱动器，固定在动力头下端承撞体上，通过销轴，将护筒直接安装在驱动器上，利用动力头边旋转边加压功能，将护筒压至规定埋设位置，再取土成孔。采用该方法，可有效提高护筒跟土壤结合度，增强抗外界振动、冲击能力

15、，在注浆或提升回转斗时有效防止渗水、漏浆现象发生，降低孔口坍塌概率。同时节约了时间，提高了效率，降低了强度，经现场测试表明，采用驱动器方式，埋设护筒仅耗时0.5小时。护筒离地应控制在150300毫米，除保护孔口防止坍塌外，还用以防止表面水或地面漏浆、杂物等滑落孔中。五、回转斗结构 施工初期，有设备租赁公司采用自制双门底开式回转斗，圆柱型盛料桶，侧壁无泥浆导流槽，底盘无侧齿，使用中发现液压系统压力偏高，回转斗提升力明显增大，且桩径缩孔现象较为严重。经东明公司技术人员分析，主要原因在于回转斗结构不合理，提升回转斗时下方产生较大负压，从而导致提升阻力增大及孔壁收缩、坍塌。通过改进，将回转斗盛料桶改为

16、圆锥式，侧壁加焊导流槽，以有利于在桩孔内导向及泥浆导流，减小桩孔内负压。同时底盘加焊侧齿，适当控制回转斗及刀尖间距离，防止回转斗升降旋转时碰坏孔壁。现场表明，改进后回转斗在提升过程，液压系统压力明显降低，桩身缩孔、坍塌现象有所缓减，具有良好使用效果。六、钻机钻进控制 钻进过程，回转斗底盘斗门必须保证处于关闭状态，以防止回转斗内砂土或粘土落入护壁泥浆中，破坏泥浆配比；每个工作循环严格控制钻进尺度，避免埋钻事故；同时应适当控制回转斗提升速度，施工实践表明，800毫米桩径，升降速度宜保持在0.750.85m/s，提升速度过快，泥浆在回转斗及孔壁之间高速流过，冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁稳定不利，容易引

17、起坍塌。七、影响坍塌其它因素 桩孔完成以后，清孔、下放钢筋笼、砼灌注等工序中均应规范操作，避免成孔坍塌。如钢筋笼下放过程，应吊车吊起、坚直、稳步放入孔内，避免碰撞孔壁，以造成泥皮或孔壁破坏，从而引起灌注过程，桩孔坍塌及出现断桩、废桩等事故。八、施工总结 施工中影响桩孔坍塌因素很多，最重要一点，就是如何因地制宜，有效针对不同地质情况，制定相应施工工艺，以确保钻进成孔顺利进行，避免施工事故发生。旋挖工艺近二十多年来，国家实行改革开放政策，快速地推动了经济发展和社会进步，发展基础设施是社会生产和强国富民基本物质条件，也是众多发达国家必行之路，由此可见基础设施对国家发展，经济，民众生活起着举足轻重作用

18、。在众多基础工程中,旋挖钻机以其优越性能、方便安全.节能环保等特点，在基础设施领域广泛应用。在国外旋挖钻机已有半个多世纪发展历程，而我国近年来才得以研发及生产。由于旋挖钻机扭矩大，轴向压力大，适合我国众多地区施工，为祖国基础建设做出不可磨灭丰功伟绩。但是钻机施工于隐蔽工程，施工工艺又随地质情况而变化，正确地使用钻机并能提高施工效率及质量，降低消耗和杜绝隐患，下面将从旋挖钻机施工工艺入手，详细分析。旋挖工艺分为四部分组成地质、钻斗、泥浆和操作。一地质由于钻机施工及地质变化密切相关，所以了解并认识地质尤为重要。地质种类繁多，对于钻机施工而言不必分得过于详细，旋挖钻机扭矩大，轴向压力大，地质细微变化

19、是可以忽略不计，针对钻机施工可把地质分为以下几部分1泥层泥层还有软泥和硬胶泥区分等等一般分布在湖、塘、沟、谷、河漫滩等，由于软泥含水量较高，细腻柔滑，具有高压缩性和低承载力，钻进时阻力小负荷轻，钻进平稳等特点；但由于软泥较软，孔内十迷以上泥浆压力较轻，钻进时会出现缩孔现象，以及钻进时负荷轻等原因，钻进时注意钻进深度！ 硬胶泥密度适中，钻进时钻机会有一定负荷，硬胶泥对泥浆质量要求不高，是一种比较常见较好钻进地质，钻进时注意钻进深度即可，多钻会导致钻斗斗底不能关闭，掉下渣土会引起打滑现象。2土层土层有黄土和粉质土等等 黄土是最常见地质之一，也是最受施工欢迎地质之一，如无地下水位可干钻，也可用清水钻

20、进，钻进平稳，进尺快，无塌方无沉渣是它特点。 粉质土是由土和沙组成，对泥浆要求一般，稳定性较好，钻进时侧阻力较高，钻进时加水或泥浆会起到一定润滑效果，从而减少阻力。3沙层可分为中沙.粗沙和细沙，沙层对泥浆要求较高，由于沙层摩擦系数高，所以在钻进沙层时阻力较大。4 卵石层石头被河水冲刷以及相互磨擦、碰撞，便形成了卵石。卵石形态及饿蛋相似，俗称鹅卵石。卵石层以它直径.密度及卵石层厚度来区分，其中直径较大卵石，钻进时需用特殊钻具钻进；卵石层中卵石密度决定其硬度，密度越高卵石层越较难钻入！卵石层厚度也很关键，当然厚度越薄越好。由于卵石层中卵石排列无规则，大小不一，造成断面凹凸不平，钻进时斗齿受力不均匀

21、，震动大，反作用力强容易断齿及憋住等特点。5岩层沙岩，中风化等沙岩属沉积岩，具有抗蚀性，承载能力强,，呈棕红色，另一方面，由于它具有坚硬物质特性，所以较难钻进；在太阳辐射、气温、水、植物等对岩石破坏作用叫做风化岩。由于沙岩和中风化岩层具有较强胶结性，对泥浆质量要求不高，成孔后无塌方迹象，钻进负荷重等特点！如果钻具有缺陷或操作不当较难钻进。6特殊地质 施工过程中会遇见较为特殊地质，给施工带来困难，特殊地质包括水位承压桩和瞬间漏浆桩。水位承压桩是地下水位及地势较高水位相连，水位高低落差而形成压强。漏水桩长见于卵石层，又无其它物质搀杂卵石层内会形成大小不一间隙，在钻到该地层时，由于间隙过大泥浆无法及

22、时护壁，在泥浆压力作用下会出现快速漏浆现象。二钻斗 钻头是旋挖钻机所用钻具，钻具有缺陷，即使具有优越性能钻机也发挥不出作用，直接影响效益，增加部件磨损及各项消耗，从而提高生产成本。1 钻具作用在施工过程中，由于地质多样化，满足钻机施工要求，所配带钻具也是多样性，钻具作用可分为概括旋挖切削并把渣土取出容器。我国旋挖行业使用钻具比较特殊，80钻机都使用一种钻具捞沙斗，下面分析钻斗。2钻斗阻力 钻斗主要作用是旋挖钻进，所以钻进时钻斗所受到阻力倍受关注，直接影响整体效益及钻机负荷，如何减少各种阻力，成为钻斗核心技术！旋挖钻进时负荷主要来源于三处既旋挖切削地质斗齿正阻力，钻斗钻筒及外侧地质摩擦侧阻力，钻

23、斗筒体钻进渣土自重，以及渣土及钻斗筒壁内侧摩擦内阻力。3正阻力 正阻力是旋挖切削地质时斗齿所受到阻力，也是主要负荷来源，减少正阻力可使用以下办法，1改变斗齿长度。把斗齿长短有序分开，钻进时内齿最长首先接触到地质，由于内齿力臂最短，因此所受阻力最小，很容易切削破碎，随着加压钻进齿尖逐渐延长，较长斗齿随之跟进钻进，这样就把钻进阻力分开钻进，达到阻力小，进尺快目。2齿座位置很重要，齿座及齿座之间都保留了一定间隙，目是左右两组斗齿间隙互补，所谓犬牙交错，钻进时钻斗360度回转一周，把所有地质都能切削钻入。所以确保斗齿之间间隙，也就直接保证最小化使用斗齿数量和未被切削遗留下地质所产托底现象。3钻斗斗底中

24、心三角尖长度不能超出内齿齿长度，宽度保持十五公分以内。4侧阻力 侧阻力主要来源于钻斗钻筒及外侧摩擦产生阻力。减少钻筒外侧摩擦，第一注意是钻斗两侧边齿直径要大于钻斗直径十公分左右，2旋挖钻进时，钻斗两侧会遗留下渣土及筒壁摩擦，解决这一现象可把钻筒下部开启半扇形泄荷槽，在泄荷槽边侧加上边刀，这样就可把遗留下渣土在边刀作用下，通过泄荷槽进入钻斗，达到减少侧阻力目。5内阻力 内阻力主要来源于钻入钻斗内渣土及钻筒内壁产生摩擦，以及渣土自身重力，这两种力直接影响斗底进渣口处阻力，随着钻斗内渣土增多，斗底进渣口阻力也随之升高，所以进渣口开启越大其推力就越大。6桩径及阻力关系1阻力臂:驱动钻斗回转扭矩是由中心

25、输出，而随钻斗作业半径增加，阻力臂也随之增长，因此钻斗半径越小，阻力就越小，也就越容易钻进。接触面积:随钻斗半径增长，接触面积就越大加压阻力大7卡钻 卡钻顾名思义就是把钻斗卡住现象。卡钻现象分于两种原因第一种原因是钻斗形状导致。首先没有按照地质需求制作出相对泥浆，孔内出现掉土或塌方现象，钻斗形状呈锥型，掉下石块渣土进入钻筒外侧后越夹越紧，最后被卡住。第二种原因是由于钻斗老化没有及时维修，或者钻入震动较大地质时，钻斗斗底被震开而卡钻，无论那种原因卡钻都有办法解决，不要硬钻硬提！三泥浆 泥浆作用是满足施工需求。泥浆质量取决于地质情况，如果地质情况较好可干成孔，那就无须制作泥浆。如果地质较为复杂，需

26、泥浆作用协助施工，泥浆作用大致可概括成四点1压强 泥浆或水都具有重量，因此在内部就存在由本身重量而引起压强，这种压强对孔壁及孔底都会起到压力作用，压强及泥浆比重也有关。桩基础越深则压强也越大，由此可见桩底部压力最强，它及桩径大小，容积以及底面积大小无关。通过定律验证:深度每增加十米，压力增加98千帕。通过上述论点可指出在钻进中简单地质水位较低时，孔内十米以下压强基本建立，一般不会出现塌方现象，这既是压强作用。2护壁 由于钻机施工时遇到地质多样化，孔内十米以上泥浆压力较轻，特别是护筒部分压强极小，为了保护孔壁不致坍塌及施工质量.这时泥浆护壁及其重要。泥浆护壁原理是当泥浆达到一定粘度时，泥浆具有一

27、定粘滞性，在泥浆压力作用下，泥浆粘贴在孔壁并不至脱落，护壁层厚度取决泥浆粘度。3悬浮 旋挖切削过程中及提钻会在泥浆中产生悬浮物，停钻或成孔后泥悬浮杂质会漫漫沉落至孔底，影响施工质量。一般制作泥浆所用原材料是膨润土，如果泥浆达到一定粘度时，膨润土在水中呈胶体悬浮状，这时泥浆液具有一定粘滞性和润滑性，可以把细小物质掺合并粘结，起到悬浮或降低沉落速度作用。4润滑 前面已讲到，泥浆具有润滑性，这种润滑对旋挖钻进极其重要，特别是减少侧阻力和内阻力有及其显著效果，无论任何地质，钻进时泥浆都具有减阻作用。 (5)浮力 液体比重越大浮力越大，因此泥浆可以降低主卷提钻阻力。 (6)降温 选用凯式钻杆入岩时，钻斗

28、截齿及岩石摩擦会产生高温，泥浆能起到降温保护截齿作用5钻孔液 特点经济方便，对PH值有要求，比重及水相同。作用是通过在水中加入其产品，能快速地把调制出一定粘度液体。钻孔液没有护壁层，主要是利用粘度和压强来保护支撑孔壁。缺点是因没有护壁层，易出现渗浆.漏浆现象。四操作 旋挖钻机施工于隐蔽工程，及地质变化密切相关，所以操作钻机需一定技术经验。司机经验和技能，决策着钻机生产效益及安全，前面所讲方面最后都是为操作而准备，所以操作部分非常重要！操作可注意以下几部分 基本要素分四个部分组成即望闻切1基本要素 望观察。操作时近70信息来源于视觉，通过仔细观察可以提高效益并预防隐患。通过目测可以检查各个部位，

29、旋挖钻进时除了观察仪表显示参数，特别需要关注旋挖钻进时承受负荷较重部位如主卷钢丝绳，钻杆，危险部位包括也可观察取出渣土来分析地质情况及变化趋势，以及泥浆质量，观察钻杆回转受阻及振动判断地质情况等等闻仔细地挺。首先通过听可辨别出是否有异常运转发出声音，通过听动力头受阻后所发出声音来辨别地质情况，以及主卷提升或下放时，随着负载变化，减速机发出声音也随之变化，下钻或提钻时，听每节钻杆放完或收回所发出钻杆撞击声响，可以预防带杆等等 切;凭振动。地质情况变化钻机产生震动和阻力也不同，机手可通过身体来感觉震动大小阻力情况得知地质情况，而及时改变加压方式和输出扭矩，钻进深度等2操作及地质 操作及地质有着密切

30、关系，第一时间得知地质变化情况，这及钻机效率有直接关系，每种地质钻入方法存在一定差异如如果任何地质操作方法都是一个套路，不但影响生产效益，事故发生概率也随之增高，地质及操作关系如下阻力较小地质如泥层“以刚克柔”，利用钻机大扭矩，重加压力快速钻进；磨阻力较强地质如沙层“刚柔并进”，沙层阻力较高，钻机需大扭矩输出钻进，但不能蛮钻，钻机负荷升高时提升加压油缸来轻阻力；反作用较强地质如卵石层“以柔克刚”，由于卵石层特殊性，钻输出加压力和扭矩及所受到震动和反作用力成正比，所以不能硬钻以免部件受损并影响生产；坚硬密实地质如沙岩“以刚克刚”由于地质坚硬，密度较高！在保证钻斗和操作无缺陷下，只能以钻机输出大扭

31、矩和重压力来钻入地质，克服旋挖切削阻力。3操作总结 在操作钻机时避免出现巨大惯性，学习泄力技巧，通过控制流量，压力输出，结合不同地质更换不同操作方式，实现保护机械并高效率地施工生产。三一企业标准：旋挖钻机施工工法通用规程2008/5/13/10:55来源：中国桩工机械网20070118发布 -20070228实施 北京市三一重机有限公司发布 目录 前言 序言 1范围1 2规范性引用文件1 3背景1 4施工资料准备1 5研究工程地质情况1 6施工机械及设备2 7场地布置、桩孔位置确定3 8泥浆制备4 9钻头类型及应用5 10旋挖钻机钻杆结构及正确应用6 11旋挖钻进成孔工艺9 12旋挖钻机气举反

32、循环全断面破岩成孔10 13附则12 前言 本标准是为了合理规范旋挖钻机施工工艺而制订标准。 本标准附页一和附页二、三是资料性附录。 本标准由北京市三一重机有限公司提出并归口。 本标准由北京市三一重机有限公司负责解释。 本标准由北京市三一重机有限公司、中国地质大学(北京)负责起草。 本标准是第1次制订。 本标准版权属于北京市三一重机有限公司所有，其他单位不经允许不得翻印或复制。 本标准主要起草人：黎中银12夏柏如1邵良清2王宏伟2。注 1中国地质大学（北京），2北京市三一重机有限公司。旋挖钻机施工工法通用规程序言近年来，随着旋挖钻机在各类工程应用中不断普及，旋挖钻机数量及生产厂家也呈快速递增趋

33、势，这对促进基础工程机械行业技术进步、缓解工程需求和装备供给之间矛盾，无疑是件令人欣慰事。但是，在我国，无论是旋挖钻机制造者还是使用者，其实践时间仍然很短，经验及其积累仍然有限。同时，随着用户群逐步扩大，新入者也不断增加，这就迫切需要制定和出台相应专门施工规程，来指导和规范旋挖钻机施工各个环节。而制订国家或行业标准，需要大量工程数据作为支撑，也就需要较长时间考证。这在客观上造成了施工规范上滞后现象。 可喜是，北京市三一重机有限公司作为一家旋挖钻机制造企业，却始终将施工工法等工程方面研究和实践放在企业业务重要位置，并因此而取得了良好业绩。这本旋挖钻机施工工法通用规程比起专业标准规范，也许还存在这

34、样或那样不足和缺陷，但是它肯定能够帮助旋挖钻机广大用户，尤其是新进入者，在施工方法上找到比较正确和有效途径。 这也是一个良好开端，希望在旋挖钻机等基础工程机械领域，加强工程设计、施工及设备等行业之间及企业间交流及互动，共同促进基础工程及其装备技术进步。 中国工程机械工业协会副秘书长 陆学文 2007年1月旋挖钻机施工工法通用规程 1范围 本标准规定了旋挖钻机施工工艺规范。 本标准适用于北京市三一重机生产旋挖钻机。其他公司生产同类机器可参照执行本标准。 2规范性引用文件 下列文件中条款通过本标准引用而成为本标准条款。凡是注日期引用文件，其随后所有修改单（不包括勘误内容）或修订版均不适用于本标准，

35、然而，鼓励根据本标准达成协议各方研究是否可使用这些文件最新版本。凡是不注日期引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T1.1-2000标准化工作导则第1部分:标准结构和编写规则 GB/T5005-2001钻井液材料规范 3背景 旋挖钻机作为基础工程机械中新型机种，经过几年推广应用，目前已被大量应用于公路及铁路、桥梁、水利工程、城市建筑工程等桩基工程之中。由于其高效、节能、低噪声、低污染、地层适应性较广等优点、受到越来越多施工单位青睐。但是由于至今尚未颁布国家或行业旋挖钻机施工工艺规范，对于新进入该施工行业业主，在工程实践中往往遭遇很多困扰。北京市三一重机有限公司作为国内旋挖钻机龙头企业，在开

36、发制造和销售大量产品同时，致力于走产学研相结合道路，及国内外地质施工专家进行旋挖钻工法及施工工艺研究和实践。本通用规程就是这些探索总结，希望能对施工界带来一些有益帮助。 4施工资料准备 4.1开工前应有相关部门提供该工程地质勘察报告、水文地质资料、桩基工程施工图及图纸会审资料。 4.2施工现场环境和邻近区域内地下管线（管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑物、精密仪器车间等调查资料。 4.3主要施工机械及其配套设备技术性能资料，所需材料检验和配合比试验，对所需材料必需作材料物理性能试验，并委托有资质试验室根据所用原材料作好混凝土配合比试验。 4.4有效桩基工程施工组织设计或施工方案，有关载荷、施工

37、工艺试验参考资料。 5研究工程地质情况 5.1必要性 做好全面施工准备，施工前对工程地质、水文情况进行研究是必需。这对以后施工组织安排和效益预测等有相当帮助。 5.2对工程地质可钻性分析 工程地质可钻性分为土壤可钻性分析及入岩可钻性分析两个方面。 土壤可钻性分析,包括地质硬度小于5MPa以下工程地质情况，其分析时应了解相关参数一般为水文地质结构参数等土性指标。此时土壤可钻性主要表现为土壤颗粒脆性断裂可切削能力，所使用斗齿必须是具有锋快楔入能力线式刃口刀具。 入岩可钻性分析，应考虑岩石成因和种类，岩石颗粒大小和形状、岩石构造及裂隙发育情况，胶结性质及胶结形式等等。一般应了解岩石压入硬度、研磨性、

38、弹塑性三个方面指标。此时，岩石可钻性主要表现为岩石颗粒可剪切断裂破碎能力。 .1岩石破碎典型方式有两种：脆性剪切碎岩和动载冲击碎岩。 .2脆性剪切碎岩广泛使用于岩石裂隙发育充分地质情况，其机理是在岩石颗粒边界处利用两向力即加压力和扭矩或多维应力共同作用产生搓碾剪切从而导致岩石破碎一种准静载破岩方式。常用碎岩工具应具有点式或圆球形切削刃面。例如装有子弹头短螺旋钻头，嵌岩筒钻等等都是较常用有效工具。 .3动载冲击碎岩是利用冲击器冲击能来加速岩石颗粒边界处裂隙发育和增大岩石脆性从而实现快速断裂碎岩一种方式。相对其它碎岩方式来说，具有单位体积比能耗小，破岩效率高优势。常用方式有振动锤、振动镐、冲击锤，

39、落锤、牙轮钻头、爆破器、射流冲击器等。 例如，气举反循环全断面破岩成孔工法兼具脆性剪切破岩和动载冲击碎岩一些基本特征，详情见后述章节。 5.3编制施工作业指导书 目 编制施工作业指导书目是为了制订施工时护壁稳定、提高作业效率及降低工程成本最优方案，一般应从硬件配置和参数设计两个方面来考虑。 硬件配置 针对不同地质情况，应该对钻杆、钻具、斗齿、护筒、泥浆、清孔工具、监理检测等施工机械及设备进行选择和优化。一般来说，一台钻机至少要配置机锁钻杆和摩擦钻杆各一只且配备若干数量钻具、斗齿、护筒等等。 参数设计 针对不同地质情况和施工设备，优化考虑施工方式、钻进参数、质量控制措施等等。如是否采用接力钻削，

40、土壤切削、岩石钻削时加压方式，钻进扭矩，钻头转速，进尺速度，监理检测质量控制指标等等。详情见后述章节。 6施工机械及设备 6.1特殊要求 旋挖钻机、起重机、电焊机、泥浆泵、测量仪器（如全站仪、水准仪）等机械设备须有出厂合格证。 6.2中小型等机具要求 起重机：机体安装坚实平稳，各类离合器、制动器、钢丝绳、防护罩必须安全、可靠有效；操作手应持证上岗。 手持电动工具：必须单独安装漏电保护器；防护罩安全有效；外壳必须有接地或接零；橡皮线不准破损。 电焊机：有可靠防雨措施；有良好接地或接零保护；一、二次线接线处应有齐全防护罩；二次线应使用线鼻子；配线不许乱搭、乱拉，焊把绝缘良好；焊工持证上岗。 气瓶：

41、各类气瓶有明显色标和防震圈，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；操作人员必须持证上岗。 泥浆泵三台：3千瓦一台，也可选用潜水泵；7.5千瓦一台；12.5千瓦一台。水管及泥浆管根据现场所需购置，管径根据每台泵出水口配置。7场地布置、桩孔位置确定 7.1基本原则 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，使便道及钻孔位置保持一定距离；以免影响孔壁

42、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左右；钻机底盘不宜直接置于不坚实填土上，以免产生不均匀沉陷；钻机安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运方便。 7.2桩位放样 按“从整体到局部原则”进行桩基位置放样，进行钻孔标高放样时，应及时对放样标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点位置，使其误差在规范要求内。 7.3钻机就位 钻机就位时，要事先检查钻机性能状态是否良好。保证钻机工作正常。保证桩位附近平整，把钻机开到桩位旁，螺旋钻头尖端正对桩位标注点。 钻机停位回转中心距孔位在3之间。在允许情况下，变幅

43、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影响。检查在回转半径是否有障碍物影响回转。 7.4埋设钢护筒 基本要求 在准确放样前提下埋设护筒，应符合埋设护筒方法和要求，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机施工开端，钢护筒平面位置及垂直度应准确，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控制桩放样，把钻机钻孔位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心及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

44、填最佳含水量粘土，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。 特殊要求 在易缩径淤泥质粘土和易垮孔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，下护筒方式有两种：振动锤下护筒和动力头驱动器下护筒。 .1振动锤下护筒：用汽车吊或履带吊吊挂电动或液压振动锤夹持护筒，通过高频振动使护筒周边沙土液化，在护筒重力作用下使护筒插入土层。该方法优点是下放和起拔护筒速度快，在成孔时可用

45、干式成孔法或天然水，降低造浆成本。但在埋设开始时需注意调整护筒垂直度。 .2动力头驱动器下护筒：利用动力头反正转搓动和加压油缸加压使护筒切入土中。操作方便，并能确保护筒埋置夯实性，缩短挖坑埋置时间，提高成孔效率。 8泥浆制备 8.1旋挖钻机特点 优点 及传统正反循环钻机相比，旋挖钻机具有成孔速度快特点，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刮擦。 （2）在孔壁上形成较明显螺旋线。 这两点有助于增加桩摩阻力，提高桩质量。 缺点 因为不易形成泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。 8.2泥浆护壁特点 在钻孔灌注桩施工过程中,为了防止坍孔,稳定孔内水位及便于挟带钻碴

46、,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及地下水之间压力差来控制水压力,以确保孔壁稳定,所以泥浆比重在起到保持这种压力差方面具有关键作用。如果钻孔中泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌作用;如果泥浆比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆作用,其指标选取是非常重要。就要求在实际工程施工中,根据工程地质具体情况,合理地控制不同土层中泥浆指标。 稳定液原材料 稳定液应具有良好物理性能、流变性能和稳定性能。主要指标为密度、粘度、PH值、含砂量等。其中膨润土质量标准参见钻井液材料规范GB/T5005-2001。泥浆用粘土应

47、选择粘粒含量大于50%，塑性指标大于20，含砂量小于5%，二氧化硅及三氧化二铝含量比值为3-4倍粘土为宜。稳定液主要材料见表1。 表1 稳定液主要材料表材料名称 成分 主要使用目 水 H 2 O 稳定液主体 膨润土或粘土 以蒙特土为主粘土矿物 稳定液主要材料 重晶石 硫酸钡 增加稳定液相对密度 CNC 羧甲基纤维素钠盐 增加粘性、防止孔壁剥落 腐殖酸族分解剂 硝基腐殖酸钠盐 控制稳定液变质及改善已变质稳定液 木质素族分解剂 铬铁木质素磺胺酸钠盐（ FCL ） 碱类 Na 2 CO 3 及 NaHCO 3 渗水防止剂 废纸浆、棉子、锯末等 防止渗水 稳定液配合比应按地基土性状、钻机和工程条件来定

48、。一般100L水需加8kg膨润土，对于粘性土层，膨润土可降低到34kg。由于情况各异，稳定液性能指标和配合比，必须根据地层特性、造孔方法、泥浆用途而有所变化（表2）。表2 稳定液主要性能指标项 目 指 标 膨润土最低浓度 8% 泥浆最小粘度（ 500/500ml ） 25s 失水率限度（ 0.3N/mm 2 ）每 30min 20ml PH 值最高限度 11.0 稳定液粘度选取 钻斗钻成孔法为了防止孔壁坍塌，所用稳定液必要粘度参考值如表3。 表3 钻斗钻成孔法稳定液必要粘度参考值土质 必要粘度（ s ）（ 500/500cc ） 土质 必要粘度（ s ）（ 500/500cc ） 砂质淤泥 2

49、0-23 砂（ N 20 ） 23-25 砂（ N 10 ) 45 混杂粘土砂砾 25-35 砂（ 10 N 20 ) 25-45 砂砾 45 9钻头类型及应用 9.1钻头类型 旋挖钻头实际上就是一个盛土筒式容器，只是在斗下侧焊接切削土壤刀片或刃口。随着旋挖钻进工艺推广应用，在遇到沙层、硬岩基层、卵砾石层等各种复杂地层时，不采取特别措施，旋挖钻机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效果。 钻头类型很多，常用分为两大类： (1)回转钻头:a单底土斗b双底捞砂斗 (

50、2)嵌岩钻头:a短螺旋钻头b嵌岩筒钻c牙轮钻头 9.2钻头应用 一般要求 钻具应有一定刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃，钻具安装应符合生产厂家标准。施工前，了解施工地质情况选用合理钻具。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钻头。 回转钻头，适用于地下水位以上粘性土、粉土、填土、中等密实以上砂土、风化岩层。嵌岩螺旋钻头，适用于碎石土、中等硬度岩石及风化岩层。岩心回转斗，适用于风化岩层及有裂纹岩石。钻头规格由用户据实际工程情况选购选配。 钻斗斗齿前角选取 旋挖钻机工作时压力、扭矩传递为： 压力：动力头油缸动力头钻杆钻头切削刃

51、； 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，钻机动力能多少转变为施工所需压力和扭矩输出效率问题，对每台钻机来说，出厂时就已经确定下来，而钻机工作过程中压力和扭矩输出效率则取决及钻杆和钻头，钻斗关键参数是斗齿刃前角。 对于相同地层使用同一钻进扭矩，不同斗齿刃前角度，钻进效率不同。因此，只有选择合适刃前角，才能提高进尺效率。经过大量试验：对于硬度较小第四地层、强风化层和少冰冻土层，比钻较松软地层时斗齿刃前角应稍大些，选取4565为宜；钻比较硬地层时斗齿刃前角应稍小些，选取2545为宜。10旋挖钻机钻杆结构及正确应用 10.1地质硬度分类 选用钻杆时，首先要考虑因素

52、是地质情况（地层硬度），一般进行松软地层钻进时，依靠钻杆和钻具自重即可满足进尺加压力要求，此时选用摩擦式钻杆即可。对于入岩钻进则应考虑具有强行加压功能机锁式钻杆。地层硬度由软到硬排列如下： 1.淤泥层；2.泥土、（泥）砂层；3.卵（漂）石层；4.强风化岩层；5.中风化岩层；6.弱风化岩层；7.微风化岩层；8.基岩层。 10.2钻杆类型 根据钻孔时采用钻进加压方式不同，钻杆分为三种类型：摩擦加压式钻杆（简称：摩擦杆）、机锁加压式钻杆（简称：机锁杆，又称：凯式钻杆）和组合加压式钻杆（简称：组合杆）。 摩擦式钻杆（见图1）一般用于较软地层钻孔施工，可钻进淤泥层、泥土、（泥）砂层、卵（漂）石层。摩擦式钻杆一般制成5节，14节杆每节钢管长13米。钻孔深度可达60米左右。 图1摩擦式钻杆点击此处查看全部新闻图片1、扁头 2、一杆挡环 3、第一节钻杆 4、第二节钻杆 5、第三节钻杆 6、第四节钻