旋挖桩基础施工案例-旋挖工法知识系列讲座

1旋挖桩基施工的意义

旋挖钻机自20世纪90年代引进至我国后，就掀起了一场建筑桩地基基础施工的一场技术革命。以旋挖回转钻进取土，静态泥浆护壁的全新先进工艺取代了传统的回转钻进磨碎土体，循环泥浆护壁携渣排除的传统工艺。

近年来，随着我国经济发展状况的不断提高，高、大、重建筑工程越来越多，灌注桩基础已成为发展方向。同时，在更广阔的工民建桩基础施工领域，由于受场地狭小、机械噪声控制、泥浆污染、成桩质量等各方面的要求越来越严格的限制，在该领域施工的其他桩工机械将会逐步退出市场，而旋挖钻机灌注桩施工工法集众多优势于一身，将会领衔未来工民建桩基础的施工。旋挖钻机的未来市场决定旋挖钻机工法的发展方向，结合对市场的预测和深入分析可得出，以下几类工法是旋挖钻机施工工法的趋势：

●（1）超大孔径、孔深的桥梁桩施工工法。

我国交通基础设施深入发展的结果必将是由“天堑”变“通途”的过程，这就需要修建更多的跨江、跨河、跨湖、跨深谷甚至跨海大桥，这些桥梁桩往往桩径较大（＞2.0m）、桩深较深（＞70m），该类桩型的施工工法将是旋挖钻机施工工法的重要发展趋势之一。

●（2）工民建小孔径桩施工工法。

旋挖钻机在工民建市场的开拓必然要以小孔径工法的发展为前提，因此，小孔径施工工法是旋挖钻机工法发展的另一个重要趋势。小孔径施工工法发展得目的是解决旋挖钻机在工民建桩基础施工中提高效率、降低施工成本和提高成桩质量的问题。

●（3）硬岩地层施工工法。

高、大、重型建筑必然要求桩基有较大的承载力，旋挖钻机嵌岩钻孔工法也是其工法发展的一个重要趋势，硬岩工法研究的重要内容就是提高旋挖钻机在钻进硬岩地层效率和降低施工时硬质地层对钻机破坏。

●（4）特殊桩型施工工法。

常见的特殊桩型主要有扩底桩和斜桩等，这类特殊桩型对施工工法和钻机本身都有一定的要求，研究这些类型的工法有利于钻机开拓潜在市场。

1.1旋挖施工的特点

旋挖钻机，作为基建桩基施工的利器，为了达到全面发挥其优秀施工能力的作用，充分了解旋挖钻机施工的特点尤为必要。现将旋挖钻机的特点概况如下：

●（1）自带柴油动力

旋挖钻机作为一种移动型施工机械，其动力系统普遍采用柴油发动机作为原动力。与汽油机比较，柴油机具有工作转速低，输出扭矩大，油耗低、负荷高及重量大的特点，与旋挖钻的低速大扭矩(牵引力)负载特征具有良好的动力匹配性。

采用电控共轨系统的柴油机的突出特点是，可以综合柴油机实际运行状况，最优化控制喷油，从而实现燃料的最佳燃烧。

●（2）履带式行走

旋挖钻机的底盘一般选择专用液压履带式底盘，履带专用底盘结构布置合理、运输方便、外型美观，操作灵活机动。

●（3）全液压操作

旋挖钻机采用全液压控制驱动，由柴油发动机向液压泵提供动力，使液压泵输出液压油通向液压控制阀，由液压控制阀向马达或油缸输入压力和流量的液压油，马达或油缸驱动执行机构完成各项动作。操作灵活便捷。

●（4）可视化控制

旋挖机配备显示器，显示器主要用作人机界面交互，用于指示控制的各种运行动作，直观反映控制数据、控制过程和报警系统。同时通过显示器可以更清楚、更精确的实现电气控制。在旋挖钻机上应用图形文本液晶显示器作为人机界面的输入方式，采用显示器作为控制的输入点，比如：桅杆水平调节控制的数据（角度）直接显示，让操作机手很直观得了解工作状态，进而更容易操作机器。

●（5）输出功率大

旋挖钻机动力输出一般由动力头完成，动力头大都采用液压驱动，有双变量液压马达、双速减速机驱动或低速大扭矩液压马达驱动。动力头的转速和输出扭矩可设置多种档位，以适应不同地质工况下施工作业的完成。电机驱动一般采用特制的恒功率双速电机，输出力矩大，过载能力强。

●（6）施工桩径大

由于旋挖通过动力头及多层伸缩式钻杆传贴扭矩较大，可以克服大口径旋挖机钻具的阻力。所以旋挖钻机施工时，根据输出扭矩参数可以选择较大口径桩基，一般选择施工直径范围在500mm~3000mm左右。

●（7）施工钻孔深

施工钻孔深度一般由输出扭矩和钻杆长度决定，摩擦式钻杆一般制成5节，1～4节杆每节钢管长13米。钻孔深度可达60米左右。机锁式钻杆可钻进淤泥层、泥土、（泥）砂层、卵（漂）石层和强风化岩层。机锁式钻杆一般制成4节，1～3节杆每节钢管长13米。钻孔深度可达50米左右。特制钻杆可达6节，最大钻孔深度可达80米。

●（8）旋挖取土

旋挖钻机在钻孔作业时，钻杆要将动力头的两个作用力传递给钻具，一个是圆周方向的旋挖扭矩M（圆周力F）；另一个是轴向的加压力N。把这两个作用力从外层第1节钻杆依次传递给钻具。这两个作用力的传递是靠外面一节杆下部的内键和其里面一节杆的外键相互作用完成的。钻具是通过接受来自旋挖钻机传动装置传递的压力和扭矩，实现自身转动和进给，并以此方式来掘进切削岩土的工具，再通过伸缩式钻杆的快速提升下放，卸出钻渣，达到高速进尺的目的。

●（9）静浆护壁

由于旋挖钻机的特殊成孔工艺，它仅需要泥浆静压护壁，保持孔壁的稳定。泥浆消耗量仅为桩孔体积的20%-30%，外运渣土的泥浆含量则更低，这样污染源便大大减少，改善了施工环境，同时降低了施工成本。所采用的泥浆一般用膨润土、纯碱、纤维素等配制，泥浆性能良好，在孔壁不会形成很厚的泥皮影响桩周摩擦力，同时，泥浆不会粘附钢筋，孔底沉渣也大大减少，灌注桩的承载能力得到提高。

1.2旋挖施工的优势

◆1.2.1钻进速度快

由于旋挖钻机的旋挖取土的特点及工法的先进性，表现出钻孔速度比普通工法快的特别明显。在实际施工中，旋挖钻机旋挖取土（以较好粉质粘土为例）每回次钻深60~80cm,回次平均用时3~5分钟（按20米估计），即12米每小时，而传统钻机每小时钻进（按20米估计）约4米每小时，旋挖速度为传统钻机的3倍。

遇到特殊地层就更有较大的优势。案例：1994年某公司施工襄樊建银大厦桩基工程，其地质特征为，上层为素填土及粘土约3~5米，其下为卵砾石层，较厚，约5~25米，其下为持力层风化砂岩，业主先选择冲击钻施工，2个月每台完成一颗桩，中间还有塌孔等险情发生。后改用旋挖钻机施工后一天每台平均完成约3根桩，桩孔检测合格。