1、1 旋挖桩工程术语，一般是指由旋挖钻机施工的桩型，全称旋挖钻孔灌注桩，工程上简称旋挖桩。由于使用机械作业，对工人人数要求不高，可节省很大的人工费用.2 旋挖桩施工工艺在我国是近几年才推广使用的一种较先进的桩基施工工艺。广泛应用于我国的公路、铁路、桥梁和大型建筑的基础桩施工。早期大部分所用的旋挖钻机都是由德国和意大利进口或者是日本二手旋挖钻机。近几年，随着青藏铁路、北京鸟巢等项目的推动，国外进口品牌不断涌入，我国同类产品也在逐步发展起来。旋挖钻机成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置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，
2、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。旋挖桩机施工的优缺点1、旋挖桩机施工的优点( 1) 施工速度快。由于旋挖桩机施工靠底部带有活门的筒式钻头回转破碎岩土, 并直接将其装入钻斗内提升运至地面, 无需将岩土搅碎靠泥浆返出孔外, 平均每分钟进尺可达 50cm左右。施工效率在适合的地层同比钻、冲孔桩机可提高 56 倍。( 2) 施工精度比较高。施工过程对桩深度、垂直度、钻压、钻筒内装土容量等均可以通过机身电脑控制。( 3) 噪声小。旋挖桩机施工的
3、噪声主要来自机身发动机的声音, 其余部件几乎没有摩擦声,特别适合在市区或居民区使用。( 4) 有利于环保。旋挖桩机施工泥浆用量比较少, 施工过程中泥浆的主要作用在于增加孔壁的稳定性, 甚至在土层稳定性比较好的区域可以使用清水代替泥浆钻孔施工, 大大减少了泥浆的排放, 对周围环境的影响比较小, 同时节省了泥浆外运的成本。( 5) 可自行行走, 移机方便。只要场地承载力能满足旋挖桩机自重要求, 其本身靠履带可以自行移动, 无需其他机械配合。( 6) 机械化程度比较高。施工过程不需要人工进行钻杆的拆除和组装, 无需进行泥浆清渣处理等, 可降低工人的劳动强度, 同时节约人力资源。( 7) 无需提供动力
4、电源。目前市场上使用的旋挖桩机都采用机身柴油发动机提供动力, 对施工场地没有用电的情况下, 尤其适用, 同时也省去对电缆的拖运布设和防护, 安全性相对比较高。( 8) 同条件下, 单桩承载力比钻孔灌注桩高。由于旋挖桩机靠筒底角刃切土成孔, 成孔后孔壁比较粗糙, 同钻孔桩比较孔壁几乎没有泥浆的涂抹作用, 成桩后桩体与土体的结合程度比较高, 相对而言单桩承载力要高。( 9) 适用地层广泛。如果在旋挖桩机施工过程进行相应的技术控制, 由于旋挖桩机配置钻头的多样性, 旋挖桩机可以适用各种地层, 在同一个桩施工过程可以全部由旋挖桩机完成,不需要选用其他机械配合成孔。( 10) 易于管理。由于旋挖桩机自身
5、特点, 同比钻、冲孔桩施工过程中所需机械和人员大大减少, 同时用电要求不高, 从管理角度来讲, 易于管理和节省管理成本。2、旋挖桩机施工的缺点( 1) 前期投入比较大。目前市场上国产旋挖桩机的售价在 400 万元左右, 如果自购设备,一次性投入比较大。( 2) 自重大, 对场地要求比较严格。旋挖桩机工作状态自重一般在 70t 左右, 但其履带与地面接触面积约 7.0m2,所以要求的地基承载力在 100kPa 左右, 特别在填土地区, 如果地表没有进行硬化或换填处理, 地表水比较丰富或雨季施工要慎重考虑, 否则采用旋挖桩机施工只移机就非常困难, 严重浪费机械优势。( 3) 孔壁护壁差。由于旋挖桩
6、机钻进速度快, 主要靠切土钻进, 孔壁护壁同比钻、冲孔桩要差。特别在填土和软土地层, 塌孔和缩径容易发生, 要给予重视。填土和软土中施工要控制钻进速度, 尽量多转少钻, 达到护壁的要求, 同时在软土中施工要注意钻进进尺, 一次钻进深度不宜太大。( 4) 需要机械配合作业。旋挖桩机由于构造特点, 成孔后钢筋笼的安装和混凝土的灌注不能自行完成, 必须有其他起重机械的配合, 而且挖孔过程产生的弃土必须有其他运土机械进行挖运配合, 否则弃土堆高后会直接影响旋挖桩机的施工。( 5) 软土中孔内容易产生负压。旋挖桩机钻筒与土体接触面比较大, 在软土中如果钻进进尺大, 钻斗提升过程容易产生负压, 在增大旋挖
7、桩机体上拔负重的同时对孔壁稳定性有不利影响, 容易形成孔壁缩径。( 6) 施工过程短期投入增加。由于旋挖桩机施工速度快, 短期需要投入的材料费用比较大,施工单位要结合项目资金运作情况, 项目工期和合同约定的相关奖惩情况进行综合考虑和选用。对冲击钻机的分析冲击钻机属于“软硬统吃”的一种成孔机械，几乎适用于各种地质状况，从粘性土、砂性土、到砾石层、卵石、漂石到软岩、硬岩。冲击钻机特别适用于山区丘陵嵌岩桩的成孔。 冲击钻机也可以根据工地的实际情况自行组装，并且具有操作简单的特点。在钻机的结构和操作程序的繁简上，冲击钻优于回转和旋挖钻机，如果单从地质条件考虑，不考虑工程进度、经济效益的话，冲击钻均可使
8、用；从成孔速度上比较，在特定的地层中，冲击钻机不及回转和旋挖二种钻机；从单孔成孔的每米造价上进行比较，冲击钻机最高，回转钻机最低，旋挖钻机的介于二者之间。对回转钻机的分析回转钻机中无论正循环还是反循环的钻机，均适用于粘性土、含少量砾石、卵石的土层及各种岩层，不适用于大量卵石层。回转钻机特别适用于内陆冲积层较厚的平原、沿海地区滩涂地区的摩擦桩成孔。从成孔速度上分析，回转钻机快于冲击钻机，不及旋挖钻机。从工程造价上分析，回转钻机是三种钻机中最经济的，价格最便宜的。冲击、回转钻机不足之处：1.污染环境，不环保泥浆护壁和悬浮颗粒出渣均需要泥浆，而泥浆对现场和周围环境均造成环境污染，无法满足当代社会日益
9、重视的环境保护和文明施工的要求。循环泥浆，沉淀出渣需要泥浆池，这就要占用较大的施工场地。2.成孔速度慢按照正常的施工质量要求和一般地质地层情况，回转钻机每天钻孔 810m，而冲击钻成孔速度则更慢。 3. 适应能力差除冲击钻机的适应能力强外，回转钻机不能对付含有大量卵石的地层。冲击钻机和回转钻机都只能钻垂直孔，不能钻斜孔。4. 自动化程度低，操作工人劳动强度大，工作环境差 冲击钻机和回转钻机的自动化程度不高，基本是露天操作，工人工作的环境恶劣，已不符合现在社会人性化和高度自动化的潮流。对旋挖钻机的分析旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头的回转破碎岩土,并直接将其装入钻头内,然后再由钻机提升装
10、置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土,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。而在松散易坍塌地层,则必须采用静态泥浆护壁钻进工艺。 旋挖钻机受地层地质情况的制约较大，在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层时，钻进就变得比较困难，但可以针对硬岩层、粒径超过 100mm 的卵石层、直径大于200mm 的漂石地层的配备筒式取芯钻头、冲抓锥钻头，以及螺旋钻头来克服由地层带来的困难。旋挖钻机的优势1. 一机多用,实现多种钻进方式 ，在国外,大型桩孔和基础施工用钻机的设计充分利用液压传动技术,采用模块化组合设计方法,在主机不变的情况下,实现“一机多用”,以满足
11、大型施工机械对不同施工方法的适应性。在我国,旋挖钻机常配合短螺旋钻头或钻斗来进行适应不同的地层要求的旋挖钻进外,还可进行套管或全套管钻进,配备地下连续墙抓斗施工地下连续墙,以及进行长螺旋钻进(CFA 工法)等,真正做到一机多用。2.设备性能先进,自动化程度高,劳动强度低 ，旋挖钻机为履带式全液压自行式钻机,采用全套液压系统,有些还配备先进的电脑操作系统。为了确保旋挖钻机的优异性能,大部分旋挖钻机制造商都在世界范围内选购零部件,如美国卡特比勒(CAT)的底盘、德国的液压系统、日本的电器等,这样可延长旋挖钻机的整体寿命,不致因某一个部件损坏而影响其使用。旋挖钻机机、电、液一体化高度集中,结构紧凑,
12、操纵灵活方便,机械化、自动化程度高,施工现场内可自行移动,自立桅杆,移动、对孔位方便、快捷。采用伸缩式钻杆,节省了人力和加接钻杆的时间,辅助时间少,时间利用率高。3.钻进效率高 旋挖钻机可根据地层情况配置不同的钻头,在粘性土层使用长钻筒,加快钻进速度;对于砂卵石含量较大的地层可使用短钻筒,配置泥浆护壁,控制钻速;对于含孤石、漂石及较硬岩石地层可换用长、短螺旋钻头进行处理,松动后再换上钻筒继续钻进。与常规钻机相比,旋挖钻机回转扭矩大,并可根据地层情况自动调整。钻压大,并易于控制。同时由于旋挖钻进钻头直接从孔内提取岩土,故其钻进速度非常高。一般情况下,在土层、砂层的钻进速度可达 10m/h ,在粘
13、土层可达 46 m/ h ,是普通回转钻进的 35 倍,甚至更高。4.成桩质量好 ，旋挖钻进对地层扰动小,孔壁泥皮薄,形成的孔壁为粗糙型 ,有利于增加桩侧摩阻力,保证桩基设计承载力。孔底沉渣少,易于清孔,提高桩端承载力。5.环境污染小旋挖钻进为干式或无循环泥浆钻进,所用泥浆量仅为正反循环钻进的1/101/20。因而,施工现场整洁,对环境造成的污染小。同时旋挖钻进振动小,噪声低。旋挖钻进施工中易出现的问题及解决措施1. 卡埋钻具卡埋钻具是旋挖钻进施工中最容易发生的、也是危害较大的事故,因此在施工过程中一定要采取积极主动的措施加以预防,一旦出现事故,要采取有效措施及时处理。发生的原因及预防措施(1
14、) 较疏松的砂卵层或流砂层,孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻。在钻遇此地层前,应提前制定对策,如调整泥浆性能、埋设长护筒等。(2) 粘泥层一次进尺太深孔壁易缩径而造成卡钻。所以,在这类地层钻进要控制一次进尺量,如在 15m 以深钻进时,一次钻进深度最好不超过 40cm。(3) 钻头边齿、侧齿磨损严重而无法保证成孔直径,钻筒外壁与孔壁间无间隙,如钻进过深,则易造成卡钻。所以,钻筒直径一般应比成孔直径小 6 cm 以上,边齿侧齿应加长,以占钻斗筒长的 2/3 为宜,同时在使用过程中,钻头边齿、侧齿磨损后要及时修复。(4) 因机械事故而使钻头在孔底停留时间过长,导致钻头筒壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成
15、卡埋钻。因此,平时要注意钻机本身的及时保养和维修,同时要调整好泥浆性能,使孔底在一定时间内无沉渣。处理卡埋钻的方法主要有:(1) 直接起吊法,即用吊车或液压顶升机直接向上施力起吊。(2) 钻头周围疏通法,即用反循环或水下切割等方法,清理钻筒四周沉渣,然后再起吊。(3) 高压喷射法,即在原钻孔两侧对称打 2 个小孔(小孔中心距钻头边缘 0.15m 左右) ,然后下入喷管对准被卡的钻头高压喷射,直至两孔喷穿,使原孔内沉渣落入小孔内,即可回转提升被卡钻头。 (4) 护壁开挖法,即卡钻位置不深时,用护筒、水泥等物品护壁,人工直接开挖清理沉渣。2. 主卷扬钢绳拉断钻进过程中如操作不当,易造成主卷扬钢绳拉
16、断。因此,钻进过程中,要注意提下钻时卷扬机卷绳和出绳不可过猛或过松、不要互相压咬,提钻时要先释放地层对钻头的包裹力或先用液压系统起拔钻具。如果钢绳出现拉毛现象应及时更换,以免钢绳拉断而造成钻具脱落事故。 3. 动力头内套磨损、漏油发生这一现象的原因除了钻机设计上存在欠缺外,主要是超钻机设计能力钻进所致,所以要注意旋挖钻机的设计施工能力,不要超负荷运行。4. 塌孔主要是因为钻进过程中不使用泥浆,或使用很少的泥浆,护壁效果差所致。为防止钻孔坍塌,钻进过程中应保持孔内水位适当高出地下水位,同时注意控制钻斗的升降速度,避免压力激动。5. 漏浆漏浆事故主要与地下水位和泥浆的性能有关，如发生大裂隙漏浆，应
17、采用回填的办法处理；漏浆不太严重则应调整泥浆性能，形成的泥皮应有足够的韧性；可在泥浆中渗入适量的水泥，搅拌均匀后使用。6. 不进尺主要原因：钻头被粘土糊满打滑或钻进过程中遇到漂石、坚硬的卵石层、基岩等。防治措施：出现打滑时,调整斗齿的角度为 60，可往孔内投入石块、换螺旋钻头或截齿钻头等办法来处理。如遇到漂石、坚硬的卵石层、基岩等情况时，更换或改造钻头，重新安排刀具角度、形状、排列方向或改用全截齿旋挖钻斗。7. 扩孔、缩孔遇有扩孔、缩孔时应采取防止塌孔和防止钻锥摆动过大的措施。缩孔是钻斗磨损过甚、焊补不及时或因地层中有遇水膨胀的软土、粘土泥岩造成的，前者应注意及时焊补钻斗，后者应采用失水率小的
18、优质泥浆护壁。已发生缩孔时宜在该处用钻锥上下反复扫孔。8. 掉钻头、钻头底板钻杆与钻头的连接不结实或者钻头地方接头与钻头体焊接不牢、穿销强度不够等都可能造成钻头脱落。钻头底板的连接轴强度不够、连接钻头底板的螺栓剪切破坏、钻头底板连接轴与轴套焊接不牢等都可能造成钻头底板脱落。施工过程中要注意对这些部位的检查。如果造成钻头脱落，用筒钻进行打捞。总结旋挖钻进技术及设备在基础工程施工中具有一系列无法比拟的优点,在施工前要调查了解施工现场实际情况，认真熟悉地质勘察报告、设计图纸及有关设计、施工、验收规范，检查机械设备的关键部位，对施工过程中可能会发生的一些问题及时进行分析处理，做到科学组织，精心施工，严格管理，充分利用旋挖钻机在桩基施工中的技术优势，不断推进旋挖钻机机械设计及施工技术的不断发展。
