旋挖钻干式成孔技术与成桩工艺

范平

摘要：随着我国现代化建设的发展，建筑行业迅速崛起，呈现出前所未有的繁荣景象。而且随着建筑技术的不断创新和进步，新技术、新材料、新工艺和新装备不断出现。旋挖钻干式成孔技术与成桩工艺就是其建筑技术革新的重要代表。本文首先對旋挖钻干式成孔技术与成桩工艺的相关概念、定义、优点及工作原理进行了简单的阐述，然后详细描述了旋挖钻机的施工工艺流程和要点，最后简要介绍施工阶段的质量控制措施，希望该工艺在今后建筑工程的具体施工中能够得到更好地应用。

Abstract： With the development of China's modernization， construction industry rose rapidly and has shown an unprecedented prosperity. And with the continuous innovation and progress of construction technology， new technologies， new materials， new technology and new equipment continue to emerge. Rotary drilling dry pore forming technology and pile forming technology is an important representative of construction technology innovation. In this paper， the concept， definition， advantages and working principle of the rotary drilling dry pore forming technology and pile forming technology are briefly described. Then the construction process and main points of the rotary drilling rig are described in detail. Finally， the quality control measures in construction stage are introduced. It is hoped that this process can be better applied in specific construction in the future.

关键词：旋挖钻进设备；旋挖钻；干式成孔技术；成桩工艺

Key words： rotary drilling equipment；rotary drilling；dry pore forming technology；pile forming process

中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）14-0124-03

0 引言

随着我国基本建设的快速发展，各行各业也都得到了很大的发展，城市的基础建设施工项目也随之增多，建筑技术不断改进或推陈出新，推动着建筑行业逐渐迈向一个以技术应用为主的全新发展阶段，技术创新制度体系的构建以及企业技术创新积极性、主动性的提高，在一定程度上增强了建筑技术的发展。随着国内桥梁、铁路事业的发展，我国对建筑的要求朝着“高标准、高质量”的方向逐步迈进，尤其是基础设施开始进入规模化建设阶段，桩基工程越来越常见。目前，旋挖成孔桩已在高等级铁路以及公路桥梁工程领域得到大规模推广应用。尤其近年来出现的旋挖钻机以其成孔效率高、质量好、地层适应性强等技术优势，可实现垂直度的自动调节和钻孔深度的精确计量，逐渐取代了其他钻机，成为钻孔灌注桩施工首要选择机型。旋挖钻成孔是使用斗式钻头旋转钻杆将土挖松收入斗筒中，同时将砾岩块带出孔外的钻孔施工技术。在高等级铁路和公路桥梁工程中，可通过桩基施工提高地基承载力，从而确保主体结构安全稳定。

1 旋挖钻进设备及其技术特点

相对于冲击钻进、回转钻进、泥浆循环护壁成孔等传统钻孔技术来说，旋挖钻进技术具有较多应用优势。

1.1 适用范围广，适应性强

在硬质土地上施工时，传统钻机都存在自重有限的缺陷，一定程度上限制了钻头的施工压力，施工中常常出现问题。与传统的钻机相比，旋挖钻机采用了动力头装置，很好地解决了自重有限的重大问题，大大增强了其钻进能力，并且降低了对施工土质的要求标准，在很大程度上提高了旋挖钻机的适应性。另外，旋挖钻机装配了便于移机的履带式底盘，在野外作业能够表现出更大的应用优势。就现阶段而言，国内大多数类型的旋挖钻机都装配了短螺旋钻头或钻斗进行干钻，或采用无循环泥浆钻孔工法，不仅能旋挖钻进，还适用于全管或套管施工。另外，旋挖钻机还配备了地下连续墙抓斗，可以满足地下连续墙施工要求。因此，它就是一种适应不同施工方法的大型工程钻机（如图1所示）。

1.2 节能环保

旋挖钻机构造简单，能够对钻孔参数及孔地虚土实施有效控制，整个钻进过程中噪音极小。该钻机装配了动力钻头，能够实现快速钻进。因此其旋挖桩施工具有突出的节能特点。同时将松土快速提出孔外，无须采用湿黏的泥浆将钻渣带出孔外。旋挖钻进振动小。而且由于泥浆被用来做为护壁，钻渣则由钻头直接运出至地面装车。据统计，干式旋挖钻进所用泥浆量仅为正反循环钻进的1/10～1/20，因此施工现场整洁，极大地避免了对工地工作环境的污染，改善了施工环境。

1.3 钻进效率高

旋挖钻机的钻头为动力钻头。作业时，通过钻头反复进行上下的机械运动使孔壁粗糙，提高孔壁负荷率和承压力，在很大程度上提高了钻进效率。钻进设备的先进程度是提高钻进效率的关键，旋挖钻机设备性能先进，机械自动化程度高，一定程度上减少了人力作业强度。另外，旋挖钻机为履带式全液压自行式钻机，通过液压系统实现机械运动，有的钻机还装配了微机控制系统，操控功能更加先进。在具体的施工的过程中，可参考地层结构转换钻头，比如长钻筒适用于粘性土层；长、短螺旋钻头适用于漂石、含孤石及较硬岩石地层等等（如图2所示）。

一般情况下，在土层、砂层的钻进速度可达10m/h，在粘土层可达4～6m/h，是普通回转钻进的3～5倍，甚至更高。可见，旋挖钻机的移位也非常方便灵活，现场适应能力非常强，从而加快了施工速度，缩短工期，提高运作效率。

1.4 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。在成孔过程中，孔壁上受钻头的作用会形成较深的纹波线，不易附着泥皮，有利于增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力。

2 旋挖钻干式成孔技术与成桩工艺

2.1 施工准备

施工前要有必要的准备工作，主要从资料、机械及设备等方面进行详细的准备。在资料方面，必要的场地工程地质资料和桩基工程施工图及图纸会审纪要以及相关施工工艺的参考资料等。在机械及设备的准备方面，如测量仪器、旋挖钻孔机、电焊机等都是必须要准备的施工机械设备，值得一提的是：钻头根据地层情况选用，中等密实以上的沙土地层选用回转钻头，中等硬度的岩石及风化层选用镶嵌钻头，达到最好的施工效果，保证施工的正常、安全运作。

2.2 干式成孔施工工艺流程

旋挖桩干式成孔的施工工艺流程为平整场地～测量桩位～准备钻机～挖埋护筒～钻进～清孔～成孔检查～下放钢筋笼～二次清孔～灌注混凝土～凿柱头～成桩检测（如图3所示）。值得注意的是在进行成孔检查过程中，若不合格，则返回钻进操作步骤，直至合格为止；若合格，才可进行下放钢筋笼的操作。

2.2.1 平整场地，测量桩位

平整场地是进行干式成孔施工的重要前提，在进行平整场地的过程中，要结合工程的重要特点，根据设计规范，合理布置施工现场，只有很好地平整好场地之后，制造一个良好安全的施工现场专业工作人员才可以进行桩位的测量方样，进行下一步的工作，因此合理地平整场地对于干式成孔的施工意义重大。

2.2.2 挖埋护筒

在护筒施工环节，先对照设计要求检查护筒的外形和尺寸，确认其符合要求后再安装。选择内径比钻头直径偏大的整体式全钢护筒，筒壁厚度视护筒长度而定（一般在5mm～20mm）。钻进前必须为护筒套上钢板套圈，以避免护筒在周转使用过程中变形；护筒顶部应该比地面高出30cm，为钻头定位留足余量，同时能有效保护桩孔。安装时，首先借助扩孔器扩孔，再借助大扭矩钻头把护筒压放至设计标高。压送完毕后，采用水平仪对护筒垂直度进行测控和调校，同时将护筒和护筒四周的土层夯实。

2.2.3 钻进，清孔

将钻机开到指定位置后，开工前要对照施工要求查看其性能状态是否稳定，以免施工中突发故障耽误工时。钻机准确就位后，就可以开始进行钻进。施钻时，先进行钻杆起立及调垂，顺时针进行旋转钻孔。初期钻进速度不宜过快，手动调垂使钻杆将相对零位控制在±5°以内，再借助显示器上的自动调垂按钮实现自动调垂。操作员应该实时关注钻孔垂直度，通过控制盘随时调整孔道偏差。当孔内钻渣过多后对钻头造成挤压，应将其提出地表，弃至旋挖钻机后，再按逆时针方向旋转钻斗，而后上提钻斗，通过操作显示器上的自动回位或手动操作回转操作手柄对正按钮机器自动回到钻孔作业位置。

采用循环回转钻进技术清理孔内钻渣。清孔时对泥浆参数严加控制。孔内要留一部分泥浆用来保护孔壁，以止塌孔。如果孔内钻渣过厚，一次清孔无法达到设计要求，需要在装好灌浆导管后二次清孔。建议将二次清孔安排在钢筋笼下放完毕后进行，以确保工序之间不相互干扰。

2.2.4 下放钢筋笼，灌注混凝土

在制作钢筋笼的环节，要严格按技术规程和质量标准选择钢筋材料并将钢筋捆扎到位，将护筒顶面作为基准面对钢筋笼的尺寸、质量进行检测，确认其符合要求后再将其下放到孔内。

用吊车配合人力共同下放钢筋笼。起吊时应保持匀速缓慢地移動吊臂将钢筋笼吊至孔位上方，监工人员辅助吊车使钢筋笼与孔位对正后匀速下放，并且要在下放过程中随时观测钢筋笼的位置，严防钢筋笼倾斜破坏孔壁。对照设计标高将钢筋笼下放就位后，焊吊筋固定。

在下放完钢筋笼后，就可以进入混凝土灌注工序。先用专用搅拌机制备浆液，再运到工地，采用导管法直接进行灌注（如图4所示）。

3 结语

目前，旋挖钻干式成孔技术与成桩工艺具有很多优越性和先进性，在高等级铁路和公路桥梁等基础建设中的应用越来越广泛。在具体的施工过程中，旋挖钻干式成孔技术与成桩工艺的应用在很大程度上提高了施工效率和成桩质量，保证了铁路和公路安全、稳定的运行。相信在不久的将来，旋挖钻干式成孔技术与成桩工艺将会得到进一步的完善和进步，在道路桥梁的钻孔工作得到更好的应用。

参考文献：

[1]郭玉文.旋挖钻机在北京城市铁路高架桥桩基施工中的应用[J]，铁道建筑技术，2012（12）：12-18.

[2]陆青涛.旋挖钻孔灌注桩施工技术[J]，技术与市场，2012（1）：24-25.

[3]卢小伟，旋挖钻机在桥梁施工中的应用[J]，华东公路，2013（4）：32.