旋挖鉆機用途詳解
2020-03-04 08:25:54點擊：
旋挖鉆機施工工藝是一種先進的樁基施工工藝，是二戰以后由意大利人發明的，后來因歐州、日本等恢復建設的全面展開而大面積使用，使其更加完善，功能更多，目前已成為世界各國鐵路、公路、水利、工民建設施工中的主要樁基成孔工具。
旋挖鉆機施工現場
一、旋挖鉆機及工藝的基本介紹
旋挖鉆機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高及功能多的特點，能適應我國大部分地區的土壤地質條件，目前旋挖鉆機已被廣泛推廣于各種鉆孔灌注樁工程。旋挖鉆主要用來對地基基礎樁基成孔，其鉆頭有多種形式：如回轉斗、短螺旋、巖芯鉆頭等，根據地質條件的不同，更換不同的鉆頭，以達到高速、高質的成孔要求。其主要由行走裝置、主機、聯接架、桅桿、輔助絞盤、主絞盤、動力頭、鉆桿組成。
旋挖鉆機的基本工作原理是：依靠動力頭提供扭矩作用在鉆桿和鉆頭上，使鉆頭作旋轉切削土體，同時加壓油缸通過動力頭傳遞壓力給鉆桿和鉆頭，實現鉆頭的加壓鉆進。渣土進人鉆頭內，主卷揚提升鉆桿鉆頭到孔外，借助鉆頭的特殊機構卸土。合上斗門，下放鉆桿，再次把鉆頭放人孔內，繼續鉆進，重復上述過程即形成樁孔[1]。
旋挖鉆孔灌注樁技術被譽為“綠色施工工藝”,特點是工作效率高、施工質量好、塵土泥漿污染少，還具有工作效率高、施工質量好、適應能力強和施工噪音低，塵土泥漿少，不污染環境的優勢，很適合在城市高架橋建設中使用。旋挖鉆進技術雖然具有諸多優勢，但是，在這一先進技術的推廣應用過程中也存在一些制約因素：
(1)設備價格昂貴。
(2)運行成本較高。
(3)受工程量的制約。
(4)受施工地層的制約[2]。
二、案例分析
現已某城市中某個高架橋建設為例，說明旋挖鉆機在城市高架橋樁基施工中的應用。該高架橋位于市中心，沿線的人口密集、交通繁忙，所屬地地形為平原地貌，地勢平坦，地下水位較高，對施工要求較高。主要的要求有以下幾點：
1、構造簡潔、大氣，并且便于養護維修，并須滿足車輛運行安全、乘客乘坐舒適、城市規劃、城市景觀、經濟、防水、防火、環保等要求。
2、應滿足耐久性要求，且符合強度、剛度、穩定性、抗風、抗震、裂縫控制等要求，并滿足施工工藝的要求。
3、滿足建筑限界，跨越鐵路、公路、河流的行車、排洪等要求，并應充分考慮結構變形、基礎沉降等不利因素的影響。
4、綜合考慮設備等附屬設施的接口設置，預留與高架主體結構的可靠連接，保證相關設備的正常安裝和使用。
三、旋挖鉆機施工工藝及操作規程
本項目的旋挖鉆機施工工藝流程。
主要的工藝步驟詳細說明如下：
1、護筒埋設。護筒埋設工作是旋挖鉆孔機施工的開端，護筒平面位置與豎直度準確與否，護筒周圍和護筒底腳是否緊密、不透水，對旋挖鉆孔機成孔、成樁的質量都有很大的影響。根據地質情況埋設護筒的長度可達6.0m,在本工程中護筒長為4～6m,護筒內徑1.05m,外徑1.11m。埋設護筒時用水平尺檢查垂直度，護筒頂一般高于原地面0.3m,以便鉆頭定位及保護樁孔。
2、泥漿調制。本高架橋因地基巖土中夾有細砂、粉砂粗砂層，地面水位較高的特點，泥漿的各項性能指標尤為重要。泥漿材料選用膨潤土或粘土、聚丙烯酰胺以及燒堿，加入適量燒堿可提高泥漿的粘度，有關實驗證明：此時泥漿粘土顆粒懸浮均勻，沉淀少，性能穩定，滿足了鉆孔需要。
3、鉆孔施工。當鉆頭下降到預定深度后，旋轉鉆斗并施加壓力，將土擠入鉆斗內，關閉鉆斗底部，提升鉆斗將土卸于堆放地點。注意孔內地下水位情況，及時補充水，以防坍塌。鉆機施工過程中保證泥漿面始終不得低于護筒底部，保證孔壁穩定性。
合理控制鉆斗鉆進、提升速度。旋挖鉆機鉆動過程中應嚴格控制鉆進速度，鉆斗升降速度保持在0.70～0.85m/s,若鉆機升降鉆斗時速度過快，鉆斗外壁和孔壁之間的泥漿沖刷孔壁，再加上鉆斗下部產生較大負壓作用，造成孔壁頸縮、坍塌現象。當鉆斗粉砂層或亞砂土層時，其升降速度應更加緩慢。在開始鉆進或穿過軟硬層交界處時，為保持鉆桿豎直，宜緩慢進尺。鉆進過程中應隨時清除孔口積土和地面散落土。
4、清孔。清孔是鉆孔灌注樁施工保證成樁質量的重要一環，通過清孔確保樁孔的質量指標、孔底沉渣厚度、循環液中含鉆渣量和孔壁泥垢等質量要求。正循環回轉鉆進技術的清孔方法為：樁孔終孔后，將鉆具提高20～50m,采用大泵量泵入性能指標符合要求的新泥漿，并維持正循環30min以上。若泛出孔口的泥漿手捻基本無塊渣感，實測孔深與實際鉆深誤差在30cm以內，此時清孔完畢。
5、鋼筋籠制作安裝。鋼筋籠制作要求將切割好的鋼筋支撐架按2～3m的間距擺放在同一水平面上對準中心線，然后將配好定長的主筋平直擺放在焊接支撐架上。將箍筋按設計要求套入主筋并保持與主筋垂直，進行點焊或綁扎。箍筋與主筋焊好或綁扎后，將繞筋按規定間距繞于其上，用綁扎絲綁扎并間隔點焊固定。鋼筋籠的吊裝應三點起吊，保持籠軸線重合。入孔時，鋼筋籠應始終保持垂直狀態，對準孔位徐徐輕放，保持穩定，避免碰撞孔壁，一旦遇阻立即查明原因，禁止晃動和強行沖擊下放。
6、水下混凝土澆注。水下混凝土澆筑是最后一道關鍵性的工序，施工質量將嚴重影響灌注樁的質量，所以在施工中必須注意以下幾點：
(1)導管必須嚴密，長度適中，保證底端距孔底32～50cm。
(2)混凝土拌和必須均勻， 坍落度控制在18～23cm。
(3)混凝土澆筑必須連續作業，嚴禁中斷澆筑[3]。
四、結語
該高架橋樁基采用旋挖鉆機施工方法，具有施工質量可靠、速度快、效率高、適應性強、保護環境的優點。通過本案例可以看到，盡管旋挖鉆機投資成本高，但在合適的地質狀況下，最終的經濟效益綜合指標還是優于普通的回轉鉆機。
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旋挖鉆機施工現場
一、旋挖鉆機及工藝的基本介紹
旋挖鉆機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高及功能多的特點，能適應我國大部分地區的土壤地質條件，目前旋挖鉆機已被廣泛推廣于各種鉆孔灌注樁工程。旋挖鉆主要用來對地基基礎樁基成孔，其鉆頭有多種形式：如回轉斗、短螺旋、巖芯鉆頭等，根據地質條件的不同，更換不同的鉆頭，以達到高速、高質的成孔要求。其主要由行走裝置、主機、聯接架、桅桿、輔助絞盤、主絞盤、動力頭、鉆桿組成。
旋挖鉆機的基本工作原理是：依靠動力頭提供扭矩作用在鉆桿和鉆頭上，使鉆頭作旋轉切削土體，同時加壓油缸通過動力頭傳遞壓力給鉆桿和鉆頭，實現鉆頭的加壓鉆進。渣土進人鉆頭內，主卷揚提升鉆桿鉆頭到孔外，借助鉆頭的特殊機構卸土。合上斗門，下放鉆桿，再次把鉆頭放人孔內，繼續鉆進，重復上述過程即形成樁孔[1]。
旋挖鉆孔灌注樁技術被譽為“綠色施工工藝”,特點是工作效率高、施工質量好、塵土泥漿污染少，還具有工作效率高、施工質量好、適應能力強和施工噪音低，塵土泥漿少，不污染環境的優勢，很適合在城市高架橋建設中使用。旋挖鉆進技術雖然具有諸多優勢，但是，在這一先進技術的推廣應用過程中也存在一些制約因素：
(1)設備價格昂貴。
(2)運行成本較高。
(3)受工程量的制約。
(4)受施工地層的制約[2]。
二、案例分析
現已某城市中某個高架橋建設為例，說明旋挖鉆機在城市高架橋樁基施工中的應用。該高架橋位于市中心，沿線的人口密集、交通繁忙，所屬地地形為平原地貌，地勢平坦，地下水位較高，對施工要求較高。主要的要求有以下幾點：
1、構造簡潔、大氣，并且便于養護維修，并須滿足車輛運行安全、乘客乘坐舒適、城市規劃、城市景觀、經濟、防水、防火、環保等要求。
2、應滿足耐久性要求，且符合強度、剛度、穩定性、抗風、抗震、裂縫控制等要求，并滿足施工工藝的要求。
3、滿足建筑限界，跨越鐵路、公路、河流的行車、排洪等要求，并應充分考慮結構變形、基礎沉降等不利因素的影響。
4、綜合考慮設備等附屬設施的接口設置，預留與高架主體結構的可靠連接，保證相關設備的正常安裝和使用。
三、旋挖鉆機施工工藝及操作規程
本項目的旋挖鉆機施工工藝流程。
主要的工藝步驟詳細說明如下：
1、護筒埋設。護筒埋設工作是旋挖鉆孔機施工的開端，護筒平面位置與豎直度準確與否，護筒周圍和護筒底腳是否緊密、不透水，對旋挖鉆孔機成孔、成樁的質量都有很大的影響。根據地質情況埋設護筒的長度可達6.0m,在本工程中護筒長為4～6m,護筒內徑1.05m,外徑1.11m。埋設護筒時用水平尺檢查垂直度，護筒頂一般高于原地面0.3m,以便鉆頭定位及保護樁孔。
2、泥漿調制。本高架橋因地基巖土中夾有細砂、粉砂粗砂層，地面水位較高的特點，泥漿的各項性能指標尤為重要。泥漿材料選用膨潤土或粘土、聚丙烯酰胺以及燒堿，加入適量燒堿可提高泥漿的粘度，有關實驗證明：此時泥漿粘土顆粒懸浮均勻，沉淀少，性能穩定，滿足了鉆孔需要。
3、鉆孔施工。當鉆頭下降到預定深度后，旋轉鉆斗并施加壓力，將土擠入鉆斗內，關閉鉆斗底部，提升鉆斗將土卸于堆放地點。注意孔內地下水位情況，及時補充水，以防坍塌。鉆機施工過程中保證泥漿面始終不得低于護筒底部，保證孔壁穩定性。
合理控制鉆斗鉆進、提升速度。旋挖鉆機鉆動過程中應嚴格控制鉆進速度，鉆斗升降速度保持在0.70～0.85m/s,若鉆機升降鉆斗時速度過快，鉆斗外壁和孔壁之間的泥漿沖刷孔壁，再加上鉆斗下部產生較大負壓作用，造成孔壁頸縮、坍塌現象。當鉆斗粉砂層或亞砂土層時，其升降速度應更加緩慢。在開始鉆進或穿過軟硬層交界處時，為保持鉆桿豎直，宜緩慢進尺。鉆進過程中應隨時清除孔口積土和地面散落土。
4、清孔。清孔是鉆孔灌注樁施工保證成樁質量的重要一環，通過清孔確保樁孔的質量指標、孔底沉渣厚度、循環液中含鉆渣量和孔壁泥垢等質量要求。正循環回轉鉆進技術的清孔方法為：樁孔終孔后，將鉆具提高20～50m,采用大泵量泵入性能指標符合要求的新泥漿，并維持正循環30min以上。若泛出孔口的泥漿手捻基本無塊渣感，實測孔深與實際鉆深誤差在30cm以內，此時清孔完畢。
5、鋼筋籠制作安裝。鋼筋籠制作要求將切割好的鋼筋支撐架按2～3m的間距擺放在同一水平面上對準中心線，然后將配好定長的主筋平直擺放在焊接支撐架上。將箍筋按設計要求套入主筋并保持與主筋垂直，進行點焊或綁扎。箍筋與主筋焊好或綁扎后，將繞筋按規定間距繞于其上，用綁扎絲綁扎并間隔點焊固定。鋼筋籠的吊裝應三點起吊，保持籠軸線重合。入孔時，鋼筋籠應始終保持垂直狀態，對準孔位徐徐輕放，保持穩定，避免碰撞孔壁，一旦遇阻立即查明原因，禁止晃動和強行沖擊下放。
6、水下混凝土澆注。水下混凝土澆筑是最后一道關鍵性的工序，施工質量將嚴重影響灌注樁的質量，所以在施工中必須注意以下幾點：
(1)導管必須嚴密，長度適中，保證底端距孔底32～50cm。
(2)混凝土拌和必須均勻， 坍落度控制在18～23cm。
(3)混凝土澆筑必須連續作業，嚴禁中斷澆筑[3]。
四、結語
該高架橋樁基采用旋挖鉆機施工方法，具有施工質量可靠、速度快、效率高、適應性強、保護環境的優點。通過本案例可以看到，盡管旋挖鉆機投資成本高，但在合適的地質狀況下，最終的經濟效益綜合指標還是優于普通的回轉鉆機。
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