旋挖钻机施工应用及常见问题处理方法

旋挖钻机施工应用及常见问题处理

曾银勇 张金杯

摘 要：通过旋挖钻在京津城际轨道交通工程凉水河特大桥的施工应用情况，介绍了旋挖钻施工工艺、施工特点及常见问题的处理方法。

关键词：旋挖钻；施工特点；施工工艺；问题处理 1 前言

旋挖钻机是近几年来钻孔灌注桩施工中较先进的一种施工方法，其高效、环保、效益高的特点，适用于工期紧、工程量大、地质条件较好的工程。本文通过旋挖钻机在京津城际轨道交通工程凉水河特大桥的基础施工中的应用，介绍了其技术性能、施工工艺及常见问题处理。

凉水河特大桥位于北京市通州区内，全长21563.12米，基础均设计为C30高性能混凝土的钻孔灌注桩，桩径分别为φ1.0m、φ1.25m和φ1.5m，桩长50m左右，共计桩基6962根。本桥主要地质由下至上依次为第四系全新统冲积层（Q4al）、海相沉积层（Q4m）及第四系上更新统冲积层（Q4al）、海相沉积层（Q3m），新近堆沉积层，局部表覆人工堆积层（Q4ml）、人工填土。一般以黏性、粉土、砂类土为主，从勘探资料上看其厚度可达百米以上。

2 钻孔设备简介 2.1 钻孔设备选择

由于本工程工期紧、工程量大、质量标准高、环保要求严，为保质保量按期完成近7000根钻孔桩的施工，必须采用具有成孔速度快、施工效率高、施工质量好、移动灵活方便、不使用循环泥浆、产生废浆少、对环境污染小等优点的较为先进的钻孔设备，传统的旋转或冲击钻机很难满足本工程的需要，而旋挖钻机恰好符合这个要求，并且旋挖钻还特别适合于本工程较为松软的地层，所以钻机采用以旋挖钻机为主，旋转钻机为辅的施工方案。 2.2 采用的旋挖钻机类型及主要技术参数

本工程共投入了28台旋挖钻机，主要有中联重科研制的ZR200型钻机、北京经纬巨力生产的ZYR200型钻机、三一重工生产的SR系列钻机以及德国宝峨钻机等，其主要技术参数详见表1。

表1 各种旋挖钻机主要技术参数

型号 指标 最大高度(m) 扭矩(kN·m) 起重力(kN) 功率(kW) 整机重量(t) 施工最大孔径(m) 施工最大孔深(m) 巨力 ZY200 19.75 200 180 246 60 2.2 60 中联重科 ZR200 21.05 220 200 252 70 2.0 60 宇通 YTR230 21.38 230 190 250 65 2.0 60 三一 SYR200 19.5 200 200 193.5 62 2.0 60 三一 SR220 21.05 250 240 250 65 2.3 67 金泰 SD20 20.3 194 200 190 65 2.0 60 辰龙 CLH200 21.09 220 200 216 65 2.0 65 宝峨 BG22 22.20 215 220 177～224 75 1.8 53.6 宝峨 BG25 23.97 245 250 291 81 2.6 82.5 作者简介：曾银勇（1978—），男，工程师，2000年毕业于西南交通大学桥梁专业，工学学士。

52 2.3 旋挖钻机成桩原理

在钻杆的扭矩作用和加压系统的合力作用下使带有活门的桶式钻斗旋转进尺，在钻斗旋转过程中旋起的钻渣从钻斗下方的底口进入钻斗内，当钻斗内装满钻渣时，扭矩反力显著加大，并通过操作室内传感装置反映出来。随后在机组人员操作下，使钻杆反向旋转，由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土。如此循环反复，不断取土、卸土，直钻至设计深度。

2.4 旋挖钻机施工特点

⑴ 机械化程度高

旋挖钻机集机、电、液于一体，操作灵活方便，机械自动化程度高，施工现场可自行移动，自立桅杆，孔位对中方便，施工中采用的伸缩钻杆节省了人力和辅助时间，工效大增。另外，自身有起吊功能，在无吊车时，能自行完成钢筋笼吊装就位、吊接导管；施工后，又可将护筒及时拔出倒用。

⑵ 钻进速度高

由于钻头直接从孔内提取岩土故成孔速度快，在土层和砂层的钻进速度可达10m/h，在黏土层可达4～5m/h，钻孔速度比普通回转钻机快几倍。

⑶ 成孔质量好

旋挖钻施工中采用人工造浆护壁，泥浆性能好，成孔后孔底沉渣少，对桩底质量控制有保证；旋挖钻孔对地层扰动小，所生成的孔壁泥皮薄，生成的孔壁相对于回转钻机施工生成的孔壁相对要粗糙，有利于保证设计桩基承载力。

⑷ 环境污染小

旋挖钻孔施工中不需要进行泥浆循环，所

京津城际轨道交通工程论文集 掏出的土层利于整体堆放外运，施工现场整洁，浆体可以循环利用，施工产生的噪音低，对环境污染小。

⑸ 施工局限性

旋挖钻机设备自身重大，施工场地要求平整开阔。适用于土层、砂层，以及较松散的卵砾石层，在粉质黏土、黏质粉土等土层钻进效果最佳，而在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层施工较为困难，钻头磨损大，成本高，与旋转钻机不同的静态护壁容易造成坍孔。

3 旋挖钻孔施工工艺 3.1 施工场地布置

施工场地根据现场地形情况进行合理安排，平整场地，修筑施工便道，水、电运输及机械设备材料要到位，泥浆排放、钻渣外运也要进行布置安排，必须全面满足施工要求。 3.2 钻机就位、护筒埋设

旋挖钻机底座场地应平整、夯实，确保在钻进过程中钻机不产生基础沉陷。钻机为自行式，就位方便。护筒埋设主要由人工、机械配合完成，利用旋挖钻机的动力头把护筒压入地面，护筒由厚度8～16mm钢板制成，护筒直径比桩基孔径大100～150mm，每节护筒长度1.5～3.0m。护筒顶至少高出地面30cm，同时要满足比地下水高出2m的要求，以保证水头压力，并防止杂物、泥水流入孔内。 3.3 泥浆制备

制备泥浆是旋挖钻机能否成孔的关键，也是影响钻孔进度和桩基质量的关键。旋挖钻机钻孔速度快，钻孔过程中采用静浆护壁，所以普通粘土制备的泥浆不能满足护壁要求。选用优质膨润土，加入纯碱等配制出高质量的复合

旋挖钻机施工应用及常见问题处理 泥浆，这种泥浆颗粒悬浮均匀、沉淀少、性能稳定，能满足钻孔要求。泥浆由拌浆机搅拌后存于泥浆池内，钻孔施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆，维持护筒内应有的水头，防止孔壁坍塌。为了回收泥浆原料和减少环境污染，现场设置泥浆循环净化系统，在钻孔结束和灌注混凝土时，将泥浆排水固定的泥浆池中，循环净化后可重复利用。

泥浆制备应注意两个方面：一是泥浆的指标问题，其比重一般应控制在1.05～1.2之间，粘度控制在17～20s，砂率控制在1%以内。二是补浆的速度，泥浆补充一般采用泵送方式，其速度以保证液面始终在护筒面以上为标准。 3.4 钻孔施工

钻斗中心与桩位中心对正后，调整钻杆垂直度，将钻杆走行臂位置锁定，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。钻机施工过程中保证泥浆面始终不得低于护筒底部，保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆护壁，反复循环直至成孔。

钻进过程中配备专人清理钻头四周夹带的泥块，确保钻头下入孔底有泥浆通道使下钻顺利。由于钻孔速度快，为确保孔壁稳定不出现坍塌，由专人对地质情况进行复查并经常进行泥浆指标的测定，及时调整泥浆性能。

在开始钻进或穿过软硬层交界处时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。在钻孔过程中，应根据具体情况对钻杆进行竖直度检测，防止钻杆因不可控制因素而变动，影

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响成孔质量。

根据不同的地层选配不同的钻头钻进，在粘性土层选用长钻筒，在砂、卵石含量较高的地层可选用短钻筒，控制泥浆质量和钻速，对于含孤石、漂石和较硬岩石地层时，换用长、短螺旋钻头进行处理，松动后换钻筒继续钻进。 3.5 清孔

当钻进至设计高程时，终止钻进，钻头空转无进尺掏渣，同时向孔内注入经过泥浆处理器处理过的泥浆，换出孔底沉碴及浓度较大的泥浆，直至泥浆各项指标、孔底沉渣等符合设计及规范、验标的要求为止，严禁采用加深孔底深度的方法来代替清孔。

对于地质条件较差而导致孔底沉渣过厚的情况，在钢筋笼下放完毕后，由吊机将钢筋笼整体提起，接着用旋挖钻机进行快速清孔。 3.6 安放钢筋笼、安装导管、灌注水下混凝土 与一般钻孔桩相同。需要指出的是，由于旋挖钻机成孔速度非常快，钢筋笼的制作、安装、水下混凝土的灌注能力等必须与之相适应，否则，不能充分发挥该钻机的优势。

4 施工过程中问题处理 4.1 埋钻原因及预防措施

引起埋钻的原因主要有以下几种原因：挖钻钻进时进尺太长或孔壁坍塌，造成钻头和钻杆埋入孔中；孔口塌陷或机械操作失误使孔口的钻头掉入；提钻时受阻或施工中钢丝绳拉断，造成钻头和钻杆埋入孔中；工作扭矩过大，造成钻杆断裂，连接销或提引器损坏造成的掉钻。预防措施：控制钻进进尺长度，钻进过程中根据地层情况调整泥浆特性，确保孔壁稳定；将钻头等杂物远离孔口放置，护筒顶口周边夯实，

54 京津城际轨道交通工程论文集 封闭地表水；提钻时加强监视卷扬压力表，钻进时确保垂直度，提钻时发现压力突变时，及时调整方向；经常检查钢丝绳状况，勤更换；班组施工过程中对连接销、钻杆和提引器等设备勤做检查保养。 4.2 埋钻处理方法

发生掉钻事故后，要及时了解掉钻深度、钻头型式、地层情况、水位高低等情况，制定相应的处理方案。具体处理分以下几种方法：钻头上焊有打捞环的，可以下打捞钩将钻头捞出；如果是钢丝绳拉断引起的，钻杆外还有残留钢丝绳，则重新连接钢丝绳，若没有残留钢丝绳，则用两台吊机结合副卷扬交叉拔起钻杆和钻头；若钻头掉入孔中较深的位置且与孔壁卡紧，先采取措施扩孔，在下长护筒护壁进行打捞。 5 结语

旋挖钻机在凉水河特大桥桩基础施工中得到了充分应用，确保了工程进度和质量，本桥桩基成桩后对全部桩基进行无破损检测，优良率达到93%，充分体现了旋挖钻机施工质量可靠、施工效率高、环保等优点，必将在工程建设中得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]王见．旋挖钻施工简介．施工技术，2005 [2]韩金亭．大口径旋挖钻机在桩基施工中的技术优势．施工技术，2002

[3]刘建国．桥梁桩基旋挖钻施工新技术的应用．施工技术，2002

[4]张启君 杨裕丰．旋挖钻机采购应注意的几个问题的探讨．基础施工，2007