浅谈旋挖钻与回旋钻及冲击钻施工工艺

■吴志卿 ■红谷滩园林建设集团有限公司，江西 南昌 330038

1 工程地质概述

据钻探揭露的勘探深度内，场地地层上部为人工填土(Q4ml)第四系全新统冲积层(Q4al)下部为第三系新余群(Exn)基岩。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为①素填土、②粉土、③细砂、④淤泥、⑤中砂、⑥粗砂、⑦砾砂、⑧卵石、⑨粉砂质泥岩及钙质泥岩、⑨-1 强风化粉砂质泥岩、⑨-2 中风化粉砂质泥岩、⑨-夹钙质泥岩、⑨-3 微风化粉砂质泥岩、⑨-4 未风化粉砂质泥岩。

2 钻孔工艺

2.1 冲击钻工艺

冲击钻是用冲击式钻孔架悬吊冲击钻头(又称冲锤)上下往复冲击，将土层或岩层破碎成孔，部分碎渣和泥渣挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用泥浆循环带出成孔。

冲击反循环钻头是冲击钻进的主要工具，其结构的合理与否直接影响到钻进效率和质量。在冲击钻进过程中，关键是冲击和吸渣量是否匹配，也是确保孔壁稳定正常钻进最基本最重要条件。在钻进过程中吸渣工作应根据钻进地层和情况而定，不应过量汲渣以免造成孔壁失稳坍孔。发生埋钻事故。另外，在冲击过程中，必须经常检查钢丝绳的磨损情况以及转向装置的灵活性和连接的牢固性，以防磨断或因转向不灵而扭断钢丝绳，发生掉钻事故。

根据地质情况，钻头出量研磨材料提钻时要应经常检查，一般地层每小班至少提钻一次检查，复杂地层提钻头次数要增加，往往钻头底量和外出量在砂卵石和基岩中磨损严重，所以应及时进行修补，这样就增加了修补钻头的铺助时间，降低了纯钻进冲击时间，又减少了修补钻头的辅助时间，再则在提升钻头时，要小心谨慎，尤其是在快到护筒底部将钻头慢慢提起，防止碰撞孔口护筒以免造成护筒底部坍孔或护筒错位或变形事故。

2.2 回旋钻工艺

回转钻成孔灌注桩，又称正反循环成孔灌注桩，是用一般地质钻机在泥浆护壁条件下，慢速钻进，通过泥浆排渣成孔，灌注混凝土成桩，为国内最为常用和应用范围较广的成桩方法。

其特点是:护壁效果好，孔质量可靠;施工无噪音，无震动，无挤压;机具设备简单，操作方便，费用较低，但成孔速度慢，效率低，用水量用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。

回转钻机中无论正循环还是分循环的钻机，均适用于粘性土、含少量砾石、卵石的土层、软岩，不适用于大量卵石层及硬岩层。其中正循环钻机也适用于粉砂、细中粗砂层。反循环钻机在砂层中钻机如果泥浆调治的指标不够或钻机速度过快，可能会造成塌孔的事故。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。从成孔速度上分析，回转钻机快于冲击钻机，不及旋挖钻机。

2.3 旋挖钻工艺

旋挖钻机采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺(当然也有干土直接取土工艺，视工地现场地层条件而定)，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(稳定液)。旋挖钻机工作时能原地作整体回转运动。旋挖钻机钻孔取土时，依靠钻杆和钻头自重切入土层，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;遇硬土时，自重力不足以使斗齿切入土层，此时可通过加压油缸对钻杆加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土。钻斗内装满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至地面，拉动钻斗上的开关即打开底门，钻斗内的土依靠自重作用自动排出。钻杆向下放关好斗门，回转到孔内进行下一斗的挖掘。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。

旋挖成孔灌注桩的施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔率高、适应性强大大缩短了工期，废浆少、低噪音、污染小保护了环境，克服了机械成孔时孔底沉淤土多，桩侧摩阻力低，泥浆管理差的缺点，极大地提高了施工质量。

工程实际情况统计

3 各工艺比较

3.1 冲击钻钻孔分析

(1)冲击钻对作业场地要求较高，首先:冲击钻采用正循环清孔，因此每个墩位必须要有一个泥浆池和沉淀池，这就要占用大面积作业平台，加上稻田土质较软，大面积开挖很容易导致塌方，因此给施工带来了很大的麻烦。(2)冲击钻清孔需要大量清水换浆，泥浆对周围环境有破环，影响工地的文明施工。(3)冲击钻经过统计发现，砼浇筑方量超方是有发生，最大甚至达到设计放量的1.5 倍多。(4)冲击钻由于钻机自身条件的限制，钻机的移位以及开钻前钢护筒的埋设都要花费大量的人力机械，而且要花费大量的时间，所以施工极为不便。(5)冲击钻每根桩的成孔时间较长，给工期带来很大的影响。(6)在钻进过程中容易发生桩位的偏移，需要时常校核钢丝绳位置。

3.2 回旋钻工艺分析

(1)回旋钻对作业场地同样要求较高，对机座地基需压实，确保钻机钻孔过程平稳，以及泥浆池。(2)回旋钻同样需要换浆清渣，对环境影响也较大。(3)回旋钻成孔桩基砼充盈系数较冲击钻稍好。(4)钻机的移位以及开钻前钢护筒的埋设都要花费大量的人力机械，要花费大量的时间。(5)在钻进过程中容易发生桩位的偏移，需要时常校核钢丝绳位置。

3.3 旋挖钻工艺分析

(1)旋挖钻对场地要求不是很高，不需要占用大面积作业平台，可以实现多个墩位共用一个泥浆池。(2)冲击钻不需要大量清水换浆清孔，只要将泥浆调好便可以重复利用。(3)经几个试验桩表明，旋挖钻超放量很小，基本不超方。(4)旋挖钻不但可以自由移动，而且埋设护筒极其方便快捷。(5)旋挖钻每根桩成孔时间一般为8～10 小时，因此为后期工序节省了大量时间。(6)钻桩孔对位准确，不会发生桩位的偏移。

4 总结

4.1 冲击钻及回旋钻不足之处

(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 左右，而冲击钻成孔速度则更慢。(3)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。

4.2 旋挖钻机

(1)环保卫生。干法成孔时，不会对现场和周遍环境造成污染。即便采用静态泥浆成孔时，相对于冲击钻机和回转钻机的污染，旋挖钻机对现场产生污染要少。(2)成孔速度快。在一般地层，旋挖钻机成孔速度是普通钻机的4～6 倍。按照在一般地层和桥梁桩长30 米以内估算，按照正常的桩基成孔的质量控制要求，成孔一根合格的桩基，回转钻机大约是24～36 小时。而熟练的旋挖钻机操作手再配备技术员指导钻孔，桩基成孔则只需要6～9 个小时。在这方面旋挖钻机的优势明显。

5 结束语

桩基施工中选择成孔机械时，需要考虑多方面因素。选择成孔机械时，首先考虑地层地质情况。根据地质柱状图，有针对性的选择成孔的机械。其次是考虑钻机成孔的经济成本、工期、环保和文明施工等因素。

［1］JTJ041 -2000，公路桥涵施工技术规范［S］.

［2］JFJF80/1—2004，公路工程质量检验评定标准.

［3］杨文渊，徐犇.桥梁施工工程师手册，2000(4).

［4］杨天林.基础工程.