前言
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，近年来在桥梁工程领域，已经成为桩基施工的主力军。随着我国机械制造水平的发展，旋挖钻机不断改进，功率和扭矩不断提高，同时出现了不同类型的钻齿、钻斗等钻具，逐渐开始适应了山区岩层的桩基施工。由于旋挖钻机施工以旋转磨削为主，在有限的加压荷载下，无法形成对岩层的有效冲击，导致旋挖钻机进行高强度岩层施工时，效率低下，不能较好的体现旋挖钻机的成孔优势。
钻孔灌注桩入岩施工时，当遇到高强度岩层，常规方法如采用冲击钻成孔，进尺速度较慢，如采用回转钻机、旋挖钻机换用小直径钻头施工先导孔，再二次切削，增加了工序、工期和成本。
强度范围在40～100MPa的中风化岩层、桩长不超过40m、桩径不大于1.8m的钻孔桩施工，采用大功率旋挖钻机牙轮筒钻环切取芯式钻进，实现了高强度岩层钻孔桩旋挖钻一次成孔，有效提高旋挖钻机在山区高强度岩层钻孔桩的施工效率。
1 工艺原理
采用大功率旋挖钻机，选用机锁式钻杆和牙轮筒钻，使用牙轮筒式取芯钻头在钻进岩层切出环槽，然后停止加压，通过钻头在孔底位置交替进行正反转操作，利用牙轮将岩芯磨断取出，如此循环钻进，实现快速成孔。
2 施工工艺流程及操作要点
2.1 施工工艺流程
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2.2 操作要点
2.2.1 施工准备
1)场地平整
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，对于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；当桩位原地面位于山坡时，修筑机械上坡平台，坡道不大于10°，桩位处采用山体削平或垫平夯实，以便安置钻机。
2)桩位测量放样
采用全站仪来进行桩的中心位置放样，放样后四周设护桩并复测，误差控制在5mm以内。根据设计所提供的控制点，采用全站仪现场布置控制网并复核。依据桩基中心轴线坐标值，用坐标法放样桩基中心线、桩基中心点等，并打入标桩，中心线的放样误差控制在5cm范围内，并设置十字形控制桩，便于校核。
3)钻机就位
将钻机行驶到施工桩位，钻机就位应保持平稳，不发生倾斜、位移，钻机就位时与平面最大倾角不超过4°，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直。
4)泥浆调制
根据现场实际情况选择合适位置开挖沉淀池，泥浆循环利用，泥浆主要用来悬浮沉渣和冷却润滑钻头，泥浆循环系统布置见图2.2。选择符合要求的粘土制作泥浆，必要时，在泥浆中掺入适量的烧碱和碳酸钠。
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用泥浆搅拌机搅拌成合格泥浆存入泥浆池内，视不同土层确定泥浆比重、稠度和用量，泥浆要求具有较低的表面粘度和含砂率、低比重和良好的携渣能力。造浆后，按设计要求测试泥浆性能指标，并在钻孔时抽查泥浆比重。护筒内的泥浆顶面应始终高出孔外水位或地下水位1.0～1.5m。掏取钻渣和停钻时，及时向孔内补水保持水头高度。
2.2.2 护筒埋设
首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，再用吊车吊起护筒并正确就位，根据桩位点设置护筒，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。护筒的内径应大于钻头直径200～300mm，护筒位置应埋设正确稳定，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，护筒与坑壁之间应用粘土填实。
2.2.3 常规钻进
进入硬质岩层前和硬质岩芯无法钻进完整取芯时，采用常规截齿钻头磨削式钻进。泥浆制备合格后即可开始钻进，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳,提斗要慢，旋挖过程中要注意通过控制盘来监控垂直度,如有偏差及时进行纠正，而且必须保证每挖一斗的同时及时向孔内注浆，使孔内水头保持一定高度。
为保证旋入钻斗内的岩石碎块不在钻杆提升过程中掉入孔中，截齿钻头的底部为双层底。双层底可以相对旋转一个角度，实现截齿钻头土口的打开与关闭。钻进时进土口为打开状态，适宜进土。回次进尺结束，将钻头反转一个角度进土口关闭，钻头处于完全的封闭状态，保证筒内土体不掉出筒外。
2.2.4 环切取芯式钻进
当钻进困难时，岩体有风化裂隙发育，钻进时被切割成岩块，即可判断进入中风化岩层。换用筒式钻头进行环切取芯式钻进。旋挖钻机成孔过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。
环切钻进时钻机转速宜保证发动机发挥最大功率，使转速达到最大。利用牙轮筒钻圆周上的球型齿上的钨钢头在孔底滚动的同时还伴有牙轮对孔底的滑动对岩体辗压切割，将岩层进行中间留芯切割，如图2.3。
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图2.3 牙轮筒钻钻进示意图
2.2.5 截断、取出芯柱
每次钻进钻头进入基岩面深度宜控制在0.8～1.0m，进入深度过大或过小都不利于岩芯的取出。根据操作室深度显示器显示的入岩深度，判断钻头进入基岩深度在0.8～1.0m，操作手应停止加压，钻头在孔底位置交替进行正反转操作，利用牙轮将岩芯磨断，然后将岩芯取出，完成一次环切取芯钻进。
如果岩芯无法完整取出，就需要换用截齿钻头对岩芯进行破碎成碎块挖进钻斗内取出孔外。
在牙轮筒钻在岩石中钻进时应每隔15min左右将钻头提出岩石钻进面利用孔内泥浆冷却钻头，以防钻头长时间在基岩内钻进温度过高造成烧钻现象。
2.2.6 循环钻进
如此循环钻进，直至设计孔底。
2.2.7 成孔
经测绳检测孔深、探孔器检测孔径合格后成孔，否则继续采用上述方法钻进。
3 特点
3.1 适用于高强度岩层
旋挖钻机选用机锁式钻杆和牙轮筒式取芯钻头。钻杆上附有锁点，通过机械锁点把每节钻杆锁住，完全把加压力传递给钻具，其加压荷载的传递效率可达95%以上，可有效加压荷载，在钻具和岩体之间产生较大的剪切力，适用于强度高的中风化岩层。
3.2 钻进速度快
采用筒式取芯钻头钻进切出环槽，然后将岩芯磨断整体取出。将钻齿的线接触改为旋转环形接触，降低钻具作用岩层的接触面积，有效减小钻具旋转时的运行阻力，同时减少了对岩层全面磨削破碎所需作用功，正常情况下无需更换钻具，一次成孔，实现快速钻进，根据岩层强度不同，一般每天可钻进40m。
3.3 施工安全性高、机动性强
采用旋挖钻机进行桩基施工避免人工挖孔法的人工孔内作业和有时需要爆破作业的危险；旋挖钻机的履带式底盘移动方便、机动性强，在山区特别是跨河施工时，相对冲击钻桩基施工，当遇到洪水等自然灾害时可迅速撤离。
4 结束语
采用大功率旋挖钻机牙轮筒钻环切取芯式钻进，可有效节约山区高强度岩层钻孔桩施工成本，提高旋挖钻机进行硬岩施工的优势，解决了旋挖钻机进行硬岩施工时效率低下的问题，推动了旋挖钻机的应用，具有较高的技术效益。大大节约工期，同时比冲击钻施工和人工挖孔法施工安全性较高，具有显著的社会效益。
参考文献
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论文作者:韦秀刚
论文发表刊物:《红地产》2017年3月
论文发表时间:2018/12/13
标签：钻机论文; 钻头论文; 岩层论文; 泥浆论文; 牙轮论文; 钻杆论文; 钻孔论文; 《红地产》2017年3月论文;