旋挖钻机选型应用及成本控制

盛拥国

（中国水电基础局有限公司，天津 301700）

1 旋挖钻机在钻孔灌注桩施工中的显著优势

（1）钻机自动化程度高，施工质量有保障。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。主、副两个卷扬可适用于现场多种情况的需要，在适应的地质条件下工效是其他钻孔设备的十余倍，还可最大限度地保证钻孔质量。

（2）旋挖钻机对各类地层的适应能力强，应用面广。适用于淤泥质土、砂土、粘性土、粉质土、卵石层等地层施工，并可入岩施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中可得到广泛应用。

（3）成孔速度快，钻进效率高。伸缩钻杆不仅向钻头传递回转力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，缩短了钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。

（4）节省工序作业时间。履带底盘承载，接地压力小，适合于各种工况，在施工场地内行走移位方便，机动灵活，对桩孔的定位非常准确、方便。自带柴油动力，可缓解施工现场电力不足的矛盾。

（5）环保特点突出，有助于施工现场文明施工。通过钻头旋挖取土，再通过凯式伸缩钻杆将钻头提出孔内后卸土。泥浆仅用来护壁，而不用于排碴，成孔所用泥浆基本上等于孔的体积，且泥浆经过沉淀和除砂还可以多次反复使用。目前很多城市在施工中的排污费用明显提高，使用旋挖钻机可以有效降低排污费用，并提高文明施工的水平。

2 旋挖钻机选型应考虑的主要参数及实际应用效果

2.1 确定关键参数，合理选型降低成本

准确的地质条件、水文情况、孔径孔深参数、设备扭矩、加压力、发动机及底盘、动力头、液压泵、电气元件、钻杆、钻具是旋挖钻机选型中必须要考虑的关键因素，通过合理选型与配置，可有效降低成本。

（1）地质水文条件、孔径孔深，直接决定着应从哪个范围段确定设备选型。桩径加大意味着钻斗的直径增加，因此阻力臂增加，增加扭矩负载，需选择较大扭矩的钻机。加压油缸输出压力传给钻斗上的钻齿，桩径增加，意味着钻齿数量的增加，使得每个齿上的压强减小，降低了钻进能力，因此在设备选型中须综合考虑，将动力头强大扭矩和加压力有效加载到钻具，使得破碎岩石能力强。

（2）发动机功率应和液压主泵、主阀等配套机构合理匹配，对发动机来讲，在满足环境排放标准的前提下，动力性要和地质情况及桩径尺寸相适应，即在满足设计功率储备下，还要考虑经济性和环保要求。根据不同工况条件，选择不同功率模式，以让发动机和液压系统合理匹配，达到燃油经济性要求。如在第四纪覆盖层施工，可以选择普通功率模式；在入岩和复杂地层中施工可以选择重载功率模式；操作手根据实际工况选择相适应的功率模式，节能降耗，适应工况变化能力强。最好配置极限功率控制系统，当操作手在粘土中施工遇到缩径猛提钻杆或者遇到复杂地层动力头扭矩急剧增加时，极限功率控制系统会根据传感器回馈信号及时调节液压输出功率，避免发动机失速和熄火从而有效保护发动机。

（3）底盘重量大，会使设备重心更低，适当选配外挂配重，可大幅提升设备在施工状态中的稳定性，确保在较大口径、深桩、入岩工况施工时设备的安全性、稳定性及成孔质量，同时有效改善操作机手的工作环境。

（4）动力头转速应多档控制，钻进效率更高，动力头若采用3组马达驱动，传扭平稳可更好实现低转速大扭矩。液压系统和电器元件应优选配置国际知名品牌的主泵和主阀，使整机具有超强稳定性、可靠性，延长使用寿命。遇到复杂地层钻进时，钻具自重不够，需要加压钻进，钻机配置油缸加压钻进功能，可根据不同地层调整最大加压力，提升工效。

（5）钻杆属易损件，是钻机配套关键部件之一，将扭矩和加压力传递给钻具，钻杆承受钻机输出扭矩和加压力，承受操作不当的惯性冲击，承受钻进恶劣地质剧烈振动。目前施工中主要有以通过扭矩负载产生的摩擦阻力传递加压力的摩阻式钻杆和通过机锁点机锁传递加压力的机锁式钻杆。摩阻钻杆适合松软不入岩地层，如泥岩或砂岩等地层，但地层较硬时需要换成机锁钻杆。目前国内地层华东区域软地层较多，用摩阻钻杆较多，一过秦岭地层较硬，大多为机锁钻杆。

2.2 钻具选择及材料单耗控制

钻机输出扭矩和加压力，作用在钻具上的钻齿，对地质进行切削破碎，将渣土通过钻斗提出孔外。工欲善其事、必先利其器，选择适宜的钻具将使工效剧增，并大幅降低耗材费用。目前市场常用的钻头有：双底斗齿捞砂钻头（适宜于覆盖层、松软的砂层等一般地层）、双底截齿钻头（适宜于风化岩等风化层）、截齿岩心筒钻（适宜于坚硬地层）、牙轮岩心筒钻（适宜于非常坚硬的花岗岩等地层）、双头单螺旋截齿钻头（定形和垂直度好，适合入岩取芯）、双头单螺旋斗齿钻头（适合松散地层、干孔、下护筒施工），因此选择最适宜工程条件的钻具是促进工效、降低成本的关键。子弹头等截齿耗材是施工中的易耗品，应结合地质条件通过实践试验确定后方可广泛使用。同时，严格按照维护保养程序，不折不扣的做好定期维护保养，避免大额配件损坏，也是控制成本的关键点所在。

2.3 适应市场建立有效的绩效考核机制

操作手操作水平、责任心，以及对设备故障的排除能力、完好率控制、维修保养费用能不能控制在计划的额度内，也是保障生产、降低成本的关键因素。因此，操作手的选择上一要考虑技术水平，二要考虑责任心及服务精神。目前施工企业单机操作手配置数量多，收入水平低，与市场存在差距，应减少数量配置，与市场接轨，实施高收入、淘汰制，量化指标，制订务实有效的操作手考核制度，并予以及时兑现。可增强设备使用人的责任意识、服务积极性，加强设备使用、管理、维修保养、安拆等各项工作，有力地促进生产，降低成本。

3 各类地层及桩径下的操作技巧

在不同的地质条件和桩径大小深浅不一时，旋挖钻机的适应性是不一样的，采取对应的施工技巧，会事半功倍，力促生产。

3.1 各类地层下的加压与转速控制技巧

软土作业，因负载轻，经过大流量输出，可高转速加压钻进；砂土、粘性土、粉质土地层作业，高速钻进工效明显；碎石层作业，折断边齿时有发生，用中速钻进则可避免耗材损失；卵石层作业，则采用慢转速钻进，工作效率反而提高；硬岩地层，可配备潜孔锤钻具，以压缩空气为动力，产生的冲击功和冲击频率直接传给锤头，快速将桩孔直径内的岩石破碎，提升硬岩施工工效。

3.2 深孔桩施工技巧

深桩施工作业时，钻具提升下放耗时长、钻杆传递钻压效率低，钻杆加长后长细比较大，施工中又要承受较大的扭矩和加压力，尤其是机锁杆又要频繁地上解锁，所以钻杆的故障率会急剧上升。因地层软硬不均、钻杆加长后整体钢度降低、钻具变长后累积间隙加大钻头摆动加大，致使桩孔偏斜度大，还会发生孔壁不稳定坍塌埋钻等现象。可通过以下操作技巧降低施工难度：加高钻头长度，提高每钻钻碴量，钻头增设通气孔，提升下钻速度；工作场地平整和坚固，减少钻机摆动，经常修正调平系统，使钻杆垂直工作，钻杆上加扶正圈，钻头上部加配重装置，采用孔底加压，使钻具钻进时具有自垂作用；配制优质泥浆避免塌孔。

3.3 大桩径施工技巧

大桩径作业时，工效急剧下降、桩孔易偏斜、孔内事故多。可通过以下操作技巧提升工效。制定合理的钻进方案，优选大功率、大扭矩型钻机，适宜地层一径到底成孔；如进尺效率明显降低，采用分级钻进，可导向钻进直到孔底再换大径钻头扩孔，也可选择合理首钻直径，一般钻取面积不小于总面积的一半；钻杆加扶正器，若遇到特别易斜地层，尽量使大长度的取心筒钻过渡；钻杆与钻头最好采用双销；钻头提离地面高速反转，使两层底板之间的进土口打开，快速下落碴土。

4 实际应用效果

近年来，结合项目施工需求和不同特点，先后购置了25型、28型、30型、36型等各类多功能旋挖钻机十余台，通过科学合理的选型，保障生产，提升工效，降低了成本。如马来西亚沙巴国际会展中心灌注桩项目，地层上部4～7m为粘土、粉质粘土、细沙等回填层，下部20～22m为松散的砂质粉土，底部为岩性较为完整、坚硬的砂岩及页岩，最大抗压强度达120MPa，旋挖钻机需施工ø600～ø2000mm五类桩径，最大成孔深度≥44.5m，最大入岩深度达9.5m。该项目旋挖钻机选型中，选择了额定功率为263kW的发动机，动力头扭矩≥300kN·m，油缸加压力和提升力≥250kN的SH30H型旋挖钻机，在实际施工中结合地质特点配置了相应的钻具，针对各类地层及桩径大小采取不同的技术措施，很好的解决了入岩问题，覆盖层平均工效达到17m/h，基岩平均工效约1.6m/h，取得了较好的经济效果。