旋挖钻机施工工法--江苏泰信机械科技有限公司

旋挖钻机施工工法目前，旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。我国正处在一个大发展时期，特别是公路桥梁、铁路、水利、城市发展，需要大量的桩工机械。旋挖钻机作为一项新兴产业,具有高效、节能、低噪音、无污染、适应地层较广泛等这些无可比拟的优点，深得越来越多的施工单位的青睐。但是，根据不同地质情况正确合理地运用工法是保证顺利进行旋挖钻进施工的关键。这对于新进入旋挖钻机施工行业的业主尤为重要。一、施工准备资料准备：（1）开工前应相关部门提供的该工程的地质勘察报告、水文地质资料、桩基工程施工图及图纸会审纪要。（2）施工现场环境和邻近区域内的地下管线（管道、电缆）、地下构筑物、危险建筑物、精密仪器车间等的调查资料。（3）主要施工机械及其配套设备的技术性能资料，所需材料的检验和配合比试验，对所需的材料必需作材料的物理性能试验，并委托有资历的试验室根据所用的原材料作好混凝土的配合比试验。（4）有效的桩基工程的施工组织设计或施工方案，有关载荷、施工工艺的试验参考资料。二、研究工程地质情况做好全面的施工准备，施工前对工程的地质、水文情况进行研究是必需的。这对以后施工组织安排和效益预测等有相当帮助。三、施工机械与设备测量仪器（如全站仪、水准仪）、起重机、旋挖钻机、电焊机、泥浆泵等机械设备须有出厂合格证。中小型等机具的要求：（1）起重机：机体安装坚实平稳，各类离合器、制动器、钢丝绳、防护罩必须安全、可靠有效；操作手应持证上岗；（2）手持电动工具：必须单独安装漏电保护器；防护罩安全有效；外壳必须有接地或接零；橡皮线不准破损。（3）电焊机：有可靠的防雨措施；有良好的接地或接零保护；一、二次线接线处应有齐全的防护罩；二次线应使用线鼻子；配线不许乱搭、乱拉，焊把绝缘良好；焊工持证上岗。（4）气瓶：各类气瓶有明显的色标和防震圈，不准在露天曝晒；乙炔气和氧气瓶距离应大于5m；乙炔气瓶在使用时必须装回火防止器；皮管应用夹头紧固；操作人员必须持证上岗。（5）泥浆泵三台：3千瓦一台，也可选用潜水泵；7.5千瓦一台；12.5千瓦一台。水管与泥浆管根据现场所需购置，管径根据每台泵出水口配置。四、场地布置原则根据设计要求合理布置施工场地，必须落实四通一平，即路、水、电和通信通；先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后，组织有资格的测量放样人员，将所有桩位放出，钉好十字保护桩，做好测量复核，并记录放样数据备案；规划行车路线时，使便道与钻孔位置保持一定的距离；以免影响孔壁稳定；施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时，将场地平整夯实，清除杂物；场地位于浅水时，采用筑岛后在顶面安置钻机，筑岛顶面高出施工水位1.0m左右；钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生不均匀沉陷；钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。1桩位放样：按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样，进行钻孔的标高放样时，应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置，使其误差在规范要求内。2、钻机就位钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。保证桩位附近平整，把钻机开到桩位旁，螺旋钻头的尖端正对桩位标注点。钻机停位回转中心距孔位在3～4.5m之间。在允许的情况下，变幅油缸尽可能将桅杆缩回，这样可以减小钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响。检查在回转半径是否有障碍物影响回转。3、埋设钢护筒在准确放样的前提下埋设护筒，应符合埋设护筒的方法和要求，如果钻孔是在陆地上进行的，则一般采用挖坑法，比较简单易行。钢护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密，不透水。埋设钢护筒时应通过定位的控制桩放样，把钻机钻孔的位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内，找出钢护筒的圆心位置，用十字线在钢护筒顶部或底部，然后移动钢护筒，使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查，使钢护筒垂直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，要分层夯实，达到最佳密实度。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落，如果护筒底土层不是粘性土，应挖深或换土，在孔底回填夯实300-500mm厚度的粘土后，再安放护筒，以免护筒底口处渗漏塌方，夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒上口应绑扎木方对称吊紧，防止下窜。在易缩径的淤泥质粘土和易垮孔的松散杂填土地层和沙层以及严重透水地层必须使用长护筒或全护筒护壁，下护筒的方式有两种：1、振动锤下护筒：用汽车吊或履带吊吊挂电动或液压振动锤夹持护筒高频振动使护筒周边沙土液化重力作用下护筒顺利切入。优点是下放和起拔护筒速度快，在成孔时可用干式成孔法或天然水，降低造浆成本。是开始下护筒时需注意调整垂直度。2动力头驱动器下护筒：利用动力头反正转搓动和加压油缸加压使护筒切入土中。操作方便，并能确保护筒埋置夯实性，缩短挖坑埋置时间，提高成孔效率。五、泥浆制备旋挖钻机的特点与传统的正反循环钻机相比，旋挖钻机具有成孔速度快的特点，其工艺优点为：（1）孔壁不会产生泥皮。因为成孔过程一直都受钻斗的刮擦；（2）在孔壁上形成较明显的螺旋线。这两点有助于增加桩的摩阻力，提高桩的质量。缺点：因为不能形成泥皮，护壁性不好，容易缩径、垮孔。在钻孔灌注桩的施工过程中,为了防止坍孔,稳定孔内水位及便于挟带钻碴,采用澎润土制备成泥浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力,以确保孔壁的稳定,所以泥浆的比重则起到保持这种压力差的关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用;如果泥浆的比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用,其指标的选取是非常重要的。就要求在实际工程的施工中,根据工程地质具体情况,合理地控制不同土层中泥浆的指标。（1）稳定液的原材料:稳定液应具有良好的物理性。能、流变性能和稳定性能。主要指标为密度、粘度、PH值、含砂量等。其中膨润土的质量标准参见《钻井液用膨润土》SY5060-85。控制泥浆的粘土应选择粘粒含量大于50%，塑性指标大于20，含砂量小于5%，二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3-4倍的粘土为宜。稳定液的主要材料见表1。表1稳定液的主要材料表材料名称成分主要使用目的水H2O稳定液的主体膨润土或粘土以蒙特土为主的粘土矿物稳定液的主要材料重晶石硫酸钡增加稳定液相对密度CNC羧甲基纤维素钠盐增加粘性、防护壁剥落腐殖酸族分解剂硝基腐殖酸钠盐控制稳定液变质及改善已变质的稳定液木质素族分解剂铬铁木质素磺胺酸钠盐（FCL）碱类Na2CO3及NaHCO3渗水防止剂废纸浆、棉子、锯末等防止渗水（2）稳定液的配合比应按地基土的状况、钻机和工程条件来定。一般100L的水需加8kg的膨润土，对于粘性土层，膨润土可降低到3~4kg。由于情况各异，稳定液的性能指标和配合比，必须根据地层特性、造孔方法、泥浆用途而有所变化（表2）。表2工程上所用稳定液的性质表项目指标膨润土的最低浓度8%泥浆的最小粘度（500/500ml）25s过滤水的限度（0.3N/mm2）每30min20mlPH指数最高限度11.0（3）稳定液粘度的选取钻斗钻成孔法为了防止孔壁坍塌，所用稳定液的必要粘度参考值如表3。表3钻斗钻成孔法稳定液的必要粘度参考值土质必要粘度（s）（500/500cc）土质必要粘度（s）（500/500cc）砂质淤泥20-23砂（N≥20）23-25砂（N＜10＝＞45混杂粘土的砂砾25-35砂（10≤N＜20＝25-45砂砾＞45六、钻头的类型及应用旋挖钻头实际上就是一个盛土的筒式容器，只是在斗的下侧焊接切削土壤的刀片或刃口。随着旋挖钻进工艺的推广应用，旋挖钻机施工遇到沙层、硬岩基层、卵砾石层等各种复杂地层，旋挖钻机的应用也受到了一定限制。在施工中根据地质报告反馈的地层选用不同的钻头，可以提高施工效率，节约生产成本。钻具选用不合适会导致钻具消耗增加，浪费设备动力能源，还可能会因成孔速度慢而导致孔内事故。钻头的类型很多，常用分为两大类(1)回转钻头:a单底土斗b双底捞砂斗(2)嵌岩钻头:a短螺旋钻头b嵌岩筒钻c牙轮钻头钻具应有一定的刚度，在钻进中或其他操作时，不产生移动和摇晃，钻具的安装应符合生产厂家的标准。施工前，了解施工地质情况选用合理的钻具。在一般地层情况下可选用摩擦钻杆和回转钻头，也就是第四纪地层。施工时可配用短螺旋钻头、回转斗，嵌岩钻头等各种规格的钻头。根据不同的土壤、地质条件选择应用的钻具：回转钻头，适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。嵌岩螺旋钻头，适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层。岩心回转斗，适用于风化岩层及有裂纹的岩石。钻头规格由用户据实际工程的情况选购选配。钻斗的斗齿前角选取旋挖钻机工作时的压力、扭矩传递为：压力：动力头油缸—动力头—钻杆—钻头—切削刀；扭矩：动力头马达—动力头转盘—钻杆—钻头—切削岩土。从整个旋挖钻机工作过程来看，将钻机的动力转变为施工所需的压力和扭矩的大小，在每台钻机出厂以后就已经确定下来，而传输过程中的压力和扭矩的利用率则取决与钻杆和钻头，钻斗的关键参数是斗齿刃前角，对于相同的地层使用同一钻进扭矩，不同的斗齿刃前角度，钻进效率不同。因此，只有选择合适的刃前角，才能提高进尺效率。经过大量的试验：对于硬度较小的第四地层、强风化层和少冰冻土层，钻比较松软的地层时斗齿刃前角应稍大些，选取45°~65°为宜；钻比较硬的地层时斗齿刃前角应稍小些，选取25°~45°为宜。七、旋挖钻机钻杆结构及其应用使用旋挖钻机钻孔，首先遇到的是地质情况（地层硬度）。现把地层硬度由软到硬排列如下：1.淤泥层；2.泥土、（泥）砂层；3.卵（漂）石层；4.强风化岩层；5.中风化岩层；6.弱风化岩层；7.微风化岩层；8.基岩层。1、钻杆的类型根据钻孔时采用的钻进加压方式不同，钻杆分为三种类型：摩擦加压式钻杆（简称：摩擦杆）、机锁加压式钻杆（简称：机锁杆，又称：凯式钻杆）和组合加压式钻杆（简称：组合杆）。摩擦式钻杆（见图1）一般用于较软地层的钻孔施工，可钻进淤泥层、泥土、（泥）砂层、卵（漂）石层。机锁式钻杆（见图2和图3）不但可用于软地层，也可用于较硬地层施工。机锁式钻杆可钻进淤泥层、泥土、（泥）砂层、卵（漂）石层和强风化岩层。2、钻杆的提升和伸放钻杆在完全缩进状态被安装到旋挖钻机上，整根钻杆的重量通过最内一节杆的扁头和提引器相连接作用在主卷扬钢丝绳上。最内一节杆通过焊接（或安装）在其上的圆盘和安装的弹簧、弹簧座（托盘）将其它各节杆托起（弹簧座的外径与一杆钢管外径相同）。钻杆下放（伸出）：钢丝绳下放，钻杆由于自重整体下降，1杆在动力头内键套内滑动下降。当1杆上的减振环碰到动力头上平面时，1杆被动力头托住，停止下降；钢丝绳继续下放，其余各节杆在重力作用下一起继续下降。当第2节杆的挡环碰到1杆下管内键上端面时，2杆被1杆挡住，停止下降；钢丝绳继续下放，其余各节杆在重力作用下一起继续下降。当第3节杆的挡环碰到2杆下管内键上端面时，3杆被2杆挡住，停止下降。如此继续，直到各节杆全部伸出，将安装在最里边一节杆方头上的钻具下放到孔底。由此可见，各节钻杆的伸出（下放）是由外向里进行的。钻杆提升（缩进）：（以5节杆为例）每次钻进结束后，钢丝绳提升，5杆带着钻具一起向上提升，同时5杆向4杆内缩进。当5杆完全进入4杆内时，安装在5杆上的弹簧座（托盘）将4杆托起，带着4杆一起上升，同时4杆、5杆一起向3杆内缩进。如此继续，直到5、4、3、2各节杆全部缩进1杆内，并且1杆也被弹簧座托起在动力头内键套内滑动上升，直至钻杆和钻具全部提出地面。由此可见，各节钻杆的提升（缩进）是由内向外进行的。3、钻杆扭矩传递和加压原理钻机在钻孔作业时，钻杆要将动力头的两个作用力传递给钻具，一个是圆周方向的旋挖扭矩M（圆周力F）；另一个是轴向的加压力N。把这两个作用力从第1节钻杆传递给第2节钻杆；第2节钻杆传递给第3节钻杆…最末一节钻杆传递给钻具。这两个作用力的传递是靠外面一节杆下部的内键和其里面一节杆的外键相互作用完成的