旋挖钻机施工工艺概述

1、施工工艺流程

旋挖钻灌注桩施工工艺流程框图见图1。

图1旋挖钻灌注桩施工工艺流程框图

2、施工工艺要点

（1）施工准备

由于旋挖钻机回转半径大，钻杆高，自重大，在作业时需要8米宽操作平台，在钻机就位前使用挖掘机将原地面的软弱土层清除，平整整个场地并夯实做为钻机的施工作业平台，并保证场地有一定硬度以免钻机沉陷或倾斜。若场地软土较厚，硬度不够，则在表面铺设1500px后的砖渣并平整碾压，保证钻机施工作业的安全性。

（2）工程试桩

根据设计图要求，对首根桩进行试钻，并组织的业主、监理、设计、地勘一起参加试桩工作。根据试桩确定的持力层并检验地质资料的准确性等填写试桩报告，作为正式施工的依据。旋挖桩基在首根桩试桩验收合格后方可进行大面积施工。

（3）测量放线

桩位放样按从整体到局部的原则进行桩基的位置放样，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；钻机的安方位置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。桩位的中心点，成孔前用全站仪放点，十字线定位，下护筒后二次检测，在终孔后与放钢筋笼前必须检测，使其误差在规范要求内，以确保桩位准确。

（4）埋设钢护筒

施工前设置坚固、不漏水的钢制护筒，护筒在钢模生产厂家定制，用δ=8mm钢板加工制成，护筒内径比桩径大500px，上下口外围加焊加劲环。长度3m左右,上部设有两个溢流口。

首先以施工桩位中心，用十字交叉法沿桩位四周测放四个护桩，护桩距桩中心点的距离根据现场实际情况确定，以埋设护筒时控制桩不受影响为原则，具体方法为：以桩位中心点为交点，拉出两条相交直线，在直线个终点适当的位置，用4根一定强度的钢筋垂直打入地下（不会被轻易破坏），作为护桩，护桩间直线距离必须比护筒直径大40~50厘米；再将钻头中心对准桩位中心，用钻头挖出桩直径大的圆孔，再用扩孔钻头扩到钢护筒外径大的圆孔，利用护桩拉线复核桩中心线，桩中心有偏差则进行修正，桩位中心准确后将底部整平夯实，然后用钻机安放护筒。安放护筒时，保证钢护筒的圆心和桩的中心重合，护筒壁垂直。护筒安放完成后应复核护筒中心与桩中心的偏差是否小于125px,否则应重新安放。

护筒埋设深度：在粘性土中不宜小于1.0m，在砂土中不宜小于1.5m，当表面土层松软或受水位涨落影响时，尽量将护筒埋置在较密实的不透水土层中至少0.5m。护筒埋设竖直准确，护筒中心与桩位中心偏差小于20mm，护筒竖向的倾斜度不大于1%。

安放护筒后要在护筒周围对称、均匀地回填最佳含水量的粘土，并分层夯实，护筒顶端要高出原地面不少于0.3m。钢护筒埋设后的顶标高要高于地下水面，以便保证钻孔时孔内的水头压力。钢护筒底部穿过松散回填土、流朔状淤泥等不良土层深度不小于1m。埋设钢护筒的同时，挖一条深不小于0.4m的泥浆循环沟，沉渣池和钢护筒的溢流口通过泥浆循环沟连通。

（5）泥浆配置

应合理布置泥浆制备储备池、泥浆回收沉淀池和钻渣储存池，泥浆池容量应满足泥浆循环需要。根据膨润土的性能及土层护壁的要求，确定泥浆配合比和需要数量，进行泥浆性能试验。入孔泥浆密度可为1.05～1.15 g／cm3，遇有粉细砂层层及地质条件变化界面可以调整到1.3 g／cm。

泥浆性能指标见表5-1-9

表5-1-9泥浆性能指标

（6）护壁泥浆要求

当钻进遇到粘土层时采用原土造浆，及时采集泥浆样品，测定性能指标，对新制备的泥浆进行第一次测试，使用前再进行一次测试，钻孔过程中经常进行检测，保证泥浆质量；储存泥浆每8小时搅拌一次，每次搅拌泥浆或测试结果作为原始记录；新鲜泥浆制作好后搁置24小时，经各项指标测试合格方可正式使用，回收泥浆经过振动筛处理，性能指标达到要求后再循环利用；设置拌浆池、贮浆池、循环池、沉淀池和泥浆泵形成循环系统供浆，泥浆池容积满足钻孔桩施工进度要求；

（7）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。通过测设的桩位准确确定钻机的位置，并保证钻机稳定，通过手动粗略调平以保证钻杆基本竖直后, 即可利用自动控制系统调整钻杆保持竖直状态。

（8）钻孔施工时垂直度的控制

本工程采用智能化旋挖钻机，钻机上有车载电脑系统，可以自动显示和调节旋挖钻机的钻孔深度，垂直度，具体操作如下：首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，把旋挖钻机电脑显示器调节到显示桅杆工作画面。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的X轴、Y轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄，在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立桅控制，将桅杆X轴Y轴的偏差度调节到正负零位置，以保证钻孔的垂直度。桩的垂直度在成孔时桩机桅杆上有垂直度控制仪控制，桩机电脑屏上会自动显示，司机根据情况调整，因此垂直度在施工过程中就能控制确保小于1%，达到设计要求；

（9）钻进成孔

1）旋挖钻机的设置及调整

施钻时，将钥匙开关打到电源档，旋挖钻机的显示器显示旋挖钻机标记画面，按任意键进入工作画面。先进行旋挖钻机的钻杆起立及调垂，即首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示钻杆工作画面。从钻杆工作画面中可实时观察到钻杆的X轴、Y轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将钻杆从运输状态位置起升到工作状态位置，在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立控制。实现钻杆平稳同步起立。同时采集限位开关信号，对起立过程中钻杆左右倾斜角度进行保护。

在钻孔作业之前需要对钻杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在钻杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而钻杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的电动按钮或操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的钻杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使钻杆最终达到作业成孔的设定位置。

2）钻孔作业

钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时，显示器显示钻孔的当前位置的条形柱和数字，操作人员可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。在作业过程中，操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表的显示——动力头压力、加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。开孔时，以钻斗自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，用装载机将钻渣装入运渣车运至场外废除，以免污染现场；完毕后，通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。

施工过程中通过钻机本身的三向垂直控制系统反复检查成孔的垂直度，确保成孔质量。

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时,要减速慢进；在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度；如在实际施工过程中出现卵石层，则采取以下措施：对于粒径较小的卵石层采用斗式钻头慢速钻进，粒径较大的卵石层采用锥形螺旋钻头钻进后更换斗式钻头清渣，如此往复，直至穿过卵石层。钻渣要及时运出工地，弃运到合适的地点以达到环境保护的要求。

3）地质情况记录

地质情况记录按相应的地质的相关的表记录；旋挖钻机钻进施工时及时填写《钻孔记录表》，主要填写内容为：工作项目，钻进深度，钻进速度及孔底标高；《钻孔记录表》由专人负责填写，交接班时应有交接记录；根据旋挖钻机钻孔钻进速度的变化和土层取样认真做好地质情况记录，绘制孔桩地质剖面图，每处孔桩必须备有土层地质样品盒，在盒内标明各样品在孔桩所处的位置和取样时间；钻孔桩地质剖面图与设计不符时及时报请监理现场确认，由设计单位确定是否进行变更设计；钻孔时要及时清理倒运孔口出渣，避免妨碍钻孔施工、污染环境；钻孔达到预定钻孔深度后，提起钻杆，测量孔深及沉渣厚度（沉渣厚度等于钻深与灌注前孔深的差值）。

（10）成孔、成孔检查

1）成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁垂直度、沉淀厚度等进行检查，检测前准备好检测工具，测绳等；

2）沉淀厚度必须进行检查，检测前准备好检测工具，测绳、检孔工具等；

3）检孔工具：检孔圆板的外径D为直径加200㎜～300㎜的钢板，厚度为8㎜～15㎜，重量为2.5 Kg～5 Kg。检孔钢筋为Φ22钢筋、长度1.4米。

4）检孔圆板测绳采用钢丝测绳，测绳直接绑扎在检孔圆板与检孔钢筋顶面。

5）沉渣的检测，把检测器放下去，记录检测圆板上测绳的长度；在用钢丝测绳把检孔钢筋放下去、记录检孔钢筋加测绳的长度；两长度之间的差就是沉渣厚度。

6）检测标准：孔深、孔径不小于设计规定；钻孔倾斜度误差不大于1％；沉渣厚度与符合设计规定：沉渣厚度≤50mm；

（11）其他工序施工详见正循环钻机施工工艺要点

3、旋挖钻施工质量控制措施

旋挖钻机由于它对各种地质条件适应能力较强，成孔效率高，施工简单易操作等特点，但是由于自身的一些特点，且其施工工艺环节多，一环不慎，便导致质量事故发生。尤其是在软土和砂土地基施工时更为突出。

（1）旋挖钻机成孔抗扰动能力差，由于成孔抗扰动能力差，所以容易发生塌孔事故，旋挖钻泥浆护壁为静态泥浆护壁，孔壁泥皮薄，因此护壁效果较差，尤其是在砂、卵地层更为突出；其次，旋挖钻机成孔速度快，出渣方式通过旋挖钻斗直接挖出，故孔壁土层稳定性差。

应对此类问题应采取如下预防措施：

1）根据地层地质情况选择合适的钻进速度。

2）施工时选用水化性能好，造浆率高，成浆快，含沙量少的膨润土或黏土，在沙土地层选用精选的膨润土为宜。成孔后如来不及灌注时必须孔内泥浆循环。

3）根据孔口地层地质情况确定适当的护筒长度，尽量使护筒穿透砂层，若孔口砂层过厚护筒长度不得低于6米，以减少因地表上振动能量传递到无护筒孔壁。同时在开钻前检查护筒四周土是否结实，如四周土较为松软，可利用钻杆对护筒四周进行捣实。

4）尽量避免成孔后机械在孔口周围走动。

5）将不可能避免施加在孔口周边的力尽可能的分散，避免局部受力，杜绝外部力直接作用在护筒上。

6）施工过程中钻斗做到慢提慢放和安装钢筋笼时避免擦伤孔壁。

（2）成孔后软土地层易发生缩孔，首先因为旋挖钻出渣方式为钻斗旋挖出渣，孔壁不像其它钻机成孔时有挤压，且相对于其它钻机，旋挖钻成孔速度较为快，故孔壁稳定性比其它钻机成孔孔壁差；应对此类问题应采取如下预防措施：

1）适当加大钻斗直径，在开孔全结合地层地质情况确定钻斗加大尺寸，保证缩孔后的孔径满足设计孔径。

2）适当加大泥浆比重。

3）尽可能的缩短浇注前的操作时间。

（3）施工过程中若施工平台承载力不够，钻机因自重下沉，从而导致孔位偏移、孔斜、孔弯和扩孔等现象发生，因此如何保证钻机位置的稳定性，是保证钻孔质量的关键之一。应对此类问题应采取如下预防措施：

1）施工平台承载力必须满足钻机自重，确保施工过程中平台的稳定性。

2）在行走履带底铺设钢板，使钻机自重产生的力分散于平台上。

3）施工过程中及时清除钻孔渣土，减少渣土带来的泥浆浸泡施工平台，保证钻机底部及周边土质不被泡软。

4）钻机一旦定位开钻后，施工过程中尽量避免钻机在水平位置移动。

5）开钻前将点位用护桩引到不容易遭到破坏地方，同时在两侧履带有明显标志处外侧地面设参考点，并测量其履带上标高，并在施工过程中要经常观察其平面位置和水平位置的变化，一旦发变化，应根据所引出的护桩重新调整钻头中心坐标。

（4）旋挖钻成孔后一般不宜放置时间过长，灌注混凝土速度不宜过快，否则易发生钻孔局部塌孔。因为旋挖钻成孔泥浆护壁泥皮薄，放置时间过长导致孔内上部泥浆中的细粒物质沉淀，导致泥浆比重降低，形成清水孔。灌注速度过快孔内，泥浆和混凝土上升速度也必然加快，对孔壁造成的扰动也就变大，故容易发生局部塌孔事故。

为了避免出现这类质量事故，我项目部采取如下预防措施：

1）尽量缩短成孔后至灌注混凝土的时间。首先做好成孔后各道工序的准备工作。其次加大孔口钢筋笼连接的人员和设备的投入，再次，加快下导管的速度，可以在下导管前将两到三节导管连接好，减少下导管时的连接次数。

2）成孔后若来不及灌注时，必须循环孔内泥浆，避免泥浆沉淀。循环泥浆还可以取到清孔的作用。

3）灌注进入砂层后，要严格控制灌注速度。

（5）卡埋钻具是旋挖钻进施工中最容易发生的、也是危害较大的事故，因此在施工过程中一定要采取积极主动的措施加以预防，一旦出现事故，要采取有效措施及时处理。

1）发生的原因及预防措施：

①较疏松的砂卵层或流砂层，孔壁易发生大面积塌方而造成埋钻。在钻遇此地层前，应提前制定对策，如调整泥浆性能、埋设长护筒等。

②粘泥层一次进尺太深孔壁易缩径而造成卡钻。所以，在这类地层钻进要控制一次进尺量，一次钻进深度最好不超过1000px。

③钻头边齿、侧齿磨损严重而无法保证成孔直径，钻筒外壁与孔壁间无间隙，如钻进过深，则易造成卡钻。所以，钻筒直径一般应比成孔直径小150px以上，边齿、侧齿应加长，以占钻斗筒长的2／3为宜，同时在使用过程中，钻头边齿、侧齿磨损后要及时修复。

④因机械事故而使钻头在孔底停留时间过长，导致钻头筒壁四周沉渣太多或孔壁缩径而造成卡埋钻。因此，平时要注意钻机本身的及时保养和维修，同时要调整好泥浆性能，使孔底在一定时间内无沉渣。

2）处理卡埋钻的方法主要有：

①直接起吊法，即用吊车或液压顶升机直接向上施力起吊。

②钻头周围疏通法，即用反循环或水下切割等方法，清理钻筒四周沉渣，然后再起吊。

③高压喷射法，即在原钻孔两侧对称打2个小孔(小孔中心距钻头边缘0.5m左右)然后下入喷管对准被卡的钻头高压喷射，直至两孔喷穿，使原孔内沉渣落入小孔内，即可回转提升被卡钻头。

④护壁开挖法，即卡钻位置不深时，用护筒、水泥等物品护壁，人工直接开挖清理沉渣。