旋挖钻孔法施工工艺

1、旋挖钻孔法施工工艺1前言旋挖钻机是一种适合在土建工程基础施工中快速成孔作业的施工机械，具有装机功率 大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工效率高等特点，适应我国大部分地区的土壤 地质条件。 其成孔工艺广泛应用于铁路、 公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基基础钻孔灌 注桩工程。2工艺特点（1 1）旋挖钻机采用动力头形式，其工作原理是用短螺旋钻头或旋挖斗，利用强大的扭 矩直接将土或砂砾等钻碴旋转挖掘， 然后快速提出孔外， 在不需要泥浆护壁的情况下， 可实 现干法施工， 即使在特殊地层需要泥浆护壁的情况下， 泥浆也只起支护作用， 钻进中的泥浆 含量相当低，这使污染源大大减少，降低了施工成本，改善了

2、施工环境，成孔效率高。噪音 低、振动小、污染小，非常适于在繁华市区施工。（ 2 2）伸缩式钻杆的使用， 避免了钻杆的频繁装配， 减轻了劳动强度，加快了工程进度。 由于钻头的拆卸方便，可以根据土层的变化和钻进的需要随时更换钻头，加快了钻进速度， 扩大了工艺的适用范围。（3 3）由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需要静压泥浆作护壁，所采用的泥浆一般用 膨润土、火碱、纤维素等配置，在孔壁不形成厚的泥皮。此外由于钻头的多次上下往复，使 孔壁粗糙、不易产生缩径，旋挖钻孔灌注桩的承载能力有所提高。（4 4）钻机的安装比较简单，在施工场地移动比较快捷方便。3适用范围旋挖钻机一般适用于粘土、粉土、砂土、淤泥质土

3、、人工回填土及含有部分卵石、碎石 的地层。不适用的地层为含有强承压水的土层及岩层。目前，旋挖钻机的最大钻孔直径为 3m3m，最大钻孔深度达 120m120m。4机械性能及参数目前，生产旋挖钻机的厂家众多。国内生产旋挖钻孔机厂商有十余家，主要有徐工的RDRD 系列钻机、 山河智能 SWDMSWDM 系列旋挖钻机、 三一的 SRSR 系列旋挖钻机、 河北石家庄煤矿 机械公司 XZ-20AXZ-20A 型旋挖钻机等，另外杭州天锐、北方重汽、哈尔滨四海等公司，国内这些 公司的产品与发达国家的同类产品相比还有一定的差距。国外主要生产厂商有: :德国宝峨（BGBG 系列）、意大利土力（R R 系列）、意大

4、利 MAITMAIT（HRHR 系列）、意大利 IMTIMT（AFAF 系列）、以及芬兰永腾（JUNTTANJUNTTAN ） 、日本日立等公司。国外旋挖钻机产品中最大扭矩可达 620kN620kN -m-m, 发动机功率达 448kW448kW，钻孔直径 3 34m4m,钻深 120m120m。旋挖钻机由底盘、钻桅、自行起落架、主副卷扬、动力头、钻杆、发动机系统等结构组 成。1 1 ）底盘。旋挖钻机的底盘可分为专用底盘、 履带液压挖掘机底盘、 履带起重机底盘、 步履式底盘、 汽车底盘等。底盘一般为液压驱动，轨距可调，刚性焊接式车架，履带自行式的结构。底盘 主要包括车架及行走装置，行走装置主要

5、包括履带张紧装置、 履带总成、驱动轮、 承重轮托 链轮及行走减速机等组成。 国内外生产的旋挖钻机大多数应用的是专用底盘， 轨距可调， 能 根据施工情况对底盘进行宽度调整，以增加钻机的整体稳定性。（2 2）钻桅。目前国内旋挖钻机的变幅机构一般采用两级变幅油缸， 平行四边形连杆机构， 上端一级 变幅油缸两端具有万向节头便于调整， 钻桅截面形式为梯形截面， 钻桅下端有液压垂直支腿， 上端有两套滑轮机构，上下两端均可折叠，钻桅左右可调整角度为5050前倾可调整的角度为 5050，后倾可调整的角度为 150150 。国外意大利、德国制造的各类旋挖钻机可自行移动， 自立桅杆，整个工作机构可在履带底盘上做3

6、60360回转，因而现场转移、对孔位灵活方便，辅助时间少；钻架采用“平行四边形连杆机构加三角形” 的支撑结构， 非常适合城市狭窄场 地的施工；钻架上装有垂直度检测仪，可以检测和显示钻架的偏斜度，并可通过钻机的 微 动 系统调整钻架的垂直度。（3 3）动力头。动力头是旋挖钻机的关键工作部件， 其性能好坏直接影响钻孔机整机性能的发挥。 动力 头是钻机工作的动力源，它驱动钻杆、钻头回转，并能提供钻孔所需的加压力、提升力。动 力头有液压传动、电机传动、发动机传动，无论何种都具备低速钻进、反转高速甩土功能。 目前大都采用液压驱动， 主要包括回转机构、 动力驱动机构及支撑机构。 动力头的钻进速度 一般都具

7、有多档，适合在多种工况下作业。（4 4）钻杆。钻杆是旋挖钻机的关键部件， 是决定钻机地层适应能力的主要因素。 目前旋挖钻机采用 凯式伸缩钻杆， 凯式钻杆可以分为摩擦钻杆和锁紧钻杆两大类。 摩擦钻杆是指钻杆上的键只 能传递扭矩而不能传递钻压的钻杆， 而锁紧钻杆是指钻杆之间通过加压平台可以锁成一个刚 性体对地层加压钻进的钻杆。 摩擦钻杆用于普通地层钻进，锁紧钻杆用于坚硬地层钻进。 国 内外旋挖钻机的钻杆采用四节或五节伸缩内锁式钻杆， 每节长度大约为 13m13m，装配后总长不小于 48m48m，采用高强度合金钢管， 钻杆与动力头采用长压嵌内锁式连接方式。第四节上端用可滑转万向节与主卷钢丝绳相连，

8、下端采用方形截面杆通过销轴与钻头相连， 每个钻头应与 方形截面杆相配，具有互换性。为了提高作业效率，一台钻机大多配备两套钻杆。（5 5）钻头。钻头是决定旋挖钻机能否较好适应复杂地层、 提高工效的重要部件， 目前国内外旋挖钻 机的钻头可分为以下几种常用的结构：1 1） 短螺旋钻头。适用于地下水位以上的粘性土、粉土、杂填土、中等密实的砂土；2 2） 回转斗钻头。适用于淤泥、地下水位高的粘性土、粉土、砂土、人工填土以及含有 部分卵石、碎石的地层；3 3）筒形钻头。筒底带活门的锅锥钻斗，适用于流塑状土层的钻进及孔底沉碴的捞取； 此外还有捞砂斗、扩底钻头等辅助钻头。（ 6 6）主副卷扬。国内外旋挖钻机的

9、卷扬有主副卷扬两种，主卷扬是旋挖钻机的关键部件，在钻机的每个工作循环中，主卷扬的结构和功能都非常重要。卷扬的结构采用卷扬减速机，具有卷扬、下 放、制动功能，卷筒自行设计，主卷扬应具有自由下放功能，且实现快、慢双速控制。主、 副卷扬应配有压绳器。国外旋挖钻机主卷扬都采用柔性较好的非旋转钢筋绳，提高使用寿命。（7 7）发动机系统。旋挖钻机的发动机系统一般包括发动机、散热器、空滤器、消音器、燃油箱等。一般旋挖钻机的发动机都选用电喷涡轮增压中冷式发动机。（8 8）电子控制技术。9090 年代国外旋挖钻机的控制技术逐步实现智能化，目前国外旋挖钻机普遍具备发动机和泵的电子控制系统， 能指导主泵最佳输出，

10、使液压负载与发动机转速相匹配，从而利用发动机的最大功率。发动机转速可在负荷较小或无负荷时实现自动控制，自动降低发动机转速，减少油耗、降低噪声和废气的排放量。 桅杆垂直度自动调平系统能对桅杆进行实时监控，可实现手动和自动切换， 在一定范围内自动调整角度，保证施工中桩孔的垂直度要求，提高施工质量。还具备回转倒土控制、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显 示、故障检测、报警及信息显示、整机启动前预先自动检测功能。几种常用旋挖钻机机械性能及技术参数见表1 1。表 1 几种常用旋挖钻机机械性能及技术参数表性能指标宝峨 BG20意马 AF220土力 R-412麦特 HR180三一重工 22

11、0C最大扭矩（kN-m）191250122207220最大钻孔桩径（m）2.02.01.51.82.0最大钻孔深度（m）7066566065卷扬机拉力（t）172214.51820整机重量（t）72666554655钻孔施工工艺5.15.1 施工工艺流程图 1 施工工艺流程图5.25.2 施工工艺步骤5.2.15.2.1 施工准备（1 1）平整场地（陆地）。场地为旱地时，施工前应进行场地平整， 清除杂物，对局部松软、淤泥进行换填夯实处理，保证钻机位置处平整、夯实，避免在钻进过程中钻机产生不均匀沉陷。（2 2）围堰筑岛（浅水）。施工场地处于浅水时，采用围堰筑岛。清除堰底河床上的杂物、树根、石块，

12、以减少渗漏，围堰施工从上游开始进行，填筑至下游合拢。采用粘土、亚粘土填筑筑岛，围堰填筑时 沿河堤向河中间逐步推进，将填筑料倒在露出水面的堰头上，顺坡送入水中，以免离析，造成渗漏，水面以上的填土要分层夯实。防止围堰外坡面受到冲刷，应在外坡面设置土袋加以防护，土袋堆码至堰顶，堆码时上下左右应错开， 堆码整齐。围堰填筑完成后再将筑岛顶面 土层平整压实后作为钻机的施工平台。围堰筑岛的高度应比施工期间可能出现的最高水位高出 1.51.5 2.0m2.0m。（3 3）测量定位。场地平整后进行桩位放样， 桩位测设采用全站仪根据坐标进行放样，桩位放出后，钉好十字护桩，做好测量复核。（4 4） 制作、埋设护筒。

13、钢护筒采用 6 610mm10mm 的钢板经过卷板机弯卷后焊制而成，节长一般为2m2m。护筒内径比设计桩径大 20cm20cm。护筒埋置深度视现场的地质情况而定。护筒埋设采用旋挖钻机开孔埋设，人工进行辅助配合。首先使用与设计桩径匹配的钻头进行钻孔，钻孔深度应超过护筒埋设深度1.0m1.0m 以上时，及时换用扩孔钻头对埋设护筒段进行扩孔，扩孔深度至护筒设计埋设深度处，然后用钻斗将护筒压入。根据十字护桩控制桩位偏差。护筒至少高出地面30cm30cm，以防止杂物、泥水流入孔内。（5 5） 钻机就位、安装. .钻机钻孔的作业平台应基本水平，使主机左右履带板处于同一水平面上。钻机钻孔时的站位一般应对准孔

14、桩位置， 动力头施工方向应和履带板方向平行，钻机侧向应留有排碴场地。开钻前调整好机身前后左右的水平。（6 6） 泥浆制备及指标控制. .泥浆在钻机施工过程中可防止孔壁坍塌、抑制地下水以及悬浮钻碴等，因此泥浆是保证孔壁稳定的重要因素。旋挖钻机施工一般采用化学泥浆护壁，化学泥浆采用优质膨润土、火碱、纤维素及渗水防止剂等按一定比例配制。为了有利于膨润土和羧甲基纤维素完全溶解， 应根据泥浆需用量选择澎润土搅拌机，其转速宜大于 200r200r/ minmin。泥浆拌制材料的投放顺序：应先注入规定数量的清水，边搅拌，边投放膨润土，膨润土大致溶解后，均匀地投入纤维素，然后投入分散剂，最后投入增大比重剂及渗

15、水防止剂。泥浆性能指标见表2 2。表 2 泥浆性能指标表序号项目名称性能指标备注1相对密度1.1 1.152粘度（Pa s）18243静切力（Pa）1 2.54含砂率（%） 957失水率（ml/30min ）30施工过程中经常检查泥浆的各项性能指标，确保泥浆对孔壁的撑护作用。5.2.25.2.2 钻进成孔（1 1）开孔钻进的控制。钻机就位后，调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。开始钻进时，采用 低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%20%，以保证孔位不产生偏差。（2 2） 旋挖钻进的成孔工艺。旋挖钻机成孔工艺是通过底部带有活门的桶式钻头利用动力头驱动钻杆、钻头

16、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，直至钻至设计深度。 钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。当钻头下降到预定深度后，旋转钻头并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒充满时，钻头底部关闭，提升钻头到地面卸土。开始钻进时采用低速钻进，钻进护筒以下3m3m 可以采用高速钻进，钻进速度与压力有关，采用钻头与钻杆自重摩擦加压，150MPa150MPa 压力下，进尺速度为 20cm/min20cm/min ； 200MPa200MPa 压力下，进尺速度为 30cm/min30cm/min ;

17、 260MPa260MPa 压力下，进尺速度为 50cm/min50cm/min。钻进过程中严格控制钻进速度，避免进尺过大，造成埋钻事故。钻进过程中要保证桩孔内泥浆标高，泥浆补充一般采用泵送方式，其速度以保证液面始终在护筒底面以上为标准。钻孔前先用水准仪确定护筒标高， 并以此作为基点， 按设计要求的孔底标高计算孔深，以钻具长度确定孔深，孔深偏差不短于设计深度，超钻深度不大于50cm50cm ;孔径用孔径仪测量，若出现缩径现象应进行扫孔，符合要求后方可进行下道工序。（3 3） 扩孔率的施工控制。成孔过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，钻斗进入孔内要匀速缓慢，控制钻斗提升速度，避免钻斗下产生较大

18、负压作用，造成孔壁坍塌；钻斗挖土时转杆不能转动过快，使桩径增大。（4 4） 泥浆的回收及排碴处理。在现场设置泥浆循环系统，设置储浆池、沉淀池，浆池容量根据桩长、桩径确定，浆池 池壁及池底采用砂浆抹面处理。新拌制的泥浆存放在储浆池内，从桩孔内抽排的泥浆存放在沉淀池内。防止泥浆污染场地， 泥浆排放均采取泥浆泵抽排。泥浆在使用过程中经常检查泥浆的各项性能指标，及时清理沉淀池内的沉碴，超标的泥浆采用泥浆处理器分离处理后循环 使用。钻孔过程中，桩孔内挖出的弃碴， 由装载机转运至临时存放点，然后用自卸车运至指定弃土场。（5 5） 终孔时的清孔方法及验孔标准。当钻孔达到设计高程后，及时组织有关人员对孔径、孔

19、深、孔位、竖直度进行检查，孔 径及孔形检查用检孔器检查，孔深和孔底沉碴用标准测锤检测，检查确认合格后应立即进行清孔。清孔采用捞砂钻头将沉淀物清出孔外，要求沉碴厚度满足设计或规范要求。钻孔桩成孔的质量标准见表 3 3。表 3 钻孔成孔质量标准项目允许偏差孔的中心位置（mm）群桩：100 ;单排桩：50孑径（mm）不小于设计桩径倾斜度小于 1%孔深摩擦桩：不小于设计规定；支承桩：比设计深度超深不小于50mm沉淀厚度(mm)摩擦桩：符合设计要求，当设计无要求时，对于桩径1.5m 的桩， 40m 或土质较差的桩， 1.0m1.0m）和填充导管底部需要，所需混凝土数量可参考公式计算：式中 V V 灌注首

20、批混凝土所需数量（m m3）;D D桩孔直径（m m）;H H1桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m0.4m;H H2-导管初次埋置深度（m m）;d d- 导管内径（m m）;h1h1桩孔内混凝土达到埋置深度H H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m m）,即卩 H H 仁血*/% ;:混凝土拌和物的重度（取 24kN24kN / m m3）;4 4井孔内水或泥浆的重度（kNkN/m m3 3）；H.井孔内水或泥浆的深度（m m）。首批混凝土数量计算示意图见图2 2。7.67.6 灌注方式及混凝土面的测量方法清孔完毕后，由导管上部塞入隔水栓，塞入深度以临近水面为准， 当

21、储料斗内的混凝土储量满足剪栓后首次灌注时，即保证导管底端能埋入混凝土中 1.01.01.2m1.2m 时，即可剪栓通过泵送或吊斗进行混凝土灌注。 随着不断地灌注，孔内混凝土面的上升，在保持导管一定埋深的情况下， 團 2 2 首枇逞過土敷屋计算示盍图随时提升和拆卸导管，直至灌注成桩。为了保证混凝土连续灌注， 导管不脱离混凝土面， 且有一定的埋置 深度，由专人用测砣测量混凝土面的高度， 以此推算每次导管上拔的高度， 避免和禁止导管 脱离混凝土面和混凝土灌注的中断。灌注过程中，应有专人测量导管埋深及管内外混凝土面的高差，用测砣测量混凝土面高度，填写混凝土灌注记录。7.77.7 导管的埋深及拆卸在灌注

22、过程中，导管的埋置深度应控制在2 24m4m。经常测探桩孔内混凝土面的位置，计算导管埋置深度，以便及时拆除导管，调整导管埋置深度，防止埋管过深，导管无法拔除。7.87.8 灌注超桩顶混凝土的控制为消除浮浆及测量误差的影响，保证桩顶灌注质量，混凝土的灌注应比设计桩顶高出一定高度，根据规范要求进行，一般为0.50.51.0m1.0m，以保证桩顶混凝土完整、无松散层。在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量，准确测定混凝土面的高度，以确定混凝土的灌注 高度是否正确。7.97.9 拨出导管及混凝土质量检测评定桩基混凝土灌注完成后，拔出浇注导管，及时清洗导管，防止导管内壁混凝土固结，影 响下次混凝土浇注

23、。成桩后对桩基进行无损检测，利用桩身内预埋的声测管进行超声波检测桩身混凝土的完 整性，检测由有资质的专业检测机构进行。7.107.10 按设计要求进行孔底压浆桩身混凝土灌注初凝后，用高压水进行预埋的注浆孔初裂，使套筒包裹的出浆口开裂。 在桩身混凝土强度及时间满足设计要求后开始进行桩底压浆，采用膨润土、水泥、水、缓凝剂拌制成不收缩的混合浆液，其7 7 天最小抗压强度为 5MPa5MPa。浆液按剂量通过注浆管依次压注，所有压浆管应以规定的剂量轮流压注或达到规定的的压力后维持10min10min ,第一循环压注完成后不少于 6 6 小时开始下一轮的压注，直至满足设计要求。8灌注异常的预防及处理8.1

24、8.1 堵管在混凝土灌注过程中，混凝土在导管中下不去称为堵管。堵管有以下两种情况:=k k1 1a a-*914J * 1（1 1）初灌时隔水栓卡管或由于混凝土本身的原因，如坍落度过小、流动性差、夹有大 卵石、 拌和不均匀， 以及运输途中产生离析、 导管接缝处漏水等， 使混凝土中的水泥浆被冲 走，粗集料集中而造成导管堵塞。发生这种情况时可用长杆冲捣管内混凝土， 用吊绳抖动导管， 或在导管上安装附着式振 捣器等使隔水栓下落。 如仍不能下落时， 则需将导管连同其内的混凝土提出孔外， 进行清理 修整（注意切勿使导管内的混凝土落入井孔），然后重新吊装导管，重新灌注。一旦有混凝 土拌和物落入井孔，应将孔

25、底的拌和物粒料用空气吸泥机清出。（ 2 2）机械发生故障或其它原因使混凝土在导管内停留时间过久，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝， 增大了导管内混凝土下落的阻力， 混凝土堵在管内。 其预防方 法是灌注前应仔细检修灌注机械， 并准备备用机械， 发生故障时立即调换备用机械； 同时采 取措施，加速混凝土灌注速度， 必要时， 可在首批混凝土中掺入缓凝剂，以延缓混凝土的初 凝时间。当灌注时间很长时， 孔内首批混凝土已初凝， 导管内又堵塞有混凝土， 此时应将导管拔 出，重新安设钻机， 利用较小钻头将钢筋笼以内的混凝土钻挖吸出， 用冲抓锥将钢筋骨架逐 一拔出。然后以粘土回填，待沉实后重新钻孔成桩

26、。8.28.2 导管漏水导管漏水的主要原因是导管接头不严，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开或焊缝破裂， 孔内水从接头或焊缝中流入。 万一发生导管漏水事故， 要立即查明事故原因， 及时采取措施 处理，视混凝土灌注情况，采取如下处理办法：（1 1）混凝土刚灌注不久，将原导管提出拔换重下新管，将散落在孔底的混凝土用空气 吸泥机以及抓斗清出， 必要时需将钢筋笼提出采取复钻清除。 然后重新下放钢筋笼、 导管重 新灌注混凝土。（2 2）混凝土已灌注一定高度时，尚不能堵住漏水时，必须及时提出导管、钢筋笼重钻 重灌，如已灌注混凝土已堵住漏水处则可继续灌注。8.38.3 提漏导管灌注过程中导管提升过猛或测量深度出

27、错时， 导管底口超出原混凝土面， 底口涌入泥水， 导致提漏导管。 发现提漏导管后，应及时提出导管和钢筋笼， 重新安装钻机、在原位重钻成 孔后再进行混凝土灌注。 因此必须引起注意， 提导管不能过猛，测量要准确，以防止断桩事 故发生。9劳动力组织9.19.1 劳动组织体系图 3 劳动组织体系图9.29.2 人员配置管理人员配置见表4 4,施工人员配置见表 5 5。表 4 管理人员配置表序号岗位名称人数备注1项目经理12总工程师13项目副经理14专业工程师15机电工程师16安全工程师17质量工程师18测量工程师19试验工程师1表 5 施工人员配置表序号岗位名称人数备注1领工员12旋挖钻司机13吊车司

28、机14装载机司机15修理工26钢筋工47电焊工28电工19混凝土工410混凝土罐车司机311混凝土拌制8施工人员以一个班组作业考虑。10安全生产及环境保护10.110.1 安全注意事项（1 1） 建立健全安全管理体系，建立安全管理机构，制定切实可行的安全管理措施及操 作规程。（2 2） 所有机械设备的使用、操作，都应严格遵守其安全操作规程。（3 3） 旋挖钻机司机持证上岗，熟知钻机使用说明书、安全操作规程等，杜绝违章作业。 操作钻机时，应带上安全帽、防护眼镜、适合本人的安全工作服等。（4 4） 在钻机施工中，随时对钻机做好以下几方面日常维护工作：每班工作前都要给钻杆提引器、钻杆随动导向架加注黄油；经常检查钢丝绳、挂钩是否完好；钢丝绳在主卷扬筒上必须排列有序，出现错乱，应重新绕排；经常检查油管、密封圈的破损情况，准备备用件 应付急需；检查钻杆提引器（钢丝绳连接体）轴承转动是否灵活；经常检