旋挖钻机在桩基施工中的技术优势及其在
施工中常见问题的解决措施
前言
旋挖钻机作为一种近几年逐渐被大家接受的成孔机械，在地下基础施工中得到了普遍的认同，但也出现了一些问题。通过查阅现有资料，现就旋挖钻机和以往常用的冲击、回转钻机进行比较，对在桩基施工中选择旋挖钻机作为成孔机械的技术优势进行分析，并对当前使用旋挖钻机施工中易出现的问题总结出普遍性的解决方案。
当前几种常用钻机的分析对比
对冲击钻机的分析
冲击钻机属于“软硬统吃”的一种成孔机械，几乎适用于各种地质状况，从粘性土、砂性土、到砾石层、卵石、漂石到软岩、硬岩[5]。冲击钻机特别适用于山区丘陵嵌岩桩的成孔[1]。
冲击钻机也可以根据工地的实际情况自行组装，并且具有操作简单的特点。在钻机的结构和操作程序的繁简上，冲击钻优于回转和旋挖钻机，如果单从地质条件考虑，不考虑工程进度、经济效益的话，冲击钻均可使用；从成孔速度上比较，在特定的地层中，冲击钻机不及回转和旋挖二种钻机；从单孔成孔的每米造价上进行比较，冲击钻机最高，回转钻机最低，旋挖钻机的介于二者之间。
对回转钻机的分析
回转钻机中无论正循环还是反循环的钻机，均适用于粘性土、含少量砾石、卵石的土层及各种岩层，不适用于大量卵石层[5]。回转钻机特别适用于内陆冲积层较厚的平原、沿海地区滩涂地区的摩擦桩成孔[1]。
从成孔速度上分析，回转钻机快于冲击钻机，不及旋挖钻机。从工程造价上分析，回转钻机是三种钻机中最经济的，价格最便宜的。
冲击、回转钻机不足之处：
1. 污染环境，不环保
泥浆护壁和悬浮颗粒出渣均需要泥浆，而泥浆对现场和周围环境均造成环境污染，无法满足当代社会日益重视的环境保护和文明施工的要求。循环泥浆，沉淀出渣需要泥浆池，这就要占用较大的施工场地。 2. 成孔速度慢
按照正常的施工质量要求和一般地质地层情况，回转钻机每天钻孔8～10m[1]，
而冲击钻成孔速度则更慢。 3. 适应能力差
除冲击钻机的适应能力强外，回转钻机不能对付含有大量卵石的地层。冲击钻机和回转钻机都只能钻垂直孔，不能钻斜孔。
4. 自动化程度低，操作工人劳动强度大，工作环境差
冲击钻机和回转钻机的自动化程度不高，基本是露天操作，工人工作的环境恶劣，已不符合现在社会人性化和高度自动化的潮流。
对旋挖钻机的分析
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/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[7]。
旋挖钻机受地层地质情况的制约较大，在硬岩层、较致密的卵砾石、孤石层时，钻进就变得比较困难，但可以针对硬岩层、粒径超过100mm 的卵石层、直径大于200mm 的漂石地层的配备筒式取芯钻头、冲抓锥钻头，以及螺旋钻头来克服由地层带来的困难[1]。
旋挖钻机的优势
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[18]。在我国,旋挖钻机常配合短螺旋钻头或钻斗来进行适应不同的地层要求的旋挖钻进外,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,以及进行长螺旋钻进(CFA工法)[7] 等,真正做到一机多用。
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[4]。
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[6]。 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[4]。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4～6 m/ h ,是普通回转钻进的3～5倍,甚至更高[2]。 4. 成桩质量好
旋挖钻进对地层扰动小,孔壁泥皮薄,形成的孔壁为粗糙型[2] ,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。 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1/10～1/20[5]。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。
旋挖钻进施工中易出现的问题及解决措施
1.
[8-20]
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。
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40cm[8]。
(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6 cm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[9]。
(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。[9] 处理卡埋钻的方法主要有:[13-18]
(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