旋挖钻机现状及前景

一、 桩基工法概述

1． 总体说来，桩基础包括如下施工法：

1） 冲击桩--- 适用于沙土或卵砾石土质，直径较小，深度较浅，一般用于排桩或楼房支撑，但不适合坚硬岩石施工；

2） 反循环--- 适用于沙土，不适用硬质地层。且施工时易造成严重污染；

3） 全套管/半套管基桩---适用于沙土卵砾石或硬质地层，直径可由600mm至2000mm以上，适用于各种不同地质。

鉴于第3)种施工法的明显优势，已成为工程设计采用的趋向。

2．旋挖钻机是可用于全套管/半套管施工工法的一种重要工程设备。作为欧美最普遍的钻孔灌注桩设备，它具有如下特点：

1） 适用不同地质工程。只要配备不同钻头，即可用于对付沙层、土层、卵砾石、岩层等不同地质，不受地域限制；

2） 适用各种桩基工程。除用于旋挖钻进外，经简单改装后，还可用于长螺旋、地下连续墙等施工；适用范围极其广泛；

3） 效率高。在一般土层，钻进进度可达20-30米/小时。速度是传统冲击钻机的几十倍；而操作人员只需配备每台班二至三人即可。

4） 成孔质量高。由于采用内伸缩全导杆钻进，能保证桩的垂直度，且桩径误差小，孔底残渣量小。

5） 机动性强，能独立作业。钻机的安装、拆卸无需辅助设施来完成，且能适应复杂地形的工地。占用空间小，能靠墙操作。

6） 安全、环保。由于设备自动化程度高，人员配备简单，大大减少了工地意外事故的发生。同时，钻机噪音低、污染小，已成为越来越多业主的指定施工设备。

7） 使用方便、维修简单。主要部件均为较为普遍的原产地部件厂家提供（如泵、发动机、马达、减速机等），可直接得到原产地厂家的售后服务支持。同时，设备结构简单，故障率极低。

鉴于旋挖钻机以上种种优势，国家计委已将其列为‘十五’期间国家重点发展的十大建筑机械设备之一，其发展目标，即是逐步淘汰原有的各种陈旧施工设备，使我国的基础工程设备水平向国际看齐。

二、 旋挖钻机市场前景

1. 我国的基础设施建设正掀起了一个新的高潮。主要项目包括：北京申奥配套工程、青藏铁路（二期）、南水北调、西气东输、各主要城市的绕城高速和轻轨（地铁）建设、各地高速公路建设、城市化建设等等。这新一轮的建设开发，为各个桩基施工公司创造了空前的发展机会。由于旋挖钻机作业的明显优势(效率、环保、安全等)，已成为大批重点工程业主的指定施工设备。从以下数据可见一斑。青藏线二期--- 2002年4月开始大规模的二期建设，整个项目中旋挖钻机的需求数量为130台左右。北京申奥工程---今年北京也将正式开始各个申奥工程的施工，包括二期地铁、轻轨、五环、六环路等等。这些项目至少需要40台左右旋挖钻机进行施工。此外还有东三省、河北、河南、山西、陕西、湖北、山东等地，均有重大工程需要旋挖钻机的施工。

2. 国家建设管理部门意识到旋挖钻机的诸多优势，并着手制定了多项鼓励政策。这些鼓励政策将对设计、监理、施工单位等产生层层影响。在这种大背景下，原有的低效、高噪、不环保等设备将逐步被旋挖钻机所淘汰。据权威部门统计，按照中国全国基础工程行业的发展，我国旋挖钻机的合理保有量应为1900台左右。3．我国的旋挖钻机数量与目前的市场需求极不相称。从80年代末开始引进旋挖钻机以来，我国至今仅拥有200台左右的进口旋挖钻机。相比较而言，新加坡一个城市，即拥有了上百台旋挖钻机，而且每年仍以近二十台的数量进口。从旋挖钻机的需求量来看，我国的旋挖钻机拥有量远未达到其应有的水平。尽管近几年旋挖钻机的进口量有了显著上升（每年进口量约30--40台），但可以预见，在未来的十年内，旋挖钻机的供不应求的局面将持续下去。 国内有关工程机械生产厂家也已看到了这个商机，并于数年前开始了旋挖钻机的研制。我们是三一重工北京研究院。我公司现有国内最先进的旋挖钻机：SYR200旋挖钻机及SYR220旋挖钻机。我们已经形成年产20台以上的生产能力，每月能向社会推出三台旋挖钻机。

三、 旋挖钻机投资回报分析

作为旋挖钻机的投资方，考虑得最多的便是旋挖钻机的经济效益。现进行数据分析如下（以意大利NCB公司18型钻机为例）：

一、初期投资 A

钻机,钻具,附属设施600万元；

共计6,000,000.--元

二、产值B

150元/立方 x 140立方/天 x 170天/年 = 3,570,000.--元/年

三、经营成本C

1） 人员开支 9人x 1500元/月x12月 = 162,000元/年

2） 柴油 150天/年x 1000元/天 =150,000/年

3） 其他易损件/维护成本 （更新附属设施、钢丝绳、斗齿、机油滤芯等）

250,000/年

4）运输成本150,000元

5）其他不可预见成本100,000元/年

总计 812,000.--元/年

四、毛利 D=B-C (不含折旧)

总计2,760,000元/年

根据初期投资A和毛利D 的比较可以得知，设备投资的回收年限为2--3年左右。

以上效益分析，仅基于旋挖钻机光成孔的情况。实际上，旋挖钻机机主往往发挥其作为设备拥有者的优势，包揽其他辅助工作（如下钢筋笼、灌浆等）,在额外成本增加很小的情况下，得到额外的收益。

四、 风险分析

1．鉴于旋挖钻机从事的是基础工程作业，相对其他建筑环节，其资金风险要小得多。项目开发单位往往鉴于对形象进度的要求，对资金下拨比较重视；

2．同时，由于目前中国旋挖钻机供求关系的极度不平衡，机主往往能自主选择资金有保障，回笼快的业主从事合作。进一步降低了投资回收的风险；

3．由于意大利厂家旋挖钻机的生产工艺已经相当成熟，钻机的性能能得到长期稳定的发挥。而且， 钻机的核心部件均原产于世界知名厂家（如O&K，Cummins, Rexroth, Brevini, Zollern, 等），确保了产品的低故障率。国内的售后服务中心和专业服务工程师，更为钻机的正常使用提供了保障.

3、配合不同钻具可适用于岩石和不同土质情况下进行深孔、大口径灌注桩

施工。

我国旋挖钻进技术及设备的应用与发展

摘 要：简述了我国旋挖钻进技术的发展概况及旋挖钻进设备及技术的优点、旋挖钻进施工过程中容易发生的事故及解决措施，分析了旋挖钻进技术发展的制约因素，同时认为目前是我国发展旋挖钻进技术的大好时机。

20世纪80年代开始，钻孔灌注桩在我国被广泛应用于高层建筑、地铁车站、城市立交桥、公路及铁路桥梁、大坝基础等领域，其成孔工艺技术及设备也不断发展、改进。先后采用的成孔工艺有冲击钻进、冲抓钻进、正循环回转钻进、反循环回转钻进、冲击回转钻进、冲击反循环钻进，以及旋挖钻进等。所使用的设备也逐步发展，从最初的乌卡斯冲击钻机、冲抓机、岩心钻机加装转盘改装成大口径回转工程钻机，到研制出专用的回转桩孔施工钻机、大口径冲击反循环钻机等，以及从国外引进并逐渐自行生产先进的旋挖钻机。在上述钻孔灌注桩成孔施工技术中，旋挖钻进工艺代表了当今的先进水平，是今后基础处理施工技术的发展方向之一。下面谈一谈旋挖钻进技术及设备在我国的应用情况及今后的发展。

1 我国旋挖钻进技术的发展概况’ 早在1984年，天津探矿机械厂就首次引进美国RDI公司的旋挖钻机并进行消化吸收‘11。20世纪80年代末至90年代初，一些施工企业看到了旋挖钻进技术在施工中体现出的巨大优势，逐渐从国外引进旋挖钻机。此时，一些国外的旋挖钻机制造商也纷纷在中国设立办事处，向中国的基础工程施工行业介绍、宣传旋挖钻机及旋挖钻进施工技术。但由于种种原因，这一先进技术在我国的发展比较缓慢，到90年代末期，我国旋挖钻机的拥有量也就100台左右，而且就是这为数不多的钻机，也没有完全用于生产施工，许多企业购置施挖钻机后，由于运行成本较高，并未用于生产施工中，仍然采用一些传统的方法进行施工。最近二三年来，随着我国基础工程行业的投资不断加大，市场竞争不断加剧，基础工程施工行业逐渐认识到了旋挖钻进技术的优越性，使得这一技术在我国的发展非常迅速。据悉，仅2001年一年，某国外旋挖钻机制造商在我国就销售了近20台旋挖钻机，而在前几年，其每年的销售数量只有几台；某国内旋挖钻机生产企业也销售了十几台，这一数量对于刚刚起步的国内旋挖钻机生产企业来说，预示着非常好的前景。在北京五环路的基础施工中，旋挖钻机已占了绝大多数，最多时达到了30多台；而在青藏铁路格拉段的冻土施工中，中铁集团要求必须采用旋挖钻进施工工艺，2002年上半年在该工地．施工的旋挖钻机数量已达到80台左右。由此可见，旋挖钻进技术在我国的发展前景是非常大的，据有关人员预测，在今后几年内，我国旋挖钻机的拥有量将达到目前的3倍以上。

2 旋挖钻进设备及其技术优点

与传统的冲击或回转钻进、泥浆循环护壁成孔技术相比，旋挖钻进无论从技术上还是设备上都具有很多优点。

2．1 一机多用，实现多种钻进方式

在国外，大型桩孔和基础施工用钻机的设计充分利用液压传动技术，采用模块化组合设计方法，在主机不变的情况下，实现“一机多用”，以满足大型施工机械对不同施工方法的适应性。在我国，把利用短螺旋钻头或钻斗进行干钻或无循环泥浆钻进技术成孔制桩的的设备称为旋挖钻机，实际上它就是一种适应不同施工方法的大型工程钻机，除可进行旋挖钻进 外，还可进行套管或全套管钻进，配备地下连续墙抓斗施工地下连续墙，双动力头切割桩墙施工，以及进行长螺旋钻进(CFA工法)等，真正做到一机多用。

2．2 设备性能先进，自动化程度高，劳动强度低旋挖钻机为履带式全液压自行式钻机，采用全套液压系统，有些还配备先进的电脑操作系统。为了确保旋挖钻机的优异性能，大部分旋挖钻机制造商都在世界范围内选购零部件，如美国卡特比勒(CAT)的底盘、德国的液压系统、日本的电器等，这样可延长旋挖钻机的整体寿命，不致因某一个部件损坏而影响其使用。旋挖钻机机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，操纵灵活方便，机械化、自动化程度高，施工现场内可自行移动，自立桅杆，移动、对孔位方便、快捷。采用伸缩式钻杆，节省了人力和加接钻杆的时间，辅助时间少，时间利用率高。

2.3钻进效率高

旋挖钻机可根据地层情况配置不同的钻头，在粘性土层可使用长钻筒，加快钻进速度；对于砂卵石含量较大的地层可使用短钻筒，配置泥浆护壁，控制钻速；对于含孤石、漂石及较硬岩石地层可换用长、短螺旋钻头进行处理，松动后再换上钻筒继续钻进。与常规钻机相比，旋挖钻机回转扭矩大，并可根据地层情况自动调整。钻压大，并易于控制。同时由于旋挖钻进钻头直接从孔内提取岩土，故其钻进速度非常高。一般情况下，在土层、砂层的钻进速度可达10m/h，在粘土层可达4。6m／h，是普通回转钻进的3。5倍，甚至更高L23。

2．4成桩质量好

旋挖钻进对地层扰动小，子L壁泥皮薄，形成的孔壁为粗糙型L23，有利于增加桩侧摩阻力，保证桩基设计承载力。孔底沉渣少，易于清孔，提高桩端承载力。

2．5环境污染小

旋挖钻进为干式或无循环泥浆钻进，所用泥浆量仅为正反循环钻进的l／10—1／20t31。因而，施工现场整洁，对环境造成的污染小。同时旋挖钻进振动小，噪声低。

3 旋挖钻进施工中易出现的问题及解决措施”—61

3．1 卡埋钻具

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。

3．1．1 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，如在15m以深钻进时，一次钻进深度最好不超过1000px o

(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。

3．1．2 处理措施．

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。

3．2 主卷扬钢绳拉断

钻进过程中如操作不当，易造成主卷扬钢绳拉断。因此，钻进过程中，要注意提下钻时卷扬机卷绳和出绳不可过猛或过松、不要互相压咬，提钻时要先释放地层对钻头的包裹力或先用液压系统起拔钻具。如果钢绳出现拉毛现象应及时更换，以免钢绳拉断而造成钻具脱落事故。

3．3 动力头内套磨损、漏油

发生这一现象的原因除了钻机设计上存在欠缺外，主要是超钻机设计能力钻进所致，所以要注意旋挖钻机的设计施工能力，不要超负荷运行。

3．4 塌孔

主要是因为钻进过程中不使用泥浆，或使用很少的泥浆，护壁效果差所致。为防止钻孔坍塌，钻进过程中应保持孔内水位适当高出地下水位，同时注意控制钻斗的升降速度，避免压力激动。

4 旋挖钻进技术推广应用的制约因素

旋挖钻进技术虽然具有以上诸多优势，也是以后钻孔灌注桩成孔技术的发展方向之一，但是，在这一先进技术的推广应用过程中，也存在一些制约因素，只有认真分析这些不利因素，并采取有效措施加以克服，才能更好地发挥旋挖钻进技术的优势。

4．1 设备价格昂贵

通常情况下，钻孔桩的桩径一般为1．2—1．5m，在购置设备时，一般要考虑有安全储备系数，所购置的旋挖钻机的施工能力要稍大一些，因此目前应用最多的旋挖钻机的施工口径在1．5。2m之间，这样一台旋挖钻机的价格都在400万元以上，如果施工口径再大一些，一台钻机加上配件的价格就要上千万元。对于一般的施工单位而言，尤其是对于绝大多数从事桩基施工的地质队，一次性投资几百甚至上千万元购置设备，一是本身就很难有这么大

一笔设备购置资金，二是从现行的管理体制来看，即使有能力购置这一先进的施工设备，单位的领导也会考虑多方面因素而不会轻易购置。

4．2运行成本较高

设备价格昂贵，其运行成本自然就会较高。根据钻机制造商介绍以及用户的实际使用情况来看，旋挖钻机的全负荷正常工作寿命为6300h，超过这一寿命后，一些部件就需要更换修理，尤其是卷扬系统、液压系统主泵、动力头以及钻杆等，这些部件都比较贵，损坏后更换时间也较长。这就使得旋挖钻机在实际使用中的运行成本大大增加，相应提高了桩基的施工成本。而目前由于桩基市场竞争激烈，加之市场竞争不太规范，许多桩基工程都是经过层层转包后才到了施工企业手中，工程价格都比较低，已没有太大的利润空间，如使用旋挖钻机施工，虽然施工效率较高，工程质量也较好，但利润却很低甚至亏损。这也是许多施工企业将旋挖钻机闲置不用，而仍采用传统的相对比较落后的工法施工的主要原因。

4．3工程量的制约

正由于旋挖钻机价格昂贵，运行成本较高，这就对采用旋挖钻机施工的工程提出了一定的要求，并不像传统的桩基施工工艺，只要工程的地质情况适合即可施工，而对工程本身没有要求。

首先，旋挖钻机施工的工程量要大，场地要开阔、平整。旋挖钻机设备较重，一套设备一般要达到几十吨甚至上百吨，如果单项工程量较小，则搬迁费用很高，而且占用时间长，时间利用率低，这些都不利于旋挖钻机发挥其优势。所以，只有当单项工程量较大时，使得旋挖钻机能够较长时间在同一工地施工，减少搬迁费用，提高时间利用率，才能较好地发挥其优势。除了单项工程量要大外，维持一台旋挖钻机正常运行的总的工程量也有一定的要求，按目前的情况，一般要达到每年钻进工作量在20000延米以上，工程造价在500万元以上，才能够发挥其优势。同时，由于设备较重、较大，要求施工场地比较开阔、平整，且有一定硬度，以免钻机沉陷。不能在地表松散、泥泞、没有夯实的场地施工。

其次，旋挖钻机施工的工程，利润要高。由于旋挖钻进设备价格昂贵，运行成本高，所以只有当工程达到一定的利润率后，才有施工的价值。根据工程经验，一般情况下，只有当工程的毛利率达到50％以上时，才可以采用旋挖钻机施工。

4．4 施工地层的制约

旋挖钻进适用于土层、砂层，以及较松散的、粒径较小的卵砾石层，在粉质粘土、粘质粉土等粘性土层钻进效果最佳。而在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层施工比较困难，并容易发生孔内事故和机械事故，体现不出旋挖钻进的优越性。

5 旋挖钻进技术全面发展的时机

5。1 旋挖钻机生产发展迅速

随着我国基础工程行业的迅速发展，国外的旋挖钻机制造商都看好中国这一巨大的市场，纷纷向中国销售、宣传其旋挖钻机，有的由著名的贸易公司代理，有的直接在中国开设办事处，而有的则直接在中国投资建厂。与此同时，国内的一些企业也通过引进、消化国外技术，开始制造旋挖钻机。

据不完全统计，目前在国内市场上应用的旋挖钻机有十几个厂家的几十个型号。如德国宝峨公司，意大利意马公司、天锐公司、土力公司、CMV公司，利勃海尔，日本日立建机，北京经纬巨力公司，徐工集团等。在这些钻机中，有整机从国外直接进口的，如意大利意马公司的AF系列、天锐公司的Tr5ve系列、土力公司的R系列等；有钻机部件在国外制造后在国内组装的，如德国宝峨公司的BG系列；也有国内企业生产的，如北京巨力公司的zY系列等，但其钻机的关键部件仍是从国外进口，以保证其钻机有良好的性能。这些钻机在性能、价格等方面各有优势，用户可根据自己的实际情况选择，选择余地比较大。

目前可供选择的旋挖钻机性能范围非常大，就最主要的性能参数——孔径而言，各个厂家的主导产品均是最大钻孔直径在1．5。2．0m之间，而钻孔灌注桩的最常用的桩径一般为1．2—1．5m，考虑到安全储备系数，这类钻机对于施工这种桩径是非常适合的。同时，有些厂家生产的钻机孔径范围非常大，4、小型的有最大钻孔直径为1m，的，大型钻机孔径可达到3m，为用户提供了一个非常宽的选择范围，可适用不同的工程需要。各厂家钻机采用的加压方式也各不相同，各有优势。主要体现在钻杆的形式上，摩阻式伸缩钻杆，在软土层钻进效率较高；机锁式钻杆，适于钻进硬岩层，但对操作的要求较高，需找到加压点加压；自锁铠式钻杆，可随时加压，传扭效果好。

综上所述，每种钻机都有其不同的优点，有的价格较为便宜，有的自动化程度较高但对操作的要求也高，有的性能优异但价格比较贵。用户可根据自己的资金情况及常用的工程情况，综合考虑性价比，选购不同价格、不同性能优势的钻机。

5．2 施工工具基本实现国产化

我国在引进旋挖钻机的同时，就开始了其配套施工工具的消化、吸收工作。旋挖钻机配套的施工工具主要有旋挖钻斗、土层短螺旋钻头、嵌岩短螺旋钻头等，这些施工工具国内已有多家单位生产，目前在青藏铁路工地上施工的旋挖钻机，绝大多数都配有国产的施工工具。与国外旋挖钻机原配套的产品相比，钻进效率基本相同，虽然其寿命稍短一些，但其价格仅相当于国外进口产品的1／2—1／4，其综合经济效益明显优于国外进口产品。旋挖钻机用户目前也都愿意使用国产的施工工具，一是可以降低施工成本；二是供货及时；三是维修方便，国内专门的施工工具生产单位，都配备专门的售后服务人员，为用户提供及时完备的售后服务，有的企业甚至在青藏铁路工地上设立了办事处及维修车间，在现场随时为用户进行售后服务。同时，许多旋挖钻机制造商，不论是国外企业，还是国内企业，也都纷纷与国内的施工工具生产单位合作，除了销售钻机时配套的施工工具外(有的国内钻机制造商则不生产施工工具，直接与施工工具生产单位合作)，如果用户再需要购置施工工具，他们也都愿意向用户推荐国内的施工工具生产单位，这样他们可以把精力完全放在钻机的销售及售后服务上，既方便了用户，也能够更大地发挥自身的优势。

5．3 基础工程施工单位体制的转变

随着我国机构改革的不断深入，各省市、各部门都纷纷进行机构重组。如地矿部门，在20世纪80年代初期，各地质队纷纷进入基础工程市场，也都相应地更名为地质工程公司、岩土公司等，但其组织机构并没有根本性的转变，仍以原地质队为一独立的经济实体，无论从施工资质、企业资产、人才等各方面来说，其竞争实力都不强。进入90年代，尤其是进入21世纪后，随着国土资源部机构改革的深化，各施工企业都实行了属地化，各省局都相继成立了一个施工企业集团，将原独立经营的各公司进行整合，有的省甚至将地矿、冶金、有色、煤炭等多个部门从事基础施工的企业进行跨行业整合，这样，大大扩大了企业规模，可以进行资产及人才的重组，增强了企业的竞争能力，使其有能力投资购置旋挖钻机这样昂贵、先进的施工设备，承揽更多、更大的工程，也就能够充分发挥旋挖钻机等先进设备的技术优势。

5．4 基础工程市场不断扩大

随着我国经济的发展，给基础工程市场带来了巨大的发展机遇。尤其是近年来，被称为“五大世纪工程”的三峡工程、西气东输、西电东送、南水北调、青藏铁路等工程相继开工；国家西部大开发政策的实施使西部有一大批基础工程要建设；北京申奥成功后将使以北京为主的几个奥运城市进行大规模的城市建设及奥运场馆的建设。这一系列重大事件，使基础工程市场达到了前所未有的规模。与普通的基础工程相比，这些工程有着其不同的特点，如工程量大、持续时间长；对环保要求严格，西部大开发要保护生态环境，奥运工程的建设不能对城市环境造成污染等；工程进度不能拖延，等等。这些特点对基础工程施工技术提出了更严格的要求，采用常规的施工技术是很难满足这些要求的，而必须采用先进的施工设备和技术，旋挖钻进技术正是钻孔灌注桩施工的首选。

6 结语

旋挖钻机在发达国家已成为钻孔灌注桩施工的主要设备，但在我国的发展比较缓慢。综上所述，旋挖钻进技术及设备具有一系列的优点，虽然其推广应用存在一些制约因素，但无论从我国目前的基础工程施工市场形势及要求、旋挖钻机生产规模、配套工具的生产、基础施工企业的体制等各方面来看，我国旋挖钻进技术全面、快速发展的时期已经到来。随着我国加入WT0及未来有如此大的基础工程市场，国外的基础工程施工企业也必将带着先进的设备及技术涌入中国，国内的施工企业也必须用先进设备及技术“武装”自己，才能在竞争中立于不败之地。笔者相信，今后的几年内，我国旋挖钻机的拥有量将迅速增长，将推动我国基础工程施工设备向机械化、自动化方面发展，同时将使我国基础工程施工技术迈上一个新的台阶。

大口径旋挖钻机在桩基施工中的技术优势

由于国产转盘回转和冲击反循环桩基施工钻机,存在效率低,转移孔位繁琐,对环境污染大,钻孔成本高等缺点。因此,在城市,尤其是北京、天津等一些大城市,逐渐被意大利、德国一些公司生产的旋挖钻机挤出了桩基工程市场。旋挖钻机机械化、自动化程度高,现场移位灵活方便,成孔效率高、质量好,对环境污染小,在桩基施工中,有着常规钻机无法比拟的技术优势,因而,越来越受施工单位的青睐及业主和设计部门的欢迎。对旋挖钻进工艺及各类旋挖钻机的技术性能、结构特点、选型及使用注意事项作一简要介绍。

1 旋挖钻进成孔工艺旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头的回转破碎岩土,并直接将其装入钻头内,然后再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土%D卸土,直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层,可采用干式或清水钻进工艺。而在松散易坍塌地层,则必须采用静态泥浆护壁钻进工艺。旋挖钻进工艺与正反循环钻进工艺的根本区别是,前者是利用钻头将破碎的岩土直接从孔内取出,而后者是依靠泥浆循环向孔外排除钻渣。旋挖钻进工艺的主要优点是:

(1)由于钻头直接从孔内提取岩土,故成孔速度快;(2)孔壁泥皮薄,有利于增加桩侧摩阻力,保证桩基设计承载力,孔底沉渣少,易于清孔,故成桩质量好;(3)使用较少的泥浆(仅为正反循环钻进所需泥浆量的1/20～1/10),即可满足钻孔护壁的需要,因而,施工现场整洁,对环境造成的污染小,并且节省了造浆和排污费用,降低了施工成本。

2　旋挖钻机性能结构简介

2.1　目前,国内常见的旋挖钻机基本都是由国外引进的基本组成及工作原理：各型旋挖钻机均为全液压履带自行式,结构大同小异,都是由主机、履带式底盘、钻架、动力头、加压油缸、主副卷扬等部分组成,并全部安装组合在履带式底盘上。其工作原理也完全相同,都是由全液压动力头产生扭矩,由安装在钻架上的油缸提供钻压力,并通过伸缩式钻杆传递至钻头,钻下的钻渣充入钻头,由主卷扬提拔出孔外。

2.2　主要特点

意大利、德国制造的各类旋挖钻机虽然能力大小有别、结构上略有差异,但总体性能和质量都比较先进、可靠,

有以下特点:

①机、电、液一体化高度集中,结构紧凑,操纵灵活方便,自动化程度高,采用伸缩式钻杆,节省了人力和加接钻杆的时间,施工中只需一人即可操纵整台钻机,工人劳动强度低;

②可自行移动,自立桅杆,整个工作机构可在履带底盘上做±360°回转。因而,现场转移、对孔位灵活方便,辅助时间少;

③与施工能力相同的常规钻机相比,回转扭矩大,并可根据地层情况自动调整。

④钻架采用“平行四边形连杆机构+三角形”的支撑结构,非常适合城市狭窄场地的施工;

⑤履带底盘可以伸缩。

⑥钻架上装有垂直度检测仪,可以检测和显示钻架的偏斜度,并可通过钻机的“微动”系统调整钻架的垂直度;

⑦驾驶室控制面板上装有孔深和钻架垂直度显示仪,以及反映发动机、液压系统工作状态的仪表、显示屏及报警装置,有的还装有全电脑操作系统,使操作手能实时掌握钻进深度、钻架垂直度,保证钻孔准确到达设计深度和良好的垂直度;实时掌握各系统工作情况,便于及时采取维修措施,保证钻机正常运转;

⑧可实现多工艺钻进,能适应不同地层、不同桩基础处理方法施工的需要。一般类型的旋挖钻机除能进行旋挖钻进外,通过更换工作装置,还可实现跟管钻进和长螺旋钻进。

3　旋挖钻机选型应重点考虑的几个问题目前,国外进入我国市场的旋挖钻机种类较多,且价格都比较昂贵,若想买到性能、价格都比较理想,适合自己开拓市场需要的机型,笔者认为选型时应重点考虑以下几个问题。①根据本企业所要重点开拓施工的桩基领域,选择钻孔能力适宜的机型。

②对不同厂家同等钻孔能力,要重点对比动力头额定回转扭矩、主卷扬单绳提拔力、机器重量三个参数,选择三者都较大的机型。

③认真分析钻机的性能价格比。

④尽量选择哪些建有完备售后服务系统的厂家的产品。

⑤向厂家问清楚动力头额定输出扭矩、液压系统额定工作压力、主卷扬安全系数等衡量钻机实际能力和工作可靠性的重要参数。

⑥土层和沙层钻头最好不随主机进口。

4　旋挖钻机使用注意事项

①设备到货前,预先对操作手进行技术培训。

②尽量不要让钻机经常在极限状态

③承揽工程时,要充分了解地层情况

④严防发生卡钻事故。

5　旋挖钻机是一种高效能,且价格昂贵的施工设备,若选型合理、使用得当,它将会给企业带来较大的经济效益和社会效益,反之,则可能给企业造成很大损失。因此,在选购与使用时一定要慎之又慎,万万不可马虎。

谈如何使旋挖钻机在特殊地层发挥优势

　　近几年来,随着我国改革开放及基本建设的向前发展,对公路、铁路、高层建筑、港口码头的基础桩施工,提出了优质、高效、快速的要求。原故有的冲击钻、正、反循环回旋钻机不能满足工程的需要,已被旋挖钻机越来越广泛的投入使用所代替。因此,目前研究、探讨、总结旋挖钻施工技术,无疑具有十分重要的现实意义。

1　施工实例及概况

2　对旋挖钻机在特殊地层如何发挥性能优势的探讨

2 1　钻孔固壁的工艺措施在砂层、松散不稳定地层旋挖钻孔,往往因孔壁掉块坍塌,造成无法钻进。由此看来,钻孔固壁是首当其冲要解决的问题。钻孔介质主要有空气、水、泡沫和泥浆四种。这四种介质中泥浆虽然造价较高,净化不易,但它有独特的护壁作用。所以,对砂层,松散易坍塌层选用泥浆作固壁介质,利用泥浆的性质使孔壁产生一层泥皮,加之泥浆有较大的比重,能将孔壁保护住,不致坍塌,保证正常钻孔。

2 2　对现有设备挖潜补缺,使旋挖钻机在特殊地层施展优势　

2 2 1　正反循环交替清孔排渣工艺

1)工作原理:先利用泥浆泵正循环往孔底压浆,靠泥浆向上翻动力冲起沉淀物,而后用砂石泵工作时吸入形成负压,由于不断的平衡吸渣使管内外形成压力差,产生液流,当流速达到额定数值时将孔底泥砂、钻渣随液流到达地面。

2)装置:由泥浆泵、压浆管、砂石泵、吸渣管、排渣闸阀、排渣管等组成。

3)作业过程及要点:在砂石泵吸渣管下端头联接2ｍ长相同直经的钢管(视泥浆比重加一些配重块),将吸渣管放入孔内,插到孔底,用吊车或三角架吊住;把泥浆泵压浆管连接在砂石泵排渣管一侧,关闭砂石泵排渣闸阀,开启泥浆泵,使泥浆池中合格泥浆经泥浆泵吸入口→泥浆泵→压浆管→砂石泵排渣口→砂石泵→吸渣管压入孔底,靠泥浆向上翻动力冲起沉淀物。正循环的主要目的是把沉淀在孔底的泥砂和散落的颗粒状钻渣全部先冲起来。因此,为了冲得彻底,在正循环工作时,用吊车或三角架上的手拉葫芦吊着吸渣管反复上下运动,正循环的时间视沉淀物的厚度,一般沉淀物薄时大约数分钟后,即可转为反循环排渣,其操作方法是在打开砂石泵排渣闸阀的同时开启砂石泵,当确认砂石泵整个循环系统已充满泥浆水,无漏气现象,砂石泵排渣管也已充满泥浆水而正常向外排放时停泥浆泵,砂石泵正式进入反循环清孔排渣。为清孔彻底同样用吊车或手拉葫芦吊着吸渣管反复上下运动。反循环是用砂石泵把孔内含钻渣的泥浆抽吸出来,泥浆池沉淀后的泥浆流入孔内的置换过程,所以也叫换浆法清孔。若孔底沉淀物太厚,一个正、反循环周期不能一次清到孔底,按以上正、反循环作业程序交替反复进行,直到孔深清到位为止。

4)清孔的质量要求:清孔即将完毕时,应测孔底排出的泥浆比重与泥浆池流入孔内的泥浆比重,若相等或差值很小,清孔已符合要求。最终清孔后孔底沉淀物厚度应按图纸规定值进行检查,如图纸无规定时,对于直径等于或小于1.5ｍ的摩擦桩,沉淀厚度应等于或小于300ｍｍ,当桩径大于1.5ｍ,桩长大于40ｍ或地质较差的摩擦桩,沉淀厚度应等于或小于500ｍｍ。

2 2 2　正、反循环交替清孔排渣工艺特点

1)利用正循环,一是可将沉淀在孔底的泥砂冲起,二是从砂石泵排渣口一侧向泵及整个循环装置充满泥浆,为转换为反循环做好了准备,减少了利用真空泵启动砂石泵的设备。

2)利用反循环,主要是为加快泥浆的上升流速,加强排渣能力。

3)砂石泵吸渣管内径大,能通过大粒径的钻渣,适合于抽吸旋挖钻散落到孔底的粒状钻渣。

4)清孔速度快。清孔时间视孔径、孔深和钻渣含量而定,一般30ｍ深(1.5ｍ)含中粗砂较多的孔,反循环清孔约需15ｍｉｎ。

5)采用正、反循环交替清孔排渣法,操作简便,速度快、效率高、成本低,技术性能和使用性能优于其它清孔排渣方式。

2 2 3　正、反循环交替清孔法应注意的问题

1)此工艺方法虽然操作简单,使用方便,但使用孔深只有60ｍ～80ｍ;

2)为保证获得上述有效深度,除提高砂石泵性能,安装时应尽量低于孔口高,还应尽量减小泥浆比重;

3)为防止漏气停泵,全部管路和泵的密封都要可靠;

4)尽量提高和保持孔内液面高度,以增加泵的效率;

5)必须有充足的水源或泥浆池,不使孔内水位下降。

3　结语

经过认真研究旋挖钻机在不同地质的施工情况得出如下结论:旋挖钻机在粘土、亚粘土、砂卵石层钻孔,确实具有普通回旋钻不可比拟的优势,可是遇到砂层和松散不稳定地层钻孔,其效率一落千丈,其原因不在于钻孔速度慢,而在于没有先进的造泥浆设备和先进的清孔排渣设备相配合;施工效率算总帐,有时还不如普通回旋钻机效率高。一台国产旋挖钻机购价百万元以上,进口机近千万元,如此昂贵的设备,在工程中不能充分发挥它应有的优势,不但造成浪费,加大工程成本,同时对旋挖钻的普及也有一定影响。为此,通过研究总结了多年来国内普通回旋钻机,潜水钻机钻孔固壁,正、反循环清孔排渣设备的技术性能,提出了利用现有设备泥浆泵和砂石泵,采用正、反循环交替清孔排渣的工艺技术,用于旋挖钻机在特殊地层钻孔后清孔排渣。

卡钻原因及对策

旋挖钻机是我国近年来才引进发展起来的一种施工设备,该钻机以其机、电、液一体化的高度集中、工作系统的优化设计、转场和现场移位灵活等优点,使建筑领域特别是灌注桩领域的面貌焕然一新;同时以其高效率、高质量、无污染等特点占领市场,为多数业主和设计单位所接受。

在近年的钻机使用过程中,各使用单位均采取了行之有效的措施,经济效益和社会效益较为可观,但也出现了个别问题。本文针对钻机在施工过程中易发生的、危害较大的事故卡钻的原因作一些分析,并提出相应对策,与同行们共同探讨。

1　卡钻的原因所谓卡钻,是指旋挖钻机在钻进或提升过程中,由于非钻机本身的原因,即钻机的各系统工作正常时,出现正反转动作均无法进行、且主卷扬无法将钻杆提起,然后反复重复以上动作,也无法恢复正常工作的情况。根据近几年一些卡钻事故的调查分析,初步认为卡钻的主要原因有以下几方面:(1)在钻进和提升过程中,孔壁发生大面积塌方而造成埋钻,使钻头既无法进行正反转,也无法提起。这种情况在密实度不太大的砂卵层或流砂层较易发生。(2)由于操作手在钻进时操作有误,一次进尺太深,造成孔壁缩径,使钻头筒壁与孔壁间的间隙消失而造成卡钻。此种情况在粘泥层或砂层变为粘泥层时易为发生。(3)钻头边齿、侧齿磨损严重,成孔直径无法保证尺寸要求,使钻筒外壁与孔壁间无间隙,同时钻进过深而造成。(4)由于偶发因素造成

2　预防卡钻的措施卡钻是旋挖钻机在施工过程中所出现的问题中较为严重的事故,一旦发生,则不易处理。即使最后将钻头取出,也需付出很大的人力、财力,花费较长的时间,造成很大的经济损失和不良的社会影响,所以我们应以预防为主。预防主要从以下几方面入手:

(1)开钻前要充分研究地质报告,掌握地层情况,同时在施工过程中密切注意地层变化。

(2)操作手在深层钻进时要控制进尺

(3)制作钻头时应注意钻筒尺寸，同时应保证钻头挂勾有效,避免意外脱勾。

(4)要注意钻机本身的及时保养和维修,避免因钻机出现故障而造成长时间停钻。

(5)调整好护壁液的密度和粘度,使孔底能在一定时间内无沉渣,以保证设备偶然出现故障后有充分的时间排除。

3　卡钻处理措施

(1)分析造成卡钻的原因,尽快测量卡钻深度,分析地层等因素,以便采取相应对策。(2)根据分析出的原因,采取相应对策。

①由于塌孔或设备自身原因造成的卡钻,沉渣厚度大,要首先清孔,然后再用钻机或辅助设备处理。

②由于非塌方因素造成的卡钻,沉渣不多时,应首先采取自救措施,另外也可以适度起升桅杆,以增大对钻杆的起吊能力，以上方法只能在卡钻初期使用。

③如果自救无效时,要改用辅助设备处理。其方法主要包括直接起吊法、钻头周围疏通法、护壁开挖法。