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概述

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。旋挖钻机采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测、调整、孔深数码显示等。旋挖钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业。旋挖钻机还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多功能特点，其施工效率高，是市政建设、铁路、公路桥梁、地下连续墙、水利、防渗护坡等理想的基础施工设备。旋挖钻机适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、沙土层以及短螺旋不能钻进的含有部分卵石、碎石的地层。采用岩心钻头，还可嵌入岩层。

一、旋挖钻机国内的现状

目前国内已开发旋挖钻机的主要企业见表１：

表１：国内已开发旋挖钻机的主要企业

序号 企业
生产型号与特点 适用范围
1 徐工集团公司

ＲＤ１８ 动力头扭矩： １８０ｋＮ•ｍ 成桩直径：１５００ｍｍ－２０００ｍｍ
钻进深度：６０ｍ
2 三一

ＳＹＲ２００，动力头扭矩：２００ｋＮ•ｍ。 成桩直径：２０００ｍｍ
钻进深度：６０ｍ
3 北京经纬巨力工程机械有限公司

ＺＹ－１２０，ＺＹ－２００动力头扭矩：１２０ｋＮ•ｍ，２００ｋＮ•ｍ 成桩直径：１５００－２０００ｍｍ
钻进深度：４０－６０ｍ
4 河北石家庄煤矿机械公司
ＸＺ－２０，动力头扭矩：２００ｋＮ•ｍ。 成桩直径：２０００ｍｍ
钻进深度：６０ｍ
5 内蒙古工程机械有限公司
ＺＹ－２００，动力头扭矩：２００ｋＮ•ｍ。 成桩直径：２０００ｍｍ
钻进深度：６０ｍ
6 连云港黄海机械厂

ＧＺＸ－１２，动力头扭矩：１２０ｋＮ•ｍ。 成桩直径：１５００ｍｍ
钻进深度：４０ｍ
7 兰州建筑通用机械总厂
ＺＹ－１５０，ＺＹ－２２０，动力头扭矩：１５０ｋＮ•ｍ，２２０ｋＮ•ｍ 成桩直径：１５００－２０００ｍｍ
钻进深度：４０－６０ｍ
8 郑州市金牛集团郑州堪察机械有限公司。
ＫＵＩ ５００，动力头扭矩：１５０ｋＮ•ｍ。 成桩直径：１５００ｍｍ
钻进深度：４０ｍ
9 北方重汽
ＺＹ－２００，动力头扭矩：２００ｋＮ•ｍ
成桩直径：２０００ｍｍ
钻进深度：６０ｍ
10 河南山河智能机械有限公司。
ＳＷＤＭ－２０：动力头扭矩：２００ｋＮ•ｍ 成桩直径： ２０００ｍｍ
钻进深度：６０ｍ
11 哈尔滨四海工程机械有限公司。
ＬＧＢ１５００ＫＵ２０００ＬＧＢｌ５００：动力头扭矩：２００ＫＮ•ｍ 成桩直径：１５００－２０００ｍｍ
钻进深度：６６ｍ
12 徐州东明
ＴＲＭ１６０，ＴＲＭ２００，动力头扭矩：１４０ｋＮ•ｍ，２００ｋＮ•ｍ
成桩直径：１５００－２０００ｍｍ
钻进深度：
磨擦钻杆：６０ｍ
内锁钻杆：４５ ｍ
13 北京福田，长沙院，东北地基公司等等 ２０动力头扭矩： ２００ｋＮ•ｍ 成桩直径： ２０００ｍｍ
钻进深度：６０ｍ


二、施工技术点

１、旋挖钻机施工工艺步骤：

第一步：旋挖钻机的就位
第二步：钻头轻轻着地，旋转，开钻。最好以钻头自重作为钻进压力，以更好的保证桩基精度
第三步：当钻头里装满土砂料，提升出孔外。注意孔内地下水位情况，及时补充水，以防坍塌。
第四步：旋挖钻机旋回，将钻头内的土砂料倾倒在土方车或地上
第五步：关上钻头活门，旋挖钻机旋回到原位，锁上钻机旋转体
第六步：放下钻头
第七步：埋设护筒，放入泥浆。按照工地现场土质情况，放下一定长度的护筒。护简直径一般应比桩径大１００ｍｍ，以便钻头在孔内自由升降。按现场土质情况，调配泥浆。如果现场土质都是比较好的粘性土，可以考虑不注入泥浆或清水，直接钻进。
第八步：钻孔完成，进行第一次清孔，并测定深度
第九步：放入钢筋笼
第十步：放入导管
第十一步：进行第二次清孔
第十二步：进行水下混凝土灌注
第十三步：拔出护筒，清理桩头沉淤回填，成桩


２、施工注意点
（１）护筒施工
护筒的埋设的意义：护筒埋设工作是旋挖钻孔机施工的开端，护筒平面位置与竖直度准确与否，护筒周围和护筒底脚是否紧密，不透水，对旋挖钻孔机成孔、成桩的质量都有重大的影响。埋设护筒时应通过定位的控制桩放样，把旋挖钻孔机钻孔的位置标于坑底。再把护筒吊放进坑内，找出护筒的圆心位置，用十字线在护筒顶部或底部，然后移动护筒，使护筒中心与旋挖钻孔机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使护简坚直。此后即在护筒周围对称地、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。夯填时要防止护筒偏斜。
护筒的制作及埋设的原则：
①护简采用钢护筒，长度４ｍ以内采用厚４～６ｍｍ的钢板制作，长度大于４ｍ的采用厚６～８ｍｍ钢板制作。护筒埋置较深时，采用多节护筒连接使用，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。
②护筒内径大于钻头直径，具体护简直径按设计要求选用。
③护筒埋设深度满足设计及有关规范要求，河流中将护筒埋置在较坚硬密实的土层中０．５ｍ以上。
④护简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。
⑤护筒埋设前，先准确测量放样，保证护筒顶面位置偏差不大于５ｃｍ，埋设中保证护筒斜度不大于１％
（２）、泥浆
①泥浆的意义
制备泥浆是旋挖钻机能否成孔的关键，也是影响钻孔进度和桩基混凝土质量的关键。泥浆过稀时不能浮碴影响钻进，过稠时泥浆附在孔壁和钢筋上，影响桩基混凝土的质量。成孔采用制备漉浆作为孔桩护壁，泥浆材料选用膨润土或粘土、聚丙烯酰胺以及烧碱，制备泥浆在泥浆池内进行，每立方米泥浆需膨润土４５０—Ｓ００ｋｇ，加入适量烧碱可提高泥浆的粘度，实验证明：这样的泥浆粘土颗粒悬浮均匀，沉淀少，性能稳定，满足了钻孔需要。
②泥浆性能指标
制浆前，应先把粘土块尽量打碎，在井孔外以泥浆搅拌机制成泥浆后使用。为了回收泥浆原料和减少环境污染，均应设置泥浆循环净化系统。在钻进过程中，根据地层不同情况，保持一定的静水水头压力，按平衡钻进原理指导泥浆管理工作，尽量利用地层粘土，自然造浆，泥浆稠度不能满足要求时，应选择造浆能力强、粘度大的粘性土进行造浆，以提高泥浆稠度，确保钻进过程不塌孔，不缩孔。
工程泥浆性能指标参考值见表３


表３：工程泥浆性能指标


指标＼地层 一般地层 松散易塌地层
相对密度 １．０５～１．１５ １．１２～１．１６
粘度（Ｐａ．ｓ） １８～２５ ２４～２８

桩孔施工采用一次性全面不间断作业，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，保持孔内水头高度，尽量减轻冲液对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。
③泥浆性能参数
泥浆池可根据现场实际条件砌筑，此外自备两台用钢板焊制的泥浆池，泥浆性能参数参考值如下见表３


设计要求
土层性能
粘性土
砂土
卵石
泥浆比重

１．０５ １．１０
１．１５
粘度（ｓ）
１５－１６
１６－１８
１８－２５
含砂量
＜８％
＜８％
＜８％
ＰＨ ＞８ ＞８
＞８
配比、水、膨润土、碱、ＣＭＣ １００：６：３：０．８ １００：６：３０．８
１００：１０：１．８：０．８ １００：１５：１．８：０．８

④为防止孔壁坍塌，所用稳定液的必要粘度参考值如下表４

表４：稳定液必要粘度参考值

土 质
砂质淤泥
砂（Ｎ＜１ ０）
砂（１ ０≤Ｎ＜２０）
砂（Ｎ≥２ ０）
混杂粘土的砂砾
砂砾
必要粘度（Ｓ）（５ ００／５００ＣＣ）
２ ０～３０
＞４５
２５～４５
２ ３～２５
２５～３５
＞４５



（３）、合理控制钻斗的升降速度

在开始钻进或穿过软硬层交界处时，为保持钻杆竖直，宜缓慢进尺。在钻进过程中如发现钻杆摇晃或难钻进时，可能是遇到硬石、石块或硬物等，这时应立即提钻检查，等查明原因并妥善处理后再钻，以免导致桩孔严重倾斜、偏移，甚至使钻杆、钻具扭断或损坏。钻进过程中应随时清除孔口积土和地面散落土。遇到孔内渗水、塌孔、缩颈等异常情况时，应将钻具从孔内提出，研究妥善处理。在有浆钻孔时要合理控制钻斗的升降速度主要指标参考值见表５，钻斗控制转速参考值见表６。
表５：在有浆钻孔时要合理控制钻斗的升降速度主要指标参考值
表６：钻斗转速参考值表

钻斗升降速度 空钻斗升降速度
桩径（ｍｍ） 升降速度（ｍ／ｓ） 桩径（ｍｍ） 升降速度（ｍ／ｓ）
７００ ０．９７３ ７００ １．２１０
８００ ０．９７３ ８００ １．２１
１０００ ０．８５８ １０００ １．０２
１２００ ０．７４８ １２００ ０．８３０
１５００ ０．５７５ １５００ ０．８３０
２０００ ０．４３８ ２０００ ０．６２
２５００ ０．２３１ ２５００ ０．３１



地层土质
表层土
粘土类粉质粘土，淤泥质粉质土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土等
砂质粉土夹粉砂、粉土、粉砂粉质粘土类等
粉细砂、粉砂、粗砂等
转速（ｒ／ｍｉｎ）
０～１０
０～２０
０～１５
０～８

（４）、钢筋笼

①钢筋笼制作

钢筋笼制作及吊放、根据设计，计算箍筋用料长度、主筋分布段长度，将所需钢筋调直后用切割机成批切好备用。由于切断待焊的主筋、箍筋、绕筋的规格尺寸不尽相同，注意分别摆放，防止错用。在钢筋圈制作台上制作箍筋并按要求焊接。将支撑架按２～３ｍ的间距摆放在同一水平面上对准中心线，然后将配好定长的主筋平直摆放在焊接支撑架上。将箍筋按设计要求套入主筋（也可将主筋套入箍筋内）并保持与主筋垂直，进行点焊或绑扎。箍筋与主筋焊好或绑扎后，将绕筋按规定间距绕于其上，用绑扎丝绑扎并间隔点焊固定。
②钢筋笼加工的技术标准

钢筋笼加工的基本要求，主筋保护层厚度７０ｒａｍ；主筋除锈、调直，加强环筋要求正园（长径—短径差不大于１０ｒａｍ），主筋搭接接头错开不少于９００ｍｍ（≥３５Ｄ），同一截面接头数目不多于主筋根数的５０％；主筋对接采用对焊或电弧搭接焊，采用电弧搭接焊时搭接长度单面焊不小于１０ｄ，双面焊不小于５ｄ；钢筋应有出厂合格证和复试报告。钢筋笼加工时尺寸偏差应符合钢筋笼制作允许偏差表规定。检验数量、每根桩均应检查。几何尺寸符合下列要求参考值见表７：
表７：钢筋笼制作允许偏差


序号 项目 允许偏差（ｍｍ）
1 主筋间距 ±１０
2 箍筋间距 ±２０
3 钢筋笼直径 ±１０
4 钢筋笼整体长度 ±１００
5 主筋弯曲度 ＜１％
6 钢筋笼弯曲度 ＜１％

检验方法
用尺量
③钢筋笼质量检验标准参考值表８与混凝土灌注桩质量检验标准参考值表９
表８：钢筋笼质量检验标准（ｍ）


设计要求
1 承载力
根据基桩检测技术规范
2 桩径
±５０
3 泥浆比重
１．１５－１．２０
4 沉淤厚度
≤８０ｍｍ
5 混凝土塌落度
１６０－２２０
6 钢筋笼安装深度
±１００
7 混凝土充盈系数
大于１，小于１．３
8 桩顶标高
＋３０，－５０

胡恒初
摘要：无循环旋挖钻机成孔法是一种快速高效的成孔方法，采用静态泥浆护壁，钻斗旋转直接将砂土从孔内挖出，具有成孔速度快、质量高、少污染等特点，一期工程B、C标段部分区间桥梁桩基础使用这种成孔工艺，有效地缩短了基础施工时间，取得了比较好的效果。
关键词： 无循环旋挖钻机成孔法 静态泥浆护壁 成孔速度快 少污染
无循环旋挖钻机成孔法是利用钻杆和钻斗的旋转及自身重力使砂、土进入钻斗提出，经过多次反复而成孔。成孔方式有全套管跟进和稳定液保护孔壁的无套管钻孔二种，无循环旋挖钻机成孔适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层及含部分卵石、砾石地层。
无循环旋挖钻机主要是由日本、德国、意大利等国的厂家生产，其中意大利SOILMEC公司生产的R-12型钻机，从2001年6月至8月间，在武汉轨道交通一号线一期工程B、C标段桥口路至崇仁路、游艺路至民意四路地段区间桥梁桩基施工中取得了良好的效果。
一、工程基本概况
武汉市轨道交通一号线一期工程B、C标段区间桥梁基础设计为Φ800钻孔灌注桩，桩长43～45m，为摩擦桩。桩长范围地层主要是第四系全新冲积一般性粘性土、粉土、粉细砂、中粗砂或卵砾石层，桩尖持力层为中细砂或卵石层，承载力250～365t。
二、无循环旋挖钻机的特点
R-12型钻机是一种全液压活动、步履行走、伸缩式钻杆、静态泥浆护壁、钻斗取土的新型钻机。具有占用场小、移动灵活、成孔速度快、孔底沉渣少的优点，适宜于一期场地狭小、沿线路施工、工期要求短的工程桩施工。
三、旋挖成孔施工工艺流程
无循环旋挖钻成孔灌注桩施工工艺流程同传统正反循环钻孔灌注桩基本相同，主要不同之处见下表：


无循环旋挖钻成孔灌注桩施工工艺流程：
1、测量定位、埋设护筒；
2、旋挖钻机自行就位；
3、以钻头自重并加油压作为钻进动力，开孔钻进；
4、待钻斗内装满砂、土后，提升钻斗卸土，同时注意地下水位变化，注入泥浆；
5、关闭钻头活门，转至钻进位置，并固定旋转体上部；
6、下降钻斗，继续钻进；
7、重复上述过程，钻进至设计孔底标高；
8、第一次沉渣处理后提升钻斗，终孔。
四、成孔质量控制
1、稳定液的配制
稳定液即通常所说的泥浆，是旋挖钻机成孔作业中的关键，作业时间正值汛期，地下水位较高，钻进不采用套管跟进，而成孔时钻斗需多次上下往复作业，稳定液质量稍差即有可能导致坍孔。
针对上述情况，施工中稳定液配合比采用8kg膨润土掺100L水。其管理标准如下：
粘 度：20～28S
比 重：1.1～1.2
含砂率：小于90%
钻进过程中，随时用泥浆泵向孔内补浆，保持孔内液面标高位于地面以上，确保其高于地下水位。砂层钻进时，需适当加大稳定液的比重和粘度。
在整个旋挖成孔施工中，由于稳定液管理措施得当，未出现塌孔事故，且孔底沉渣少。
2、钻进技术措施
（1）粘土层钻进，回次钻程一般控制在300～500mm。砂砾石层钻进时，采用加压钻进并考虑必要的扭矩、压力，确定钻斗转数。接近桩端时，缓慢上提钻斗，防止由于钻斗的吸引扰动桩端持力层。
（2）为防止出现孔壁坍塌事故，施工或钻斗升降速度一般控制在0.8～0.9m/s，空斗时控制在1.1～1.3 m/s。
（3）经常检查调整桅杆的垂直度，以保证孔壁的垂直度小于1%。
（4）钻进过程中，经常检查刀尖磨损情况，保证钻斗外径与刀尖之间的距离，防止升降、旋转时刀尖刮伤孔壁。
（5）钻至地层分界处时，提前控制钻程，确保一个钻程穿过地层分界处。
（6）在接近设计孔底时，适当控制钻进速度及钻程，防止超深过多。
（7）在下钢筋笼前，进行第一次清孔，此时用密封性能好、带挡板的钻斗清除孔底沉渣。如沉渣时间较长时，采用泥浆泵清孔。
（8）在导管安装完成灌注砼前，用泥浆泵进行第二次清孔，并适当换浆。
五、结束语
从R-12旋挖钻机在B、C二个标段使用情况看，其成孔技术相比其它成孔工艺具有以下几个方面的优越性：
（1）成孔效率高。设备具有良好的机动性能、直接钻取原状土层等优势，提高了施工工效。成孔时间仅4～5小时，其工效相当于7台GPS-15型循环钻机。
（2）成孔质量高。钻斗对孔壁扰动小、孔底沉渣少、泥皮薄，单桩承载力高。在所有施工中未发生过塌孔、埋钻及孔壁倾斜等质量问题。采用钻斗钻取原状土，便于直观地验证桩端持力层。
（3）自带动力，可缓解供电压力，减少了用电安全生产隐患，减轻施工现场管理工作难度，增强了施工生产的安全性。自行就位，大大缩短了施工准备时间。
（4）不采用泥浆循环，减少了泥浆沟槽设置，避免泥浆溢出污染城市道路，有利于现场的文明施工管理。
（5）由于工效高，从而大大减少现场投入钻机设备的数量，最大限度地减少施工场地的占用，降低对道路交通的影响。

一、技术交底：
1、泥浆配制
a)护壁泥浆的配置应选用IP≥17的细粒粘土（斑脱土）配置。
b)根据不同的土层条件，泥浆的比重应控制在1.05~1.12，并根据地质条件的不同及时按规范要求进行调整。
c)为保证泥浆更有效地起到护壁作用，施工中泥浆的粘度指标应控制为：18~22S；含砂率应为小于4%；胶体率应不少于：90%。
2、成孔
a)桩中心点的位置与设计孔位偏差应控制在50mm范围之内，并打木桩做好点位标记。
b)护筒采用6mm厚的钢板加工制作，护筒内径比钻头大200mm。护筒要根据设计桩位中心线埋设，埋设深度1.2～1.5m，然后复核校正，其平面中心 偏差应不大于50mm。护筒的顶部开设1～2个溢浆口，并高出地面30cm，使溢流泥浆流入储浆池，沉碴后循环利用.做好护筒周围的密封工作，防止漏泥 浆。护桶埋设完毕必须通知项目部复测复桶中心桩位才可下钻。
c)在混凝土浇筑后3天内，禁止在3倍桩径范围内开钻。
d)钻机就位时应做垂直、水平调节，保证钻机的立轴与桩点对齐，并确保钻机机身垂直，同时应采取措施确保钻机在施工过程中的稳定。钻机就位必须经 过工程部现场工程师同意，不得擅自施工。擅自施工造成损失由施工队负全责。工程部提前2天将能施工桩的桩号通知施工队。
e)应按设计图纸的要求进行钻进，钻进深度不可少钻。

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