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摘?要 旋挖钻孔技术是近年来发展最快的一种新型钻孔施工方法，是一种先进、优质、高效的施工工艺，其标准配置能满足钻孔灌注桩基础工程的大部分施工要求，适合各种桩基础的施工，较传统的冲击、循环钻孔技术具有很大的优越性。本文结合其施工特点、适用范围、施工工艺、质量控制等方面总结该技术在实际中的应用。
关键词 旋挖钻孔；施工技术；应用
中图分类号 U455 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)082-0126-02
1 施工特点
1）采用平行四边形变幅机构，施工机动灵活，作业效率高。所配套的短螺旋钻头、普通钻斗、捞砂钻斗等钻具，可钻进粘土层、砂砾层、卵石层和中分化泥岩等地层。
2）自动化程度高、成孔速度快、质量高。钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。
3）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，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。其工效是循环钻机的20倍，充分保证了工程质量和进度。
4）旋挖钻施工具有噪音小、环保的特点；对于地质条件较好的施工现场，可采用干式或清水钻进成孔，无需泥浆护壁，从而克服了冲击钻和回旋钻钻孔时需用泥浆护壁的特点，降低了施工对环境的污染程度，有效降低排污费用，并提高文明施工的
水平。
2 适用范围
旋挖钻机一般适用粘、粉、砂、淤泥质土、人工回填土及含部分卵石、碎石的地层。适应于干式、湿式及岩层的成孔作业。作业时可根据不同地质条件选用不同的钻杆、钻头及合理的刀片或刃口。目前，其最大钻孔直径可达3 m，最大深度达120 m。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的施工。
3 施工工艺
3.1 工艺原理
旋挖钻成孔工艺与其它机械桩基成孔工艺不同，一般采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，是一种无冲洗介质循环的钻进方法，但钻进时为保护孔壁稳定，孔内要注满优质泥浆。
旋挖钻机行走机动、灵活，终孔后能快速的移位或至下一桩位施工。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在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土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。
同时，由于旋挖钻机自重较大，钻进时也可依靠钻杆和钻头自重或加压切入土层，斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；当遇硬土时，自重力不足以使斗齿切入土层时，可通过加压油缸对钻杆持续加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土，其中加压原理是在动力头传递扭矩的同时，通过筒式主轴内壁的板牙与钻杆矩形键间的正压力所产生的摩擦阻力实现向钻斗加压。
钻斗内装满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至孔外，拉动钻斗上的开关即可打开底门，钻斗内的土依靠自重作用自动排出，当靠自重不易排出时，可反复旋转钻斗，利用钻斗旋转惯性将渣土排出；然后将钻杆向下，回转钻斗关好斗门，开始二次钻进。
3.2 工艺流程
3.2.1 进场准备
钻机进场前认真清除地表植被、杂物、积水、更换淤泥，夯填密实，在桩位位置铺设一层碎石，保证钻机停位水平、稳定，以免产生不均匀沉陷。
3.2.2 埋设护筒
根据所在地的地质情况，专门定制符合要求的钢护筒。埋设时护筒高出原地面30 cm，要求钢护筒能耐拉、压、不漏水，灌注混凝土后立刻拆除。护筒埋设时要准确、稳定、护筒平面位置偏差不得大于50 mm，护筒的倾偏差不得大于1%。
3.2.3 钻机就位
钻机为履带式可自行走设备，钻机走到桩位附近后将钻头对中孔位，人工依据桩位十字线，使钻头尖与十字线中心对中，调整桅杆的竖直度及钻机机身的水平。
3.2.4 泥浆制备
选用优质膨润土（细度为200为宜）调制泥浆，为增加泥浆粘度和胶体率可根据现场实际情况在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等。其配制比例是：水100%，膨润土6%—8%，碳酸钠（纯碱）5%，纤维素0.3%。拌浆程序：开动拌浆机→加水→加纯碱→拌和1分钟→加膨润土→拌和→加纤维素→检查泥浆指标→指标合格→出浆。制浆前，应先把膨润土块尽量打碎，使其在搅拌中易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。
3.2.5 钻孔施工
钻孔过程中根据地质情况选择钻头型式以及控制进尺速度。提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁的稳定不利，容易引起坍塌。尤其是遇到软土地区，易出现缩孔或塌孔的地区，钻进过程中应每进尺控制在
30 cm左右。 开钻前要求在护筒内存进适量泥浆，并调制足够数量的泥浆作储备。钻进过程中如泥浆有损耗、漏失，须及时、直接向孔中补充新浆。钻孔作业应分班连续进行，钻孔时一气呵成，不得中途停顿。钻孔深度满足设计要求后，应对孔径、孔深进行检查，并填写钻孔记录表。
3.2.6 一次清孔
由于旋挖钻机的钻渣可直接用旋挖筒提取，所以仅用静态泥浆护壁，这样大大减少了泥浆用量。通常在钻到设计标高后，用旋挖筒进行第一次清孔，把孔底的沉渣清理干净，厚度控制在
10 cm之内，经检查沉碴厚度、孔径、孔深、垂直度合格后方可下钢筋笼和导管。
3.2.7 吊放钢筋笼
钢筋笼在加工棚集中制作，分段进行吊装，接头采用单面搭接焊，上下段保持顺直，在同一条轴线上。为防止钢筋笼吊装运输过程中变形，每节端头、钢筋笼内环加强圈处用钢筋加焊防变形支撑，待钢筋笼起吊至孔口时，将支撑割除。钢筋笼吊装入孔时，动作要轻缓，对准孔中心，防止碰撞孔壁，为防止钢筋骨架在浇筑混凝土时上浮，在钢筋笼上端均匀设置固定杆，支撑系统应对准中线，防止钢筋骨架的倾斜和移动。 3.2.8 设立导管
导管采用快速接头导管，底节长3.8 m，中间段每节2.65 m并配备1 m和0.5 m的调节段。吊装前先试拼，连接牢固，封闭严密，并进行水密承压试验，上下成直线吊装，位于桩孔中央，并在混凝土灌注前进行升降试验，防止导管卡住，导管下口至孔底距离控制在30 cm～50 cm。
3.2.9 二次清孔
钢筋笼和导管安装到位后，采用换浆法把泥浆泵从导管插入进行第二次清孔，时间控制在2小时左右，直至检验返上的新鲜泥浆各项指标达标，测量孔底沉渣厚度符合设计和规范规定（摩擦桩≤20 cm），检验合格后，方可安装大料斗，做好灌注水下混凝土准备。清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度。
3.2.10 灌注混凝土
成孔检测完毕后，应在4 h内用Φ300 mm钢导管灌注水下混凝土。混凝土采用拌合站集中拌合，混凝土运输车运送。混凝土运至灌注地点时，应检查和易性和塌落度，首批灌注混凝土的数量应能满足导管埋入混凝土的深度≥1.0 m和填充导管底部间隙的需要。确认封底成功后，进行正常连续灌注。混凝土灌注过程中，导管埋深一般控制在2～6米。当孔内混凝土面接近钢筋骨架时，使导管保持稍大的埋深，并放慢灌注速度；当孔内混凝土面进入钢筋骨架一定深度后，适当提升导管，使钢筋骨架在混凝土中有一定的埋深，稳定钢筋笼。在灌注过程中，经常测探孔内混凝土面的位置，及时拆卸导管，调整导管埋深。为确保桩顶混凝土质量，混凝土灌注至桩顶设计标高以上1.0 m。多余部分在进入下道工序前凿除，保证桩头混凝土无松散层。在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量。
4 质量控制
4.1 材料的质量控制
根据试验检测选用合格的材料，主要材料水泥、钢材必须有产品合格证，砂、石材料进场时都需进行检查验收，使用时仍需进行严格试验，以确保原材料的质量。
4.2 配合比的控制
钻孔灌注桩水下混凝土使用导管灌注，现场的配合比要随水泥的品种，砂、石规格及用水量的变化而进行调整。现场施工各项技术指标经试验检测全部达规范要求。
4.3 坍落度的控制
在灌注混凝土时试验检测人员要不定期加强对坍落度的控制，混凝土坍落度一般采用18 cm～20 cm，灌注时要严格控制测量标高，导管的埋置深度及距顶点标高，及时调整混凝土坍落度以提高混凝土的强度。
5 结束语
由于钻孔灌注桩属基础工程，又属隐蔽工程，施工难度大，质量要求高，要保证钻孔灌注桩的质量，必须选择先进的设备及优良的施工工艺，并严格把握每道工序质量，才能保证结构工程质量，创造更大的经济价值和社会效益。
关键词 旋挖钻孔；施工技术；应用
中图分类号 U455 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)082-0126-02
1 施工特点
1）采用平行四边形变幅机构，施工机动灵活，作业效率高。所配套的短螺旋钻头、普通钻斗、捞砂钻斗等钻具，可钻进粘土层、砂砾层、卵石层和中分化泥岩等地层。
2）自动化程度高、成孔速度快、质量高。钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。
3）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，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻进效率。其工效是循环钻机的20倍，充分保证了工程质量和进度。
4）旋挖钻施工具有噪音小、环保的特点；对于地质条件较好的施工现场，可采用干式或清水钻进成孔，无需泥浆护壁，从而克服了冲击钻和回旋钻钻孔时需用泥浆护壁的特点，降低了施工对环境的污染程度，有效降低排污费用，并提高文明施工的
水平。
2 适用范围
旋挖钻机一般适用粘、粉、砂、淤泥质土、人工回填土及含部分卵石、碎石的地层。适应于干式、湿式及岩层的成孔作业。作业时可根据不同地质条件选用不同的钻杆、钻头及合理的刀片或刃口。目前，其最大钻孔直径可达3 m，最大深度达120 m。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的施工。
3 施工工艺
3.1 工艺原理
旋挖钻成孔工艺与其它机械桩基成孔工艺不同，一般采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，是一种无冲洗介质循环的钻进方法，但钻进时为保护孔壁稳定，孔内要注满优质泥浆。
旋挖钻机行走机动、灵活，终孔后能快速的移位或至下一桩位施工。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在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土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。
同时，由于旋挖钻机自重较大，钻进时也可依靠钻杆和钻头自重或加压切入土层，斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；当遇硬土时，自重力不足以使斗齿切入土层时，可通过加压油缸对钻杆持续加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土，其中加压原理是在动力头传递扭矩的同时，通过筒式主轴内壁的板牙与钻杆矩形键间的正压力所产生的摩擦阻力实现向钻斗加压。
钻斗内装满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至孔外，拉动钻斗上的开关即可打开底门，钻斗内的土依靠自重作用自动排出，当靠自重不易排出时，可反复旋转钻斗，利用钻斗旋转惯性将渣土排出；然后将钻杆向下，回转钻斗关好斗门，开始二次钻进。
3.2 工艺流程
3.2.1 进场准备
钻机进场前认真清除地表植被、杂物、积水、更换淤泥，夯填密实，在桩位位置铺设一层碎石，保证钻机停位水平、稳定，以免产生不均匀沉陷。
3.2.2 埋设护筒
根据所在地的地质情况，专门定制符合要求的钢护筒。埋设时护筒高出原地面30 cm，要求钢护筒能耐拉、压、不漏水，灌注混凝土后立刻拆除。护筒埋设时要准确、稳定、护筒平面位置偏差不得大于50 mm，护筒的倾偏差不得大于1%。
3.2.3 钻机就位
钻机为履带式可自行走设备，钻机走到桩位附近后将钻头对中孔位，人工依据桩位十字线，使钻头尖与十字线中心对中，调整桅杆的竖直度及钻机机身的水平。
3.2.4 泥浆制备
选用优质膨润土（细度为200为宜）调制泥浆，为增加泥浆粘度和胶体率可根据现场实际情况在泥浆中掺入适量的碳酸钠、烧碱等。其配制比例是：水100%，膨润土6%—8%，碳酸钠（纯碱）5%，纤维素0.3%。拌浆程序：开动拌浆机→加水→加纯碱→拌和1分钟→加膨润土→拌和→加纤维素→检查泥浆指标→指标合格→出浆。制浆前，应先把膨润土块尽量打碎，使其在搅拌中易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。
3.2.5 钻孔施工
钻孔过程中根据地质情况选择钻头型式以及控制进尺速度。提升速度过快，泥浆在回转斗与孔壁之间高速流过，冲刷孔壁，破坏泥皮，对孔壁的稳定不利，容易引起坍塌。尤其是遇到软土地区，易出现缩孔或塌孔的地区，钻进过程中应每进尺控制在
30 cm左右。 开钻前要求在护筒内存进适量泥浆，并调制足够数量的泥浆作储备。钻进过程中如泥浆有损耗、漏失，须及时、直接向孔中补充新浆。钻孔作业应分班连续进行，钻孔时一气呵成，不得中途停顿。钻孔深度满足设计要求后，应对孔径、孔深进行检查，并填写钻孔记录表。
3.2.6 一次清孔
由于旋挖钻机的钻渣可直接用旋挖筒提取，所以仅用静态泥浆护壁，这样大大减少了泥浆用量。通常在钻到设计标高后，用旋挖筒进行第一次清孔，把孔底的沉渣清理干净，厚度控制在
10 cm之内，经检查沉碴厚度、孔径、孔深、垂直度合格后方可下钢筋笼和导管。
3.2.7 吊放钢筋笼
钢筋笼在加工棚集中制作，分段进行吊装，接头采用单面搭接焊，上下段保持顺直，在同一条轴线上。为防止钢筋笼吊装运输过程中变形，每节端头、钢筋笼内环加强圈处用钢筋加焊防变形支撑，待钢筋笼起吊至孔口时，将支撑割除。钢筋笼吊装入孔时，动作要轻缓，对准孔中心，防止碰撞孔壁，为防止钢筋骨架在浇筑混凝土时上浮，在钢筋笼上端均匀设置固定杆，支撑系统应对准中线，防止钢筋骨架的倾斜和移动。 3.2.8 设立导管
导管采用快速接头导管，底节长3.8 m，中间段每节2.65 m并配备1 m和0.5 m的调节段。吊装前先试拼，连接牢固，封闭严密，并进行水密承压试验，上下成直线吊装，位于桩孔中央，并在混凝土灌注前进行升降试验，防止导管卡住，导管下口至孔底距离控制在30 cm～50 cm。
3.2.9 二次清孔
钢筋笼和导管安装到位后，采用换浆法把泥浆泵从导管插入进行第二次清孔，时间控制在2小时左右，直至检验返上的新鲜泥浆各项指标达标，测量孔底沉渣厚度符合设计和规范规定（摩擦桩≤20 cm），检验合格后，方可安装大料斗，做好灌注水下混凝土准备。清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度。
3.2.10 灌注混凝土
成孔检测完毕后，应在4 h内用Φ300 mm钢导管灌注水下混凝土。混凝土采用拌合站集中拌合，混凝土运输车运送。混凝土运至灌注地点时，应检查和易性和塌落度，首批灌注混凝土的数量应能满足导管埋入混凝土的深度≥1.0 m和填充导管底部间隙的需要。确认封底成功后，进行正常连续灌注。混凝土灌注过程中，导管埋深一般控制在2～6米。当孔内混凝土面接近钢筋骨架时，使导管保持稍大的埋深，并放慢灌注速度；当孔内混凝土面进入钢筋骨架一定深度后，适当提升导管，使钢筋骨架在混凝土中有一定的埋深，稳定钢筋笼。在灌注过程中，经常测探孔内混凝土面的位置，及时拆卸导管，调整导管埋深。为确保桩顶混凝土质量，混凝土灌注至桩顶设计标高以上1.0 m。多余部分在进入下道工序前凿除，保证桩头混凝土无松散层。在灌注将近结束时，应核对混凝土的灌入数量。
4 质量控制
4.1 材料的质量控制
根据试验检测选用合格的材料，主要材料水泥、钢材必须有产品合格证，砂、石材料进场时都需进行检查验收，使用时仍需进行严格试验，以确保原材料的质量。
4.2 配合比的控制
钻孔灌注桩水下混凝土使用导管灌注，现场的配合比要随水泥的品种，砂、石规格及用水量的变化而进行调整。现场施工各项技术指标经试验检测全部达规范要求。
4.3 坍落度的控制
在灌注混凝土时试验检测人员要不定期加强对坍落度的控制，混凝土坍落度一般采用18 cm～20 cm，灌注时要严格控制测量标高，导管的埋置深度及距顶点标高，及时调整混凝土坍落度以提高混凝土的强度。
5 结束语
由于钻孔灌注桩属基础工程，又属隐蔽工程，施工难度大，质量要求高，要保证钻孔灌注桩的质量，必须选择先进的设备及优良的施工工艺，并严格把握每道工序质量，才能保证结构工程质量，创造更大的经济价值和社会效益。