浅谈旋挖钻施工

　　摘要：本文以新建合肥至福州铁路安徽段站前及相关工程3标桩基施工为实例，从工效、质量、成本等方面对旋挖钻和传统钻机成孔工艺进行对比分析研究，阐述了旋挖钻成孔工艺的特点，体现了其在桩基础施工中的优势。

　　关键字：旋挖钻   桩基础

　　我国在上世纪90年代开始从国外引进旋挖钻机，到上世纪末已有国内工程机械厂批量生产旋挖钻机，在最近的10多年来我国旋挖钻机取得了快速发展，旋挖钻施工在各种城市内高架桥、高速公路、铁路等交通设施桥梁的桩基础施工中以低噪音、低振动、钻进速度快、施工现场内移动就位方便、施工占地面积小等诸多优点得到了越来越广泛的应用。

　　工法特点：

　　旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗底部及侧边，镶焊切削刀锯，在液压伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的钻渣装入钻斗内，钻头装满提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。

　　相对于传统钻机，旋挖钻具有以下优点：

　　旋挖钻机采用筒式钻斗成孔，利用钻杆和钻斗的旋转将斗齿切削下来的土直接装进钻斗内，然后由钻杆提出通过钻斗的选装、削土、提升和出土，多次反复成孔。而诸如冲击钻、回旋钻等都是钻头切削岩、土后通过循环泥浆带出孔口。

　　旋挖钻机通常采用履带式行走体系，移动方便，就位仅需几分钟，钻机整体置于履带上进行钻孔作业。而常规钻机要通过吊车或人工进行就位，对原地面要求高，通常需要先布置钻机底座，然后安放钻机。

　　旋挖钻机依靠自身柴油发动机输出动力来完成行走和钻孔，无需现场提供电源。常规动力钻机大多依靠现场提供大功率电源来完成钻孔工作。

　　旋挖钻机自身稳定性通过底盘伸缩式履带调整，钻杆垂直度、成孔垂直度可通过电子监测元件控制，操作司机可随时直接读取垂直度数据，过程控制简易方便。常规钻机自身稳定性和垂直度依靠对钻机底座进行人工抄垫调整，成孔垂直度在钻孔过程中不易获取和调整。

　　适用范围：

　　旋挖钻适用于填土层、黏土层、粉土层、淤泥层、砂土层、短螺旋钻不易钻进含有部分卵石和碎石的地层以及强度不高的风化岩层。成孔孔径一般在0.8～3m，最大成孔深度可达100m。根据不同地质条件可采用干式成孔和湿式成孔，对于粘结性好的土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁。对于松散易坍塌底层，或有地下水分布、孔壁不稳定底层应采用静态泥浆护壁进行钻进。

　　旋挖钻机由于采用旋挖钻头直接上下提取土壤，对于桩壁土的扰动情况相对较大，有较大扩孔率，在易塌地层施工时应格外注意。

　　旋挖钻机钻头一般分为回转钻头和嵌岩钻头。回转钻头包括单底土斗和双底捞砂斗，嵌岩钻头包括短螺旋钻头、嵌岩筒钻头和牙轮钻头。地表土、淤泥质亚粘土、黏土层在干性状态下胶结性比较好，在采用干钻法时可用单底板土层钻斗钻进，也可以用双底板捞砂钻斗和土层螺旋钻斗钻进；若采用湿钻法时因土遇水胶结性变差，一般用双底板捞砂钻斗钻进以便捞取钻渣。淤泥层、砂土层及含水丰富的流砂、流泥等易坍塌底层，应采用双底板捞砂钻斗钻进。砂卵石、卵砾石、泥灰岩、砂岩、灰岩、泥岩、页岩等较硬岩层，应选用机锁杆和短螺旋钻头。对于硬度较大的基岩底层、大的漂石层以及硬质永冻土层，直接用短螺旋钻头或旋挖钻斗钻进都比较困难，需要嵌岩筒钻配合短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进。

　　施工注意事项：

　　旋挖钻机开孔施工应轻压慢进，钻头转速不宜大于10r/min，待主动钻杆全部进入孔后，方可逐步加速进行正常钻进。

　　旋挖钻钻孔过程中应根据地质情况控制进尺速度，防止卡钻和埋钻。一般在硬塑层中钻进时应采用快转速钻进，以提高钻进效率；在砂层等松散易坍塌地层中钻进时应采用慢转速慢钻进，并应适当增加泥浆比重和黏度；在易缩径的地层中钻进时应适当增加扫孔次数，防止缩径；由硬地层钻至软地层时，可适当加快钻进速度；由软地层钻至硬地层时，应减速慢进。旋挖钻机钻孔过程中应严格控制钻头升降速度，减小钻头升降对孔壁的扰动，避免造成塌孔事故。

　　工程实例：

　　新建合肥至福州铁路安徽段站前及相关工程第3标段全长16.9km，包括铜陵长江大桥主桥及南、北引桥，其中南、北引桥全长15.6km，基本为常规跨度的高速铁路预制箱梁，南北引桥基础全采用钻孔灌注桩基础，共4516根，平均桩长52m，最长达82m。桩径为1m、1.25m、1.5m三种孔径。桩基依次穿越：第一大层为全新统新近堆积的填筑土及河槽表层最新沉积的粉、细砂层；第二大层为全新统河流冲积、湖沼相沉积的流塑状淤泥质粉质黏土、软塑状粉质黏土及中密状粉、细、中、粗、砾砂；第三大层以中更新统河流冲积的密实状砾砂、细圆砾土为主，夹粉、细、中砂，江岸局部地段分布少量湖沼相沉积的硬塑状粉质黏土。基岩为陆相碎屑沉积岩，其岩性主要为泥质粉砂岩，砂质泥岩，砾岩和疏松砂岩。由于桩基工程量大、工期紧，综合孔深、桩径、地质和设备资源选择配置扭矩为360kN·m～150kN·m之间不同型号旋挖钻机，孔径1.5m桩基选择360和220型旋挖钻机成孔施工，孔径1.25m和1.0m桩基选择220和150型旋挖钻机成孔，施工施工高峰期现场约30台旋挖钻机同时作业，另配置部分旋转钻机成孔。据统计，旋挖钻机成孔速度约为传统旋转钻机成孔速度的4倍，直接工程费约为0.85倍，其中不含节约的相关措施费。此范围内桩基础工程造价占全部线下工程造价的约40%，采用旋挖钻施工对节约工程费用和减少工期起到了积极的作用。

　　结束语

　　旋挖钻用于土层或强度不高的风化岩层中的钻孔桩施工优势明显，适用性强；自动化程度高，劳动强度低；钻进效率高；成桩质量好；环境污染小。能显著地提高工程施工效率和工程质量。在合理选取施工方法与施工工艺时,能最大限度地节省物力、财力、人力等资源。对工程施工工艺的发展及经济效益的提高具有重要意义。

　　参考文献

　　[1] 铁建设〔2010〕241号，铁路混凝土工程施工技术指南.

　　[2] 铁建设〔2010〕241号，高速铁路桥涵工程施工技术指南.

　　[3] 陈继贤，旋挖钻机施工工艺和经济可行性探讨  《科技情报开发与经济》 2005年06期.

　　[4] GB/T 21682-2008，旋挖钻机.

　　[5] 黎中银，旋挖钻机及施工技术.