随着我国国民经济的快速发展，基建工程大量上马，基础工程不断增多，旋挖钻机的使用也就越来越普及。旋挖钻机因具有施工速度快、成孔质量好、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等优势，已成为钻孔灌注桩施工的主要成孔设备，不少重点工程的业主为确保工程进度和质量，均将其作为指定施工设备，从而替代了传统的冲击和回旋钻机成孔设备。目前我国工程界的大多数旋挖钻机均为德国和意大利的产品，并已占据主导地位。

 

　　1、旋挖钻机的主要性能

 

　　旋挖钻机一般适用于粘土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含部分卵石、碎石的地层，对于大扭矩动力和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩石的施工，如德国宝峨BG20旋挖钻机地层适应能力就比较强。使用嵌岩钻头可钻进单轴抗压强度超过100MPa的岩石，在国内已有多次钻进强度超过70MPa的岩石。目前旋挖钻机的最大钻孔直径为φ3m。最大钻孔深度可达120m。尤其值得一提的是通过将护筒与钻杆联接后，旋挖钻机可将护筒旋沉到所需位置，这对于解决南方厚淤泥层或流沙地质条件下的桩基础成孔施工有重大意义。

 

　　旋挖钻成孔是通过动力系统带动底部带有活门的筒式钻头的回转或螺旋钻的旋切，直接将土旋入钻头内，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，如此循环往复，直至成孔。旋挖钻机主要是通过科学选择钻头及合理使用钻头来适应不同地层的施工。旋挖钻机的钻头种类主要有以下几类：螺旋钻头、旋挖钻头、筒式取芯钻头、扩底钻

 

　　头、冲击钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗等，同时每类钻头又可根据不同的构造细分成若干种

 

　　2、旋挖钻机与冲击钻机或回转钻机性能比较

 

　　以同规格的旋挖钻机和冲击钻机、回转钻机的性能参数进行对比，见表1。旋挖钻比冲击钻、回转钻节约用电量，自重轻，整机移动灵活，便于运输的优点。

 

　　与传统的冲击或回转钻进、泥浆循环护壁成孔技术相比，旋挖钻进还具有以下优点。

 

　　(1)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，钻杆盘配备有两条钢丝绳，可以吊运一定的重物。旋挖钻机机、电、液一体化高度集中，结构紧凑，操纵灵活方便，时间利用率高。

 

　　(2)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筒钻头，加快钻进速度；对于砂卵石含量较大的地层可使用短筒钻头，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，松动后再换上短筒钻继续钻进。一般情况下，在土层、砂层的钻进速度可达8m/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。在强风化岩层(如强风化砂岩、强风化泥岩，强度不超过800kPa)，与普通回旋钻相比优势更加明显，旋挖钻的钻进速度可达1m/h~2m/h。

 

　　(3)成孔后一般可直接安装钢筋笼，进行混凝土浇注。

 

　　(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，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，提高机端承载力。

 

　　(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。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。

 

　　当然旋挖钻机与回旋钻机和冲击钻机相比也有其不足之处：

 

　　(1)设备价格昂贵，通常情况下，1台旋挖钻机的价格都在400万元以上，进口钻机达上千万元。

 

　　(2)运行成本较高，旋挖钻机的全负荷正常工作寿命为6300h，维修费用高，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，损坏后更换时间比较长。这就使得旋挖钻机在实际使用中的运行成本大大增加。

 

　　(3)施工场地的制约，旋挖钻机施工的工程场地要开阔、平整。旋挖钻机设备较重，一套设备般要达到几十吨甚至上百吨，所以对场地要求比较高，场地须有一定硬度，以免钻机沉陷，不能在地表松散、泥泞、没有夯实的场地施工。

 

　　(4)施工地层的制约，旋挖钻进适宜于土层、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，而在淤泥层、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。

 

　　4旋挖钻成孔施工注意事项

 

　　旋挖钻成孔后的浇注工艺与普通水下灌注桩工艺基本相同，在此不再详细介绍。旋挖钻成孔施工注意事项如下：

 

　　4.1场地平整、加固或处理

 

　　旋挖机自重达60t~100t面对作业平台的地基承载力要求较高，开钻前须对作业场地进行必要平整、加固或处理。某工程施工平台采用填土筑岛围堰，旋挖机施工处须垫上2cm~3cm的钢板，否则钻进过程中极易造成平台下沉从而将桩位挤偏。

 

　　4.2护筒埋设及拔除

 

　　护筒采用钢护筒，护筒内直径为φ1.8m，采用厚度10mm的钢板制作，长度2m~3m一节。本工程淤泥层在1m~5m之间，所以采用的护筒长度在2m~6m。钢护筒的长度可按淤泥层厚度选定，并可专门配置1台振动锤进行拔除回收工作，以解决厚淤泥层的施工问题。护筒埋设时，采用较大口径的钻头先预钻至护筒底的标高位置后，提起钻头再用钻头将钢护筒压入到预定位置。在混凝土浇注完成后，应立即将护筒拔除。拔除护筒时须做到平、稳，避免对桩头混凝土造成太大扰动或对护筒周边地层造成太大扰动导致桩头部位出现夹渣或缩径现象。

 

　　4.3钻头的选用

 

　　旋挖钻机主要是通过科学选择钻头及合理使用钻头来适应不同地层的施工。如果钻头选择不当，会导致进尺效率低，甚至无法成孔。例如粘土层宜选用单层底的旋挖钻头；淤泥、粘性不强的土层、砂层、胶结较差粒径较小的卵石层宜选用双层底的旋挖钻头；硬胶泥层宜选用单进土口的旋挖钻头或斗齿螺旋钻头；胶结好的卵砾石或强风化基岩，宜选用锥形螺旋钻头或双层底的旋挖钻头等。

 

　　同时在钻至较硬的岩层时需注意调整钻头锥角的角度，以加快钻进速度。另外在施工淤泥层或软塑层时，尽量采用带有通气孔的钻头或对钻头进行改进，增设导流槽，以降低在提升钻头过程中产生的内外空气压力差，避免产生吸钻现象导致孔壁缩径、坍塌。

 

　　5结语

 

　　通过工程实例验证，旋挖钻机在快速成孔方面具有非常明显的优越性能。旋挖钻机配备履带式起重机，移动便捷，对场地条件困难及施工工期紧迫的工程，能发挥其优势。旋挖钻在可施工的地质条件及不大幅增加成孔费用的情况下，能极大地提高施工效率，值得进一步推广。