旋挖钻机成孔工艺特点及在应用

PAGE旋挖钻机成孔工艺特点及在xxxx高速公路xx大桥桩基施工中的应用1前言旋挖钻机是一种适合在建筑基础工程中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。它广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基础钻孔灌注桩工程。2旋挖钻机在国内的应用情况旋挖钻机是在第二次世界大战后发展起来的新型钻孔设备。我国从上世纪80年代开始引进吸收，但一直没有取得太大的进展。直到2001年国家重点工程青藏铁路大规模施工启动后，由于青藏铁路施工地层很多是永冻的土层、砂砾、不规则泥页岩、还有软硬互层灰岩，有的冻土层厚度达百米以上，适宜用旋挖钻成孔工艺进行施工，中铁集团开始在青藏铁路上大面积推广应用旋挖钻进行桩基成孔。至此，旋挖钻成孔施工工艺在国内较大范围内迅速推广，但由于旋挖钻成孔施工工艺尚属新推广应用的工艺，至今尚无统一的施工技术规范。3挖钻机的机械构造简介目前，国内生产旋挖钻厂家十余家，主要有徐工科技、湖南山河智能、三一重工等。国外主要生产商有德国宝峨、意大利土力、日本日立等。国内产品同发达国家的同类产品相比还有一定的差距，如钻桅垂直度自动控制技术、孔深荧屏显示系统等智能控制技术等，但其机械构造大同小异。其大体构造见下图。4旋挖钻机的主要工艺性能简介旋挖钻机一般适用于粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含部分卵石、碎石的地层，对于大扭矩动力和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩石的施工，如德国宝峨BG20旋挖钻机地层适应能力就比较强，使用嵌岩钻头可钻进单轴抗压强度超过100Mpa的岩石，在国内已有多次钻进强度超过70Mpa的岩石。目前旋挖钻机的最大钻孔直径为3米，最大钻孔深度可达120米。尤其值得一提的是通过将护筒与钻杆联结后，旋挖钻机可将护筒旋沉到所需位置，这对于解决南方厚淤泥层或流沙地质条件下的桩基础成孔施工有重大意义。旋挖钻成孔是通过动力系统带动底部带有活门的桶式钻斗的回转或螺旋钻头的旋切，直接将土旋入钻头内，然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，如此循环往复，直至成孔。旋挖钻机主要是通过科学选择钻头及合理使用钻头来适应不同地层的施工。旋挖钻机的钻头种类主要有以下几类：螺旋钻头、旋挖斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗等，同时每类钻头又可根据不同的构造细分成若干种。短螺旋钻头结构示意图5旋挖钻机在xx大桥桩基成孔的应用情况简介xx大桥桥墩桩基桩径均为φ160的摩擦桩，桩长从25m至42m不等。水上桩施工平台采用填土筑岛围堰。本标段路线展布于xx市东北部，地貌单元主要有第四纪冲湖积平原，丘陵垅岗夹洼地。沿线地形平缓，多为农田、湖汊或鱼塘，植被发育。主要地质为：（1）淤泥：灰色，饱和，流塑状，含少量粉细砂，含腐殖及铁锰氧化物。（2）粘土：黄色，湿，硬塑状，粘性强，手感细腻，刀切面光滑，含铁锰质结核。（3）强风化砂岩：灰白-灰绿色，砂状结构，构造已破坏，主要为粘、中砂及粗砂组成，砂的主要成分为长石、方解石及暗色矿物。雕（欲4粘）卡连强风化泥岩：抱灰绿色，泥质易结构，层状构昆造，主要由粘必土矿物组成。拌5.1痛究旋挖钻机与班冲击机或回转散机性能比较利与传统的冲击肝或回转钻进、昼泥浆循环护壁冈成孔技术相比烈，旋挖钻进无锅论从技术上还抗是设备上都具幅有很多优点。肾（溪1芬）悲阁设备性能先进蹈，自动化程度旬高，劳动强度玻低旋挖钻机为商履带式全液压引自行式钻机，扬采用全套液压嚼系统，有些还线配备先进的电手脑操作系统，查钻杆盘配备有怠两条钢丝绳，脆可以吊运一定飞的重物。旋挖受钻机机、电、滚液一体化高度焦集中，结构紧阻凑，操纵灵活倚方便，时间利蔑用率高。锋（遮2辫）絮役钻进效率高，冬旋挖钻机可根敞据地层情况配乞置不同的钻头赴，在粘性土层堡可使用长钻筒脏，加快钻进速籍度；对于砂卵义石含量较大的敏地层可使用短拔钻筒，配置泥教浆护壁，控制早钻速；对于含锄孤石、漂石及次较硬岩石地层歉可换用长、短嚼螺旋钻头进行惯处理，松动后锻再换上钻筒继偷续钻进。一般彩情况下，在土竹层、砂层的钻醉进速度可达做8m据/耐h梁，在粘土层可艳达槐4.6m传／节h仰，是普通回转桑钻进其的剂3.钉5必倍，甚至更高均。在强风化岩非层（如强风化啄砂岩、强风化畅泥岩，强度不争超届过马800KP断A政），与普通回搏旋钻相比，优舱势更加明显，幕旋挖钻的钻进施速度可绘达遣1~令2诸米色/案小时。扔（元3祸）服蜂成孔后不须清补孔，可直接安家装钢筋笼，进炎行砼浇注。端（感4尘）尚粥成桩质量好，翻旋挖钻进对地灯层扰动小，孔破壁泥皮薄，形平成的孔壁为粗旬糙，有利于增护加桩侧摩阻力晒，保证桩基设椒计承载力。孔病底沉渣少，易带于清孔，提高妥桩端承载力。云（倡5厨）谣止环境污染小，镰旋挖钻进为干诵式或无循环泥深浆钻进，所用烛泥浆量仅为正评反循环钻进馒的弹l膊／签1饮0殊—撕1镰／减2置0遥。因而，施工塌现场整洁，对算环境造成的污球染小。同时旋元挖钻进振动小裹，噪声低。叹当然旋挖桩机瓣与回旋桩和冲容击桩相比也有通其不足之处：浮（悲1嫌）埋爬设备价格昂贵抄，通常情况下外，一台旋挖钻东机的价格都购在撤40呢0晶万元以上，进低口钻机达上千胡万元。携（狗2懒）养咽运行成本较高苗，设备价格昂矩贵，其运行成辟本自然就会较商高。根旋挖钻赤机的全负荷正走常工作寿命羡为努6300酱h衣，维修费用高煌，尤其是卷扬翠系统、液压系抹统主泵、动力府头以及钻杆等眼，这些部件都陡比较贵，损坏幻后更换时间也驾较长。这就使请得旋挖钻机在字实际使用中的煌运行成本大大胳增加。肿（敞3并）灯欠施工场地的制诞约，旋挖钻机蚁施工的工程场碑地要开阔、平惕整。旋挖钻机浑设备较重，一腐套设备一般要极达到几十吨甚丸至上百吨，所渡以对场地要求衔比较高，场地乓须有一定硬度守，以免钻机沉吴陷。不能在地另表松散、泥泞篮、没有夯实的牧场地施工经。阵铸（擦4欢）蹲桃施工地层的制鹿约，旋挖钻进鞭适宜于土层、润砂层，以及较塘松散的、粒径刺较小的卵砾石历层，在粉质粘肚土、粘质粉土具等粘性土层钻戒进效果最佳。牛而在淤泥层、排硬岩层、较致袍密的卵砾石、诚孤石层施工比译较困难，并容自易发生孔内事舅故和机械事故爷，体现不出旋味挖钻进的优越血性。殃5.2断秆实例说明：屈为了能更好地亮说明旋挖钻在钓xx侍大桥桩基成孔篇施工中体现出饰来的优势，现形以甚xx寻大夜桥耕5死2慌号墩桩基成孔虽实例进行说明闭。鸽5异2茂号墩桩基设计兆桩长妙3蓄5艺米明，其榨中健52-买1仓用旋挖钻施工浅，恳52-寿3膏用冲击钻施工宁。士质情况见下表钻机类型钻机类型力学指标数据力学指标数据邀粘土层陆厚种6.7m计亚砂土层仔厚忆3.8m隶砂砾层奥厚将3.8m储卵石层溪厚愉4.5m晶强风化砂岩层同厚晓3.8m颈弱风化泥质粉筋砂岩筛厚秤5.2m韵强风化砂岩层街厚次3.1m栋强风化泥质粉菊砂岩偿厚蛙4.1m肤容许承载倾力版[帖σ惊]资KPA森230节185更380摇500社410垄700塘410架700嘉极限摩阻柳力级[班τ眉]沙KPA青50点55械65窗160终100棍130挤100名130宝挖钻与冲击钻湖钻进效率对比焰旋挖钻与冲击惕钻钻进效率对络比如下表地层类型地层类型钻进耗时钻进耗时辉粘土层喘厚休6.7m絮亚砂土层松厚每3.8m枣砂砾层尘厚办3.8m妈卵石层收厚驻4.5m丝强风化砂岩层贩厚彩3.8m疯弱风化泥质粉究砂岩敢厚怕5.2m估强风化砂岩层透厚矿3.1m李强风化泥质粉透砂岩急厚祝4.1m炎旋挖钻冶1h谅0.5h洞0.5h灯1h哨1.5h迅2h铁2.5h库1.5h业冲击钻火15h革10h付22h疫30h扯22h选20h届18h寸15h毅从以上的成孔君速度对比，旋赛挖钻的成孔速售度约为冲击钻装的护14.横5恰倍。雁（愚3馋）旋挖钻与冲应击钻费用对比跳表杀甜艺费用（元）辱钻机类型汇成孔费用卷施工电费拆配套机械叉旋挖钻犬17500忙0港800庄冲击钻客14070匪3500迟0晋说明：旋挖钻铁成孔费用腥为犬50蚊0窜元费/吩米（综合单价盯包电费），配涨套机械主要指阳转运弃渣用的坊机械。冲机钻么成孔费用浓为宪40感2胳元伶/池米（综合单价叶不含电费）。膜通过以上费用都对比，在苍xx册大桥的施工中徐，旋挖钻的成衬孔费用要比冲及击钻高兵约村4汗%贩左右。沙5.3株仗旋挖钻成孔施盏工注意事项批旋挖钻成孔后马的浇注工艺与陡普通水下灌注观桩工艺基本相仿同，在此不再苦详细介绍。柳旋挖钻成孔施昏工工艺通过在省xx格大桥的应用，顽我们总结了以宿下施工须关注抹的施工注意事奥项：鱼登贩场地平整硬化效求旋挖机自重增达限60-100萄t品左右，对作业雹平台的地基承祝载力要求较牧高逗,或开钻前须对作装业场地进行必持要平整硬化。独本工程施工平佛台采用填土筑被岛围则堰仗,岔旋挖机施工处烦须垫棕上挎2酿-3cm按的钢倘板才,影否则钻进过程意中极易造成平屈台下沉从而导牢致将桩位挤偏扮。软恰脚护筒埋设及拔楼除警xx走大桥护简采用嚼钢护筒，护筒妇内直径怨为轿1.骨8丽ｍ，采用厚呈度疗1夸0愚ｍｍ的钢板制食作，长度旺为断2凑～蜡3蜡ｍ一节。本工喂程淤泥层授在俘1~论5纺米星之间，所以采木用的护筒长度蛾在舞2~胶6风米开。钢护筒的长僚度可随着淤泥聪层厚度的加深扬而加深，并可铸专门配置一台驻振动锤进行拔界除回收工作，咳以解决厚淤泥谈层的施工问题少。揉护筒埋设钢护立筒时，采用较汁大口径的钻头桥先预钻至护筒延底的标高位置佩后，提出钻头备再用钻头将钢件护筒压入到预跌定位置。饰登在砼浇注完成滚后，须立即将制护筒拔除。拔闲除护筒时须做歇到平、稳，避偶免对桩头砼造钩成太大挠动或眯对护筒周边地漂层造成太大挠萄动导致桩头部记位出现夹渣或光缩径现象。嘴视啊钻头的选用求旋挖钻机主要食是通过科学选扭择钻头及合理品使用钻头来适夫应不同地层的县施工。如果钻扮头选择不当，霜会导致进尺效讯率低下，甚至逝无法成孔。例昌如粘土层宜选防用单层底的旋册挖钻斗；淤泥虹、粘性不强的馋土层、沙层、购胶结较差粒径茂较小的卵石层当宜选用双层底答的旋挖钻斗；葵硬胶泥层宜选烤用单进土口的策旋挖钻斗或斗帐齿直螺钻头；译胶结好的卵砾旦石或强风化基商岩，宜选用锥寄形螺旋钻斗或梁双层底的旋挖奶钻斗等。酿同时在钻至较客硬的岩层时，捡需注意调整钻娱头锥角的角度锻，以加快钻进忧速度。另外在罪施工淤泥层或蒜软塑层时，应隔量采用带有通暮气孔的钻斗或蚁对钻斗进行改围进，增设导流荣槽，以降低在闸提升钻斗过程倦中产生的内外扔空气压力差，饿避免产生吸钻缘现象导致孔壁细缩径、坍塌。惊刷室泥浆的配制耽深龙武湖地下水丰晓富，地层为回笨填土、淤泥、脉砂岩、泥岩等炮，钻机钻进过亚程中孔壁不稳酬定，属在钻进过程中邮需制作泥浆护访壁。西军合制备泥浆是旋霉挖钻机能否成渴孔的关键，也侮是影响钻孔进种度和桩基混凝警土质量的关键布。泥浆过稀时局不能浮碴影响司钻进，过稠时裁泥浆附在孔壁责和钢筋上，影替响桩基混凝土商的质量。泥浆锻材料选用膨润角土或粘土、聚随丙烯酰胺以及块烧碱，泥浆从肢制浆机中制作涨后流入泥浆池掩内，为了防止筐泥浆沉淀须用颜泥浆泵将泥浆妖池中的泥浆不漂停的循环。泥按浆池中的泥浆载立方米泥浆需启膨润检土苏45悠0独—灶500kg倡，加入适量烧村碱可提高泥浆例的粘度，实验熟证明：这样的崖泥浆粘土颗粒卡悬浮均匀，沉充淀少，性能稳敲定，满足了钻攻孔需要。族各种材料参量璃配比如下混土层办水辣参量造膨润土忽参量港碱子参量狡聚丙烯酰胺参才量挖粘性土沟１００否６节３垃０．８丽强分化砂岩爪１００摸６论３敌０．８戒含卵石砂岩渴１００态１５答１．８亦０．８坐强分化泥岩扶１００后１０都１．８口０．８臭制浆前，应先疑把粘土块尽量铁打碎，泥浆用着搅拌机制成泥劈浆后流入泥浆搞池中再使用。便泥浆可循环使某用。为了回收萍泥浆原料和减题少环境污染，搏均应设置泥浆喇循环净化系统迎。在钻进过程济中，须根据地趁层不同情况，棒来调节泥浆稠博度。同时应选宰择造浆能力强坐、粘度大的粘赛性土进行造浆束，以提高泥浆织稠度，确保钻桨进过程不塌孔耳，不缩孔。蕉以下是可供参北考的泥浆指标局：市 惹土层派泥浆比重钞粘度（ｓ）包净切力丢（样P奋a吸）唯含砂率访（穗%筑）悟塑性指数劣粘性土当1辉．梅0别3伙～堡1.05糕１５－１６刻1皆．忠0腐～瞧2.5键〈动4闹〉扩15魂强分化砂岩欧1.0庸8耀～估1.10谋１６－１８糖2蜡～寇4腹〈浙4彼〉寇15舰含卵石砂岩剧

1.1职3圾～尸1.15岸１８－２５森

尝3墨～汇5遇〈楼4哨〉圣15芝强分化泥岩角1.0轻5撑～掩1.08达１６－治１邀7玉1跌．蜘0梨～熄2.5若〈治4贞〉笛15聋泥浆的合理配绩制对于孔底沉摸渣的控制具有曾非常重要的影谜响。在同xx逆大桥施工过程瞧中，刚开始时团由于泥浆配制擦不合理，导致定成孔后孔底沉绒渣达担到概1~旗3稀米眼左右，经过用疯专用的捞渣钻魔斗捞渣后，经寨过言1梳个小时左右的售静置，沉渣仍伯可达到锡0.益5票米偶以上。虽然理恰论上经过反复洽的捞渣苦可以将孔底沉才渣控制设计要海求的顺30cm景内，但随着泥勒浆浓度的降低窗，其护壁的稳执定性也越来越犯差，会导致坍烛孔现象的发生梁。因此只有泥昼浆浓度能够满倍足悬浮细渣时践，孔底的沉渣贤才能得到有效汇的控制。实践他证明当泥浆适扭合时，成孔后际浇注前孔底沉爬渣可以控制在桂15cm史以内。在成孔庙过程中应根据况进尺及时补浆盗，将泥浆水头抹始终保持在一固定的高度。钉地层厕适宜升降速度奔（纱m/钱s严）圈粘性土甚０．９７３姿强分化砂岩乡０．４３８挡含卵石砂岩径０．８５８胃强分化泥岩百０．５７５漏地层肉转速（ｒ／ｍ克ｉｎ）徐粘性土旱０～１０少强分化砂岩关０～２０倾含卵石砂岩欺０～１５潜强分化泥岩钥０～８速钻斗转速参考丛值表刘及曲线竭图谜:车话莲浙锐卵钻斗的升降速稳度参考值表业及曲线图：军娃肥钻进速度的控垄制踢旋挖钻机在钻哥进过程中应根病据不同的地层符情况来确定钻斗机的钻进速尝度遍,舟挎在开始钻进或皂穿过软硬层交婶界处时，为保华持钻杆竖直，荐宜缓慢进尺。炒同时在钻进过陆程中应严格控记制钻进速度，杰避免钻进尺度股较大，造成埋灯钻事故。在钻昌进过程中如发膜现钻杆摇晃或纠难钻进时，这授时应立即提钻名检查，等查明波原因并妥善处善理后再钻，以狗免导致桩孔严洁重倾斜、偏移山，甚至使钻杆膏、钻具扭断或因损坏。志钻孔时要合理衣控制钻斗的升堪降速度与。若钻机升降释钻斗时速度较治快，钻斗外壁壮和孔壁之间的俩泥浆冲涮孔壁停，再加上钻斗铲下部产生较大坊的负压作用，嫁造成孔壁颈缩势、坍塌现象。柜所以钻斗提升已时应严格控制峡其速度，经现虏场实践，钻斗象升降速度宜保纳持盯在伴0.75~息0.80m酷/嚼s稼。当在粉砂层注或亚砂土层进勿尺时，其升降触速度应更