摘要：旋挖钻机具有机动灵活，成孔速度快，施工效率高等优点，适用于桩基密集，工期短的工程。本文简介了旋挖钻机在公路工程中的应用及施工工艺，供参考。
关键词：旋挖钻机，公路工程，施工工艺
1 前言：
旋挖钻机在国外发展已有几十年的历史，在国内是近几年才逐渐被认识和应用，因其工作效率高、成孔快、施工质量好、尘土泥浆污染少，大规模应用于城市建筑中的桩基工程。其一般适用于粘土、粉土、砂土、淤泥土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层，具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机，可以适应微风化岩层的施工。在公路工程中，因桩基比较分散，线路长而地质变化多，以前使用该类钻机较少，但近年，随着公路工程普遍任务紧、工期短、且旋挖钻机造价不断降低，慢慢地使用多了起来。
2 施工工艺流程：
旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。吊放钢筋笼、灌注砼、后压浆等同其他水下钻孔灌注桩工艺。
3 主要施工机械设备
工作面主要施工设备配套表
4 施工工艺介绍
4.1 施工准备：
4.1.1 施工现场的准备
1. 临时设施
根据施工需要，配备一个集装箱或若干帐篷用于工人生活住宿。
2. 供水供电
旋挖钻机本身施工采用柴油动力，只需配备一台小型发电机用于临时设施及电焊机等设备，另需挖掘水井或用供水车运输水至蓄水池用于泥浆制作。
4.1.2 泥浆制备
泥浆有保护孔壁和排渣的作用，泥浆质量应以不塌孔并达到有效排渣为原则。旋挖机钻孔速度快，更应注意泥浆的制作。推荐采用优质膨润土粉制浆，现场设置1个泥浆池集中制浆，容量约100m3，并设容积20m3的沉淀池两个，串联并用，泥浆泵送至施工桩孔。
泥浆中应添加适量纯碱（0.4%的Na2CO3），对细砂粉砂较松散的地段和再次使用的泥浆，还应添加适量(约0.1%)纤维素以改善性能。泥浆性能指标要求如下：
泥浆指标控制表
在施工中应做好泥浆的日常维护管理，经常测定泥浆的比重、粘度、及含砂率。清孔后及灌注砼前泥浆的各项性能指标要达到有关的设计、规范要求，达不到要求的泥浆不准使用。
泥浆循环系统应根据施工场地合理布置，泥浆循环槽要尽可能长并具有一定的坡度，以保证泥浆循环顺畅及沉淀岩渣的清理，并及时转动至固定地点堆放，以保证现场的施工作业正常，做到文明施工。
4.2 桩位测量及定位
根据提供的水准点和基准点做好永久性标志，并在施工前对桩位点进行复测，以此作为护筒埋设及钻机定位的依据。
4.3 护筒埋设
根据测量定出的轴线及桩位中心点，然后用“十字交叉法”将桩位中心点引到枕木或护筒上，并作好标记，作为挖埋护筒、钻机定位及以后检验桩位中心的依据，同时测出地面高程或枕木高程，以此为钻孔深度的基准。
护筒用6mm厚的钢板卷制，单节长1.3m，护筒直径比设计桩径大20cm，护筒埋设深度宜在2-4m，垂直度不得超过1%，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于2cm。
4.4 旋挖钻成孔技术方法
4.4.1 钻机就位
钻机就位前，应先对旋挖钻的桩孔中心点重新校核，并平整桩位附近场地。钻机就位时，预先检查钻机的性能状态是否良好，保证钻机工作时正常，把钻机开到桩位旁，将螺旋钻头的尖端正对桩位标注点。
钻机停位回转中心距孔位在3~4.5m之间。在允许情况下，变幅油缸尽可能将桅杆缩回，这样可以减少钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响。注意检查在回转半径是否有障碍物影响旋挖钻机回转。
4.4.2 旋挖钻进成孔
旋挖钻成孔施工法，又称钻斗施工法。成孔原理是在一个可闭合开启的钻斗的底部及侧边，镶焊切削刀锯，在伸缩钻杆旋转驱动下，旋转切削挖掘土层，同时使切削挖掘下来的土渣进入钻斗内，钻头装满后提出孔外卸土，如此循环形成桩孔。旋挖钻机成孔施工具有低噪音、低振动、扭矩大、成孔速度快、无泥浆循环等优点；缺点是在粘性较大的粘性、淤泥土层中施工，回转阻力大，钻进效率低，容易糊钻。因此比较适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及短螺旋不易钻进的含有部分卵石、碎石的地层、全、强及中风岩层。
钻进成孔的技术方法如下：
当钻机就位准确，泥浆制备合格后即开始钻进，钻进时每回次进尺控制在60cm左右，刚开始要放慢旋挖速度，并注意放斗要稳，提斗要慢，特别是在孔口5～8m段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，以增加压力，保证护壁的质量。
钻进硬层，回次进尺深度太小，斗内钻渣太少时，可换用小直径筒形齿状钻斗，先钻一小孔，然后再用钻斗扩孔钻进，也可换用短螺旋钻进，然后再下钻斗捞渣，钻进速度，应根据土层情况、孔径、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定，在砂砾、砂卵、卵石地层中钻进时，为保护孔壁稳定，可事先向孔内投入适量粘土球，下入孔内的钻头，其底盘进渣口必须装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落孔内。
4.4.3 各地层钻斗的选择
填土，粘土，填砂层一般比较松软，可选用摩擦钻杆和回转钻斗钻进，像填土层在干性状态下胶结性都比较好，在干孔钻进下可用单底板土层钻斗钻进，也可以用双底板捞砂钻斗和土层螺旋钻斗钻进；若在湿孔钻进条件下，因土遇水的胶结性能变差，一般用底板捞砂钻斗钻进以便捞取钻渣。砂土层和砂层的胶结性能都比较差，不管干孔钻进还是湿孔钻进均用双底板捞砂钻斗钻进。对于含水丰富的流砂，淤泥等易坍塌地层，采用双底板捞砂钻斗钻进。
对于硬质较大的基岩地层，大的漂石层，直接用短螺旋钻头或旋挖钻斗钻进都比较困难，嵌岩筒钻配合短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进。嵌岩筒钻分为取芯岩石筒钻和不取芯岩石筒钻两种。取芯岩石筒钻除了筒体下端焊有子弹头截齿外，筒体内壁上装有承托岩芯的合页片。不取芯岩石筒钻则没有承托岩芯的合页片。嵌岩筒钻的主要作用在于对孔内岩芯的圆周进行松动掏挖，为以后下入嵌岩短螺旋钻头破碎岩芯创造破碎自由面。对于层理发育且各向异性的硬岩地层，用嵌岩筒钻配合嵌岩短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进，能有效的孔斜及提高工作效率。
旋挖钻机在钻进时，根据地层选用钻斗的同时，还要注意在钻进时进尺的控制。在使用旋挖斗时依据斗体的容量，一般在斗体三分之二为合适。进尺深度根据桩直径而定，也要根据地层的密度控制进尺深度。进尺过多，导致卸土困难，还会导致埋钻卡钻的事故发生。过少会延误施工进度与设备，能源的消耗，成本提高，降低了效益。
4.4.4 施工作业应注意事项：
1）不管孔内有无地下水和表层土质情况，均需设置表层护筒，护筒至少需高出地面30cm。
2）在防护筒插入到预定深度以前，均需使用钻头的铰刀。
3）为防止钻斗内的砂土掉落到孔内而使稳妥定液性质变坏或沉淀的也底，斗底铁门在钻进过程中始终应保持关闭状态。
4）必须控制钻斗在孔内的升降速度。因为如果快速地下移动钻斗，那么水流将以较快的速度由钻斗外侧和孔壁之间的空隙流过，导致冲刷孔壁；有时还会在上提钻斗时在其下方产生负压而导致孔壁坍塌，所以应按孔径的大小及土质情况来调整钻斗的升降速度，见表。
空钻斗升降时，因泥浆会流入钻斗内部，所在不会导致孔壁坍塌。空钻斗升降速度见表。
空钻斗提升速度
5）按照钻孔阻力大小，考虑必要的扭矩，来决定钻斗的合适转数。
6）在桩端持力层中钻进时，需考虑由于钻斗的吸引现象使桩端持力层松驰，为上提钻斗时应缓慢。如果桩端持力层倾斜，应稍加压钻进。
7）为防止孔壁坍塌，应确保孔内水位高出地下水位2m以上。
4.4.5 其他工序
其他终孔、清孔、吊放钢筋笼、灌注水下混凝土等工序和普通钻机相同，这里不再细述。
5 综述
旋挖钻机成孔速度快、施工质量好，一般一天可成孔四到五个孔，大大加快了施工进度，在公路工程中较适合连续高架旱桥路段或大型互通立交，如在普通路段，因桥涵间隔一般有三、四百米，则需平板拖车配合才能充分发挥其效率。在成孔过程中，因其成孔快，所以泥浆的配制比普通钻机的要求高，钻孔时尤其要注意钻斗在孔中的升降速度，才能保证不易塌孔。
