旋挖钻施工工艺科技进步奖申报书

1、弓中国水利水电第四工程局有限公司科学技术进步奖申报书项目名称：旋挖钻机施工工艺可行性探讨申报单位：中国水利水电第四工程局有限公司路桥分局申报等级：企业级申报时间：2011 年11 月 30日、项目基本情况项目编号：成果分类项 目 名 称旋挖钻机施工工艺可行性探讨主要完成人主要完成单位推荐单位项目名称可否公布可以推荐等级主题词旋挖钻施工工艺探讨学科专业分类名 称代码所属国民经济行业任务来源工程施工技术计划（基金）名 称和编号项目起止时间起始 2011年11月1日完成 2011年11月30日二、项目简介（项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况）旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的

2、施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉 质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖 钻机的额定功率一般为125450kW，动力输出扭矩为120400kNm，最大成孔直径可达 1.54m，最大成孔深度为6090m，可以满足各类大型基础施工的要求。该类钻机一般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、孔深数码显示等整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻 便、舒适等特点。该类钻机配合不同钻具，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，还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能

3、 主要用于市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利、防渗护坡等基础施工 国内的专家认为：旋挖钻机在国内今后几年仍有很大的市场。目前桩基施工通常使用冲击钻、回旋钻、螺旋钻和旋挖钻。施工现场的大量实践表明， 旋挖钻工作功效大、效率高、成孔快、无泥浆循环、自动化程度高，且在保工期、节约成本 满足环保要求等方面较其它钻机具有明显优势，因此对旋挖钻机的施工工艺进行探讨将对桥 梁桩基施工具有十分重要的意义。三、项目详细内容立项背景中国水利水电四局有限公司中标承建的克塔高速一标段二工区位于新疆维吾尔自治区 北部的克拉玛依市和塔城地区，地处亚欧大陆中心。路基和桥梁全长约19km，其中桥桩基 共26

4、8根灌注桩。底层岩土主要以粉质黏土、角砾土、中风化岩和强风化岩为主。其中部分可以采用人工挖孔桩，但是某些施工地段岩石太硬，处于达尔布特河边，在 河面水位一下，人工挖孔危险系数大、成本高、工期长，一根人工挖孔桩成孔需要接近一 个月的时间，与原计划工期延长了不少，若是炸药不能接上，工期还可能会延长，人工挖 孔危险系数大，孔下空气质量差，且可能有落石对工人造成伤害。为了解决灌注桩的这些问题，消除安全隐患，缩短工期，使工程进度又好又快的发展， 所以公司决定采用采用旋挖钻施工。详细科学技术内容1、旋挖钻适用范围和工作原理特点适用范围：适用于粘性土、粉质土、砂土、岩石层等土层施工工作原理：成孔原理是开始用

5、一圈都是牙轮的牙轮钻，以及周围一圈都是切削齿轮的 筒钻，在伸缩钻杆旋转驱动下将土石层刨松切碎。再用一个有可闭合开启钻斗，底部及侧 边镶焊齿轮的截齿轮钻，将牙轮钻和筒钻切削挖掘下来的土渣收进入钻斗内，钻头装满后 提出孔外卸土，如此循环形成桩孔，并具有功率大、钻孔速度快、移位方便、定位准、工 作效率高、噪音小、环保等特点。2、工程概况及地质情况中国水利水电四局有限公司中标承建的克塔高速一标段二工区位于新疆维吾尔自治区 北部的克拉玛依市和塔城地区，地处亚欧大陆中心。路基和桥梁全长约19km，其中桥桩基 共268根全为钻孔灌注桩，采用旋挖钻施工。底层岩土主要以粉质黏土、角砾土、中风化 岩和强风化岩为主

6、。3、施工工艺3.1旋挖钻成孔概述旋挖钻成孔的方法是护筒埋设后，灌入泥浆，采用静态泥浆护壁，钻机靠钻头的旋转 直接钻取、挖装原装土，并利用钻斗将土提升卸到地表，此时，钻机附近准备装载机和自 卸车，及时将挖出的土装车外运，故成孔速度快，同时由于孔内的土不需泥浆浮渣，所以 泥浆用量大大降低，减少了泥浆处理的工作量，对环保工作也有重要意义。该方法成孔施 工还具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环、桩底成渣少、孔壁泥皮厚、 桩侧摩阻力发挥好等突出优点。该施工方法适用的地质为填土、硬土、粉土、沙性土、沙卵砺石层、软中硬基岩等地 层。3.2施工工艺流程全液压旋挖钻机整机自动化程度高，其水品、垂

7、直度和钻孔中心由指示灯控制，操作 室配置钻进深度指示仪。由于其工作效率高，施工过程自始至终均应做好各方面协调配合， 确保工艺流程连续均衡，并应根据旋挖钻成孔的成孔原理及工艺要点，抓好关键工艺过程 控制。其施工工艺流程为：定桩位f钻机就位开孔f埋设护筒f灌注泥浆f旋挖钻进f第 一次清孔f下放钢筋笼插入砼导管第二次清孔f灌注砼成桩f拔出导管f拔出护筒。3.3旋挖钻机施工方法3.3.1整理平整桩基范围内的场地钻孔前由测量队确定桩位点，放样后四周设护桩并进行复测，误差控制在5mm以内。 施工场地必须清理平整，以便旋挖钻机挖出渣后装载机能及时清理。3.3.2设置护筒护筒为钢板制作，高度为0.5m-3.0

8、m，根据现场土质情况选择，砂土层不得小于1.5m， 岩石层可适当降低高度，作用为导正钻头、控制桩位、隔离地下水渗漏、防止孔口坍塌以 及固定钢筋笼的作用。埋设护筒前要先放桩位点，过桩位点中心拉十字线在护筒外 800mm-1000mm处设置桩位控制点，然后在桩位处用钻头挖出比护筒直径大100mm的圆坑， 注意护筒顶应高出地面20cm-30cm，护筒内径应大于钻头100mm-200mm。再用吊车（实际中 可直接用旋挖钻机）吊起护筒将其放入圆坑中，校验护筒竖直后，并确定护筒中心与桩位 中心位移不超过20mm，然后对护筒周围进行回填，分层夯实且要注意防止护筒倾斜。埋设 护筒完成后在用四周护桩点引回，使桩

9、位中心与护筒中心重合，并在护筒上标示护桩方向 线位置。3.3.3泥浆的制作泥浆采用膨润土、火碱以及纤维素混合而制，在泥浆池中用搅浆机搅拌好。膨润土的 颗粒小，吸附性强且只有很少的沉渣，具有一定的黏滞性、能变性和润滑性，是旋挖钻机 施工的最好材料。泥浆的制备应注意两个方面，意思泥浆的指标问题，其比重应该控制在 1.05-1.2之间，黏度应控制在17s-20s，砂率控制在4%以内。二是补浆的速度，泥浆一般 是采用泵送的方式，其速度以保证液面在护筒面上为准，否则有可能造成塌孔，影响成孔 质量。由于不同土层适用不同性能指标的泥浆，因此在钻孔施工中应根据出渣情况判断土 层结构，并及时调整泥浆性能指标。在

10、达尔布特特大桥13#-17#的所有桩基中，14#以及15#表层以角砾土为主，下层为强 风化凝灰岩、中风化凝灰岩以及夹杂的不少火山角砾岩，土质结构比较松散，需要采用膨 润土配合出的泥浆保护孔壁。但是13#、16#、17#直接从表面开始便是风化岩，开挖后岩壁 稳定，可以采用清水施工，这样既环保又节约了成本，而且清水不必灌满孔内，只需要孔 底几米就行，主要作用是软化岩石减小钻头的磨损以及降低钻头温度。3.3.4旋挖钻机开钻钻机平台必须夯实压密且要平整，钻机就位后，使钻头中心与钻孔中心重合，调整钻 杆垂直度，注入预先调制好的泥浆，然后进行钻孔。先用筒钻或牙轮钻将孔下岩石破碎， 再用截齿轮将孔底的碎石泥

11、渣捞出。钻机施工过程中保证泥浆面不得低于护筒底部，以此 保证孔壁的稳定性。通过旋挖钻机钻头的旋转、削土、提升、卸土和泥浆的撑护孔壁，反 复循环直至成孔。钻机施工过程中应严格控制钻进速度，避免进尺度较大造成钻头损坏、卡钻或埋钻事 故。钻进时每次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要慢，提斗要 稳，特别是孔口 5m-8m左右要随时测量垂直度，有偏差及时调整，而且必须及时网孔内注 浆，保证孔壁质量。3.3.5成孔检测钻孔完成后，必须检测孔的深度、直径和倾斜度，其中孔径和孔深必须达到设计要求， 倾斜度要求不大于1%，孔径需要使用探孔器测试，探孔器直径小于孔径3cm-5cm，以探孔

12、器能只有下落到孔底为标准。在吊放钢筋笼之前，对孔内的石渣、泥浆进行必要的清理， 是孔内的含泥量和孔底的沉渣符合设计要求。如果是干桩则必须将孔下的渣滓清理干净， 孔下的水位也要全部抽调，然后按照干桩的施工工艺进行灌注，假如不能及时灌注，则要 把孔口盖严，防止孔周围石渣掉入孔内。4、成果和结论通过达尔布特特大桥钻孔桩实践表明，采用旋挖钻机施工桥梁钻孔灌注桩基础具有施工 质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强、环保、质量易于控制等优点，在各种土 层都能起到相当好的作用，这次的钻孔也为以后的工作积累下了经验。发现、发明及创新点：在桩基开挖中，旋挖钻成孔这种比较先进的成孔方式作为新技术脱颖而出，相对

13、于人工 挖孔桩，旋挖钻机具有施工速度快、操作灵活方便、环境污染小、安全性能高、适用性强、 成孔速度快，尤其是在风化岩地区，人工挖孔困难的地方，已成为钻孔灌注桩施工的主要设 备。我们特大桥将其作为钻孔桩成孔的主要设备，得到了项目部的一致认可。但是由于是我 们项目部是第一次使用旋挖钻机，许多地方经验不足，造成了许多不必要的麻烦，经过这次 桩基的开钻，为我们以后的相似施工积累下了丰富的经验。（不超过400个汉字）保密要点：与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较目前主要的挖桩设备有旋挖钻机、回旋钻机、正反循环钻机以及冲击钻等，相对于回旋 钻机钻机，旋挖钻机克服了回旋钻机成孔的桩侧摩阻力低、孔底沉渣多

14、等缺点，而且旋挖钻 机的成孔效率很高，几乎可达回旋钻机的5-6倍速度。虽然投资比回旋钻机较高，但是最终 的经济效益还是远大于回旋钻机。综合来说，旋挖钻机克服了其他钻机污染环境、成孔速度 慢、适应能力差、自动化程度低等缺点，已经逐渐成为现在主流的挖桩设备。应用情况我们项目部现在承建的克塔高速一标段二工区-达尔布特特大桥就采用了旋挖钻机成孔，得到了项目部的一致认可，通过特大桥的成孔经验，在后续的小桥钻孔中， 更好的效果。将会取得成果转化、推广或 产业化方面还需 帮助解决的问题7.经济、社会效益单位：万元人民币项目总投资额回收期经济效益额的计算依据:社会效益:四、本项目曾获科技奖励情况获奖时间奖励名称奖励等级授奖部门本表所填科技奖励是指曾获得以下单位的科技进步奖:经国家科技管理部门认定的有关单位；业主、建设单位等单位。五、申请、获得专利情况表国别申请号专利号项目名称六、主要研究人员名单序号姓 名性另技术职称-化度-文程作位 工单对成果创造性贡献123456789101112131415（人数限制：一等奖不超过15人，二等奖不超过10人，三等奖不超过7人）七、主要完成单位及协作单位情况表单位名称 第完成单位主要贡击卜献单位盖章年 月 日协作完成 单位主要贡献单位盖章年 月 日（完成单位应对项目的主要贡献、完成人员