一、旋挖鉆機(jī)

旋挖鉆機(jī)在國(guó)際上的發(fā)展已經(jīng)有幾十年的歷史，在中國(guó)也是在最近四五年才被逐漸認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，成為近年來(lái)發(fā)展最快的一種新型樁孔施工方法，旋挖鉆孔灌注樁技術(shù)被 譽(yù)為“綠色施工工藝” ，其特點(diǎn)是工作效率高、施工質(zhì)量好、塵土泥漿污染少。旋挖鉆機(jī)是一種多功能、高效率的灌注樁樁孔的成孔設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)桅桿垂直度的自動(dòng)調(diào)節(jié)和鉆孔深度的計(jì) 量；旋挖鉆孔施工是利用鉆桿和鉆斗的旋轉(zhuǎn)，以鉆斗自重并加液壓作為鉆進(jìn)壓力，使土屑裝滿鉆斗后提升鉆斗出土。通過(guò)鉆斗的旋轉(zhuǎn)、挖土、提升、卸土和泥漿置換 護(hù)壁，反復(fù)循環(huán)而成孔。吊放鋼筋籠、灌注砼、后壓漿等同其他水下鉆孔灌注樁工藝。

此方法自動(dòng)化程度和鉆進(jìn)效率高，鉆頭可快速穿過(guò)各種復(fù)雜地層，在樁基施工特別是城市樁基施工中具有非常廣闊的前景。

1 旋挖鉆孔樁的施工特點(diǎn)

1.1 可在水位較高、卵石較大等用正、反循環(huán)及長(zhǎng)螺旋鉆無(wú)法施工的地層中施工。

1.2 自動(dòng)化程度高、成孔速度快、質(zhì)量高。該鉆機(jī)為全液壓驅(qū)動(dòng)，電腦控制，能精確定位鉆孔、自動(dòng)校正鉆孔垂直度和自動(dòng)量測(cè)鉆孔深度，最大限度地保證鉆孔質(zhì)量。其工效是循環(huán)鉆機(jī)的20倍，最重要的是，工程的質(zhì)量和進(jìn)度得到了充分的保證。目前在我國(guó)的公路、鐵路、橋梁和大型的建筑物的基礎(chǔ)樁施工中均有采用。

1.3 伸縮鉆桿不僅向鉆頭傳遞回轉(zhuǎn)力矩和軸向壓力，而且利用本身的伸縮性實(shí)現(xiàn)鉆頭的快速升降，快速卸土，以縮短鉆孔輔助作業(yè)的時(shí)間，提高鉆進(jìn)效率。

1.4 環(huán)保特點(diǎn)突出，施工現(xiàn)場(chǎng)干凈。這是由于旋挖鉆機(jī)通過(guò)鉆頭旋挖取土，再通過(guò)凱式伸縮鉆桿將鉆頭提出孔內(nèi)再卸土。旋挖鉆機(jī)使用泥漿僅僅用來(lái)護(hù)壁，而不用于排 碴，成孔所用泥漿基本上等于孔的體積，且泥漿經(jīng)過(guò)沉淀和除砂還可以多次反復(fù)使用。目前很多城市在施工中的排污費(fèi)用明顯提高，使用旋挖鉆機(jī)可以有效降低排污 費(fèi)用，并提高文明施工的水平。

1.5 履帶底盤承載，接地壓力小，適合于各種工況，在施工場(chǎng)地內(nèi)行走移位方便，機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，對(duì)樁孔的定位非常準(zhǔn)確、方便。

1.6 旋挖鉆機(jī)的地層適應(yīng)能力強(qiáng)旋挖鉆機(jī)可以適用于淤泥質(zhì)土、粘土、砂土、卵石層等地層。

1.7 在孔壁上形成較明顯的螺旋線。有助于提高樁的的摩阻力。

1.8 吊放鋼筋籠、灌注砼等施工場(chǎng)地較其他工藝容易布置。

1.9 自帶柴油動(dòng)力，緩解施工現(xiàn)場(chǎng)電力不足的矛盾，并排除了動(dòng)力電纜造成的安全隱患

2適用范圍

旋挖鉆機(jī)一般適用粘土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地層，借鉆具自重和鉆機(jī)加壓力，耙齒切入土層，在回轉(zhuǎn)力矩的作用下鉆斗同 時(shí)回轉(zhuǎn)配合不同鉆具，適應(yīng)于干式（短螺旋）、濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè)。根據(jù)不同的地質(zhì)條件選用不同的鉆桿、鉆頭及合理的斗齒刃角。對(duì)于 具有大扭矩動(dòng)力頭和自動(dòng)內(nèi)鎖式伸縮鉆桿的鉆機(jī)，可以適應(yīng)微風(fēng)化巖層的施工。目前，旋挖鉆機(jī)的最大鉆孔直徑為3m，最大鉆孔深度達(dá)120m，（主要集中在 40m以內(nèi)），最大鉆孔扭矩620kNm。

3 工藝原理

主要是其成孔工藝與其它樁基不同，旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)工藝旋挖鉆機(jī)采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁鉆斗取土的工藝（當(dāng)然也有干土直接取土工藝，視工地現(xiàn)場(chǎng)地層條件而定），是一種無(wú)沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進(jìn)方法，但鉆進(jìn)時(shí)為保護(hù)孔壁穩(wěn)定，孔內(nèi)要注滿優(yōu)質(zhì)泥漿（穩(wěn)定液）。

旋挖鉆機(jī)工作時(shí)能原地作整體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋挖鉆機(jī)鉆孔取土?xí)r，依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層，斜向斗齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時(shí)切下土塊向斗內(nèi)推進(jìn)而完成鉆取土；遇硬土 時(shí)，自重力不足以使斗齒切入土層，此時(shí)可通過(guò)加壓油缸對(duì)鉆桿加壓，強(qiáng)行將斗齒切入土中，完成鉆孔取土。鉆斗內(nèi)裝滿土后，由起重機(jī)提升鉆桿及鉆斗至地面，拉 動(dòng)鉆斗上的開關(guān)即打開底門，鉆斗內(nèi)的土依靠自重作用自動(dòng)排出。鉆桿向下放關(guān)好斗門，再回轉(zhuǎn)到孔內(nèi)進(jìn)行下一斗的挖掘。

旋挖鉆機(jī)行走機(jī)動(dòng)、靈活，終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。

4、施工工藝

4.2.1 泥漿制備

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)泥漿池（含回漿用沉淀池及泥漿儲(chǔ)備池）一般為鉆孔容積的1. 5～2. 0倍，要有較好的防滲能力。在沉淀池的旁邊設(shè)置渣土區(qū)，沉渣采用反鏟清理后放在渣土區(qū)，保證泥漿的巡回空間和存儲(chǔ)空間。

制務(wù)泥漿的的設(shè)備有兩種，一是用泥漿攪拌機(jī)，一是有用水力攪拌器。使用粘土粉造漿時(shí)最好用水力攪拌器；使用膨潤(rùn)土造漿時(shí)用泥漿攪拌機(jī)。

護(hù)壁泥漿再生處理：施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥漿與土渣的相對(duì)密度差使土渣產(chǎn)生沉淀以排除土渣的方法?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置回收泥漿池用作回收護(hù)壁泥漿使 用，泥漿經(jīng)沉淀凈化后，輸送到儲(chǔ)漿池中，在儲(chǔ)漿池中進(jìn)一步處理（加入適量純堿和CMC改善泥漿性能）經(jīng)測(cè)試合格后重復(fù)使用。

4.2.2 埋設(shè)護(hù)筒

樁基定位后，根據(jù)樁定位點(diǎn)拉十字線釘放四個(gè)控制樁，以四個(gè)控制樁為基準(zhǔn)埋設(shè)鋼護(hù)筒，為了保護(hù)孔口防止坍塌，形成孔內(nèi)水頭和定位導(dǎo)向，護(hù)筒的埋設(shè)是旋挖作業(yè)中的關(guān)鍵。護(hù)筒選用10mm厚鋼板卷制而成，護(hù)筒內(nèi)徑為設(shè)計(jì)樁 徑+20cm，高度2.0m，上部開設(shè)2個(gè)溢漿孔，護(hù)筒埋設(shè)時(shí)，由人工、機(jī)械配合完成，主要利用鉆機(jī)旋挖斗將其靜力壓入土中，其頂端應(yīng)高出地面20cm， 并保持水平，埋設(shè)深度1.8 m，護(hù)筒中心與樁位中心的偏差不得大于50mm。護(hù)筒埋設(shè)要保持垂直，傾斜率應(yīng)小于1.5％。

4.2.3 鉆孔定位

在樁位復(fù)核正確，護(hù)筒埋設(shè)符合要求，護(hù)筒、地坪標(biāo)高已測(cè)定的基礎(chǔ)上，鉆機(jī)才能就位；樁機(jī)定位要準(zhǔn)確、水平、垂直、穩(wěn)固,鉆機(jī)導(dǎo)桿中心線、回旋盤中心線、護(hù) 筒中心線應(yīng)保持在同一直線。旋挖鉆機(jī)就位后，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)整其垂直度，鉆機(jī)安放定位時(shí)，要機(jī)座平整，機(jī)塔垂直，轉(zhuǎn)盤（鉆頭）中心與護(hù)筒十字線中心對(duì) 正，注入穩(wěn)定液后，進(jìn)行鉆孔。

4.2.4 鉆進(jìn)成孔

成孔前必須檢查鉆頭保徑裝置，鉆頭直徑、鉆頭磨損情況，施工過(guò)程對(duì)鉆頭磨損超標(biāo)的及時(shí)更換；根據(jù)土層情況正確選擇鉆斗底部切削齒的形狀、規(guī)格和角度；根據(jù)護(hù)筒標(biāo)高、樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高及樁長(zhǎng)，計(jì)算出樁底標(biāo)高，以便鉆孔時(shí)加以控制。

成孔中，按試樁施工確定的參數(shù)進(jìn)行施工，設(shè)專職記錄員記錄成孔過(guò)程的各種參數(shù)，如加鉆桿、鉆進(jìn)深度、地質(zhì)特征、機(jī)械設(shè)備損壞、障礙物等情況。記錄必須認(rèn)真、及時(shí)、準(zhǔn)確、清晰。

鉆孔過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)情況控制進(jìn)尺速度：由硬地層鉆到軟地層時(shí)，可適當(dāng)加快鉆進(jìn)速度；當(dāng)軟地層變?yōu)橛驳貙訒r(shí)，要減速慢進(jìn)；在易縮徑的地層中，應(yīng)適當(dāng)增加掃孔次數(shù)，防止縮徑；對(duì)硬塑層采用快轉(zhuǎn)速鉆進(jìn),以提高鉆進(jìn)效率；砂層則采用慢轉(zhuǎn)速慢鉆進(jìn)并適當(dāng)增加泥漿比重和粘度。

鉆機(jī)就位時(shí)，必須保持平整、穩(wěn)固，不發(fā)生傾斜。為準(zhǔn)確控制孔深，應(yīng)備有校核后百米鋼絲測(cè)繩，并觀測(cè)自動(dòng)深度記錄儀，以便在施工中進(jìn)行觀測(cè)、記錄。鉆進(jìn)過(guò)程 中經(jīng)常檢查鉆桿垂度，確?？妆诖怪?。鉆進(jìn)過(guò)程中必須控制鉆頭在孔內(nèi)的升降速度，防止因漿液對(duì)孔壁的沖刷及負(fù)壓而導(dǎo)致孔壁塌方。鉆進(jìn)成孔過(guò)程中，根據(jù)地層、 孔深變化，合理選擇鉆進(jìn)參數(shù)，及時(shí)調(diào)制泥漿，保證成孔質(zhì)量。在進(jìn)入沙層和卵石層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減慢進(jìn)尺速度，提高泥漿的稠度，減小每個(gè)鉆進(jìn)回次的進(jìn)尺量，保證 孔壁穩(wěn)定。鉆進(jìn)施工時(shí)，利用正鏟及時(shí)將鉆渣清運(yùn)，保證場(chǎng)地干凈整潔，利于下一步施工。鉆進(jìn)達(dá)到要求孔深停鉆后，注意保持孔內(nèi)泥漿的漿面高程，確?？妆诘姆€(wěn) 定。

孔底沉淤控制。旋挖鉆斗的切削、提升上屑的機(jī)理與常見回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的正、反循環(huán)成孔的切削、提升形式完全不同。前者是通過(guò)鉆斗把孔底原狀土切削成條狀載入鉆斗 提升出土，后者是通過(guò)鉆頭把孔底原狀土打碎由泥漿循環(huán)帶出土面。前者底部面緩，鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高對(duì)土的擾動(dòng)很小，沒有聚淤漏斗，所以要加強(qiáng)穩(wěn)定液的管理，控制 固相含量，提高粘度，防止快速沉淀，還要控制終孔前兩鉆斗的旋挖量。成孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)盡快進(jìn)行鉆機(jī)移位、終孔驗(yàn)收工作；從清孔停止至混凝土開始澆灌，應(yīng)控制在1.5-3h，一般不得超過(guò)4h，否則應(yīng)重新清孔。

旋挖成孔灌注樁的施工方法具有施工質(zhì)量可靠、成孔速度快、成孔率高、適應(yīng)性強(qiáng)大大縮短了工期，廢漿少、低噪音、污染小保護(hù)了環(huán)境，克服了機(jī)械成孔時(shí)孔底沉 淤土多，樁側(cè)摩阻力低，泥漿管理差的缺點(diǎn)，極大地提高了施工質(zhì)量。盡管一次投入費(fèi)用較大，但成孔費(fèi)用消耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)比其他方法成孔費(fèi)用低，是一種理想 的施工工藝，同其它工藝相比綜合考慮是降低了成本。從目前看該工藝有著相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、沖擊反循環(huán)鉆機(jī)和反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)

回轉(zhuǎn)鉆成孔灌注樁，又稱正反循環(huán)成孔灌注樁，是用一般地質(zhì)鉆機(jī)在泥漿護(hù)壁條件下，慢速鉆進(jìn)，通過(guò)泥漿排渣成孔，灌注混凝土成樁，為國(guó)內(nèi)最為常用和應(yīng)用范圍 較廣的成樁方法。其特點(diǎn)是：可利用地質(zhì)部門常規(guī)地質(zhì)鉆機(jī)，可用于各種地質(zhì)條件，各種大小孔徑（300mm~200mm）和深度（40m~100m），護(hù)壁 效果好，成孔質(zhì)量可靠；施工無(wú)噪音，無(wú)震動(dòng)，無(wú)擠壓；機(jī)具設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，費(fèi)用較低，但成孔速度慢，效率低，用水量用水量大，泥漿排放量大，污染環(huán) 境，擴(kuò)孔率較難控制。適用于高層建筑中、地下水位較高的軟、硬土層，如淤泥、黏性土、砂土、軟質(zhì)巖等土層應(yīng)用。

隨著高層建筑、公路、鐵路、橋涵工程的發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)工程的施工要求也越來(lái)越高,考慮建筑的載荷和工程地質(zhì)狀況、目前較大一部分工程樁基的施工要穿過(guò)第四系土 層、卵石層等復(fù)雜地層,并將樁基礎(chǔ)的持力層設(shè)計(jì)在基體巖石上,提高單樁承載力,同時(shí)也給樁基礎(chǔ)施工提出了更高的要求,在回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工成本高,又無(wú)法滿足卵 礫石、漂石、塊石、基巖、施工難度大,易坍孔的情況下,20世紀(jì)90年代中期樁機(jī)制造廠為適應(yīng)市場(chǎng)要求,研制開發(fā)了沖擊反循環(huán)鉆機(jī)滿足樁基工程施工要求。

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