一、前言
目前，旋挖钻机广泛应该于道路、桥梁、码头、高层建筑等地基基础施工，是大直径、深桩基工程的首选。旋挖钻机可配备多种钻头，最大钻孔直径可达3米，最深可达120米，最大钻孔扭矩可达620knm。
随着旋挖钻机近年来在我国大力的推广与应用，在国内桩基工程施工中，旋挖钻机在越来越多的建设项目上被指定选用。旋挖钻机虽然有这么多的优点，但是就目前国内的旋挖钻而言针对卵石地层如果没有正确的施工方法，那么旋挖钻并不会比传统的冲击钻有任何优势。旋挖钻施工关键在于采用什么机型、使用什么钻具，如何选用正确的施工方法。因此，以陡步河支流桥大桥为依托，对旋挖钻在卵石层中的施工方案进行研究。就本工程而言，旋挖钻不仅在确保工程质量和降低工程成本上具有十分重要的作用，同时，如能对旋挖钻的施工总结出一套较为合理的施工方案，对公司今后的类似工程必将起到良好的借鉴和指导作用。
二、施工原理
旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩桩孔的成孔设备，可以实现桅杆垂直的自动调节和钻孔深度的计量；针对不同地层，旋挖钻配合不同类型的钻头，利用钻杆（钻杆为多节可伸缩结构）和钻头的旋转，以钻头自重并加液压作为钻进压力，通过钻斗的旋转、钻进、提升、卸渣，反复循环而成孔。
对于强度不高的地层，旋挖钻机依靠钻杆和钻头自重及钻杆旋转时斗齿切入土石层，斜向斗齿在钻头回转时切下土石块并向捞沙斗内推进而完成钻取土；若遇强度较大的岩石时，旋挖钻可配其它钻头先通过加压油缸对钻杆加压，强行将斗齿切入岩石中，将岩石击碎，然后再更换捞沙斗，旋挖钻配捞沙斗通过动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入钻斗内，然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。
三、施工工艺流程及操作要点
3.1 工艺流程示意图
3.2 施工要点
3.2.1 水文地质研究
根据地质调绘及钻孔揭露，桥位区7.00m以上为稍密-中密卵石，7.00～19.00为强风化、19.00-53.70m为中风化泥岩，53.70～65.70m为中风化砂岩，65.70～90.70m以深为中风化泥岩，岩层产状为290°∠45°。场地地下水以卵石层中孔隙潜水为主，卵石透水性好，水量丰富。
3.2.2 旋挖钻机选型
（1）钻机选型
针对本工程的桩基的桩径较大，以及现场多种地层地质情况，一般的旋挖钻无法完成钻孔工作，因此通过比选，最终选择了三一重工的SR360型旋挖钻机。
（2）钻杆参数
钻杆采用机锁钻杆（φ580件套），长度为4*17m。
（3）钻具参数
采用七种钻头，分别为φ2.5m筒钻及嵌岩双底捞砂钻斗（配截齿钻）、φ2.5m捞砂钻斗（配铲齿）、φ1.8m捞砂钻斗（配铲齿）、φ1m筒钻（配截齿钻）、φ1.8m筒钻（配截齿钻）、φ2m筒钻（配牙轮钻）。
3.2.3 场地平整
旋挖钻施工要求场地基础平整、坚实，设备作业无障碍，维修、清运渣上作业与钻孔作业互不干涉。同时准备一定数量的钢板以便视现场施工地质的实际情况进行铺垫，以保证整个施工过程钻机平整牢固。
3.2.4 测量放样
采用全站仪，根据图纸，放出桩位，在设出的桩位处钉上钢筋，并在四周以桩位钢筋棍为中心都钉上钢筋，并做好保护。
3.2.5 钻机就位
钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好，保证钻机工作正常。
旋挖钻机开到施工位置，根据加压需要、孔深及卸土方便性确定钻机的变幅所在位置、底盘的前倾或后倾，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动。来回转动钻机，检查施工过程有无干涉（回转干涉、与运钻渣车干涉），取护筒是否方便，取换钻头是否方便。根据地质判断施工中可能会遇到的事故，如果有事故，处理是否方便。总之，设备就位时要考虑施工有效性，施工方便性，事故处理可行性等问题。
同时液压多功能旋挖钻机安装必须稳定，平台上采取必要的钻机固定措施，确保钻进过程中钻机不移位。钻机就位时与平面最大倾角不超过4°。
钻机在钻孔前，使用全站仪或经纬仪对桅杆角度进行调整，钻机操作手根据调整后电子显示屏中的数据判断系统的误差，在后面施工中进行调整，以确保钻机的垂直度。
3.2.6 埋设钢护筒
在准确放样的前提下埋设护筒，应符合埋设护筒的方法和要求，本工程钻孔是在陆地上进行的，一般采用挖坑法，比较简单易行。
钢护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端，钢护筒平面位置与垂直度应准确，钢护筒周围和护筒底脚应紧密，不透水。
本工程桩基础表层有5～7米的卵石层为严重透水地层，若使用挖机开挖后再埋置护筒则容易出现护筒坍塌的问题，因为挖机开挖的尺寸较大。因此，本工程使用旋挖钻配2.5米的钻头直接扩孔开挖孔洞（扩为3米直径的孔洞），然后埋置2.8米的钢护筒，护筒长度为3米。
护筒埋设完成后，保证其平面位置偏差不大于50mm，倾斜度不大于1%。护筒上口高出地面不少于0.3m，高出地面的目的一是可防地面杂物及人落入孔内，二是当刃脚穿孔时可跟进护筒。
3.2.7 泥浆制备
由于旋挖钻成孔不易形成泥皮，护壁性相对较差，容易缩径、塌孔。因此，旋挖钻成孔对泥浆配制要求相对要高。
泥浆采用水、膨润土、纯碱以及羧甲纤维素（CMC）混合而制，在泥浆池中用搅浆机将泥浆搅拌好后，泵入孔内，旋挖钻均匀缓慢钻进，泥浆起到护壁的作用。
泥浆配制比例为：水：膨润土：纤维素：纯碱=1000：（60～80）：（1～1.5）：（2～2.5），配制的泥浆性能指标应达到如下标准：造浆能力不低于2.5L/kg，制成的泥浆含砂率不大于4%，胶体率不低于95%，控制粘度在26s～32s，比重1.08～1.12，PH值大于8小于11。
3.2.8 施工难点
由于本工程的地质层中卵石层比较厚，若施工不合理容易出现护筒坍塌的现象。
因此，施工前要仔细考虑如下情况：如何有效钻进，如何高效钻进，如何预防施工事故，如何处理施工事故，如何操作，选用何种钻头，如何根据地层改造钻头，如何利用泥浆和护筒等等。
3.2.9 钻孔方法
钻进过程中，通过电子控制（钻机配备电子控制显示系统）和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证成孔的垂直度。同时通过深度计数器控制钻孔深度。当旋挖斗钻头顺时针旋转钻进时，底板的切削板和筒体翻板的后边对齐。钻屑进入筒体，装满一斗后（一般装满斗体2/3较合适，较多易发生埋钻、糊钻事故，较少则不利进度及成本），钻头逆时针旋转，底板由定位块定位并封死底部的开口，之后，提升钻头到地面卸土。
开始钻进时采用低速钻进，主卷扬机钢丝绳承担不低于钻杆、钻具重量之和的20%，以保证孔位不产生偏差。钻进护筒底以下3m后可以提高钻进速度。
钻头是旋挖钻机所用的钻具，钻具有缺陷，即使具有优越性能的钻机也发挥不出作用，直接影响效益，增加部件磨损及各项消耗，从而提高生产成本。因此，钻进过程中注意观察不同地层钻进的方法以及考虑是否可以更换钻头。
在卵石层钻进中，本工程选用2.5米的铲齿捞砂斗，配合使用2.5米的截齿嵌岩捞砂斗，不过由于铲齿的切入面积比较大，因此使用铲齿更利于施工。
钻进过程中应每隔一定时间测量进度，并作好记录，填写钻孔记录表，同时注意记录机械设备损坏等情况。
3.2.10 施工特点
（1）卵石层施工，护筒四周必须夯实，这样能避免施工中护筒下落大面积塌方所带来的钻机倾覆等事故发生。同时在起落钻头时要平稳，避免撞击孔壁，造成卵石层塌孔。
（2）成孔前必须检查钻头保径装置，钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换。
（3）成孔中，按试施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。
（4）旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度，在施工前必须通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证成孔的垂直度。
（5）旋挖钻机在钻进时，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。
（6）注意护筒内的水头差，避免旋挖钻上下钻头，造成泥浆涌动而破坏护筒底口刃脚。
（7）孔底应保证无异物，如有掉落物，要提前打捞，否则钻头容易崩落，或不能完全接触岩面导致钻头失效。
3.2.11 卵石层常见病害预防及处理
（1）护筒外壁冒水，严重时会引起地基下沉、护筒倾斜和位移，造成桩孔偏斜，甚至无法施工。
病因分析埋设护筒对周围土不密实或护筒水位差太大或钻头起落时碰撞。防治措施埋护筒时，坑底与四周要选用最佳含水量的钻土分层夯实在护筒适当高度开孔，使护筒内保持有一的水头高度起落钻头时，防止碰撞护筒。
发现护筒冒水时，可用钻土在四周填实加固，如护筒严重下沉或位移，则应返工重埋。
（2）钻进极慢或不进尺。
病因分析钻头选型不当，合金刀具安装角度欠妥，刀具切土过浅，钻头配重过轻，钻头被钻土糊满。
防治措施更换或改造钻头，重新安排刀具角度、形状、排列方向，加大配重、加强排渣、降低泥浆比重或改用钻进方式。
（3）桩孔孔壁坍塌成孔中或成孔后孔壁不同程度塌落。成孔中排出的泥浆不断出现气泡，有时护筒内的水位突然下降，均为塌孔的先兆。
病因分析主要是由于卵石层松散，加之泥浆护壁不好护筒埋设不好，筒内水位不高提住钻头钻进钻头钻速过快，或空转时间太长，都易引起钻孔下部坍塌或成孔后待灌时间和灌注时间过长。
防治措施在卵石层中适当深埋护筒，密实回填土，使用优质泥浆，提高泥浆比重和钻度，升高护筒，终孔后补给泥浆，保持要求的水头高度，保证钢筋笼制作质量，防止变形吊设时要对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，防止碰撞孔壁成孔后待灌时间一般不应超过，并应尽可能加快灌注速度，缩短灌注时间在钢筋笼未下孔内的情况下，浆砂、粘土混合物回填至坍塌孔深以上一，或全孔回填并密实后，再用原钻头和优质泥浆扫孔在钢筋笼碰孔壁而引起轻微坍塌的情况下，用直径小于钢筋笼内径的钻头以优质泥浆扫孔或用导管清孔。
四、优势分析
4.1使用旋挖钻施工，所需施工人员比普通钻机节省，且旋挖钻机可自由行走，不需要起重设备吊装运输，能节省了大量人员及配套机械。
4.2对于本工程若使用一般的冲击成孔，那么需要增设一级配电变压器及电力电路和场地内的电缆敷设。旋挖钻使用柴油机自主提供动力，节省了大量的场外、场内配套设备。
4.3旋挖钻施工其扩孔系数很低，一般为在1.02以下，而一般的冲击钻扩孔系数在1.07以上，此项可节省大量的混凝土。
4.4旋挖钻在卵石层成孔速度视一般在2m/h，是一般普通钻机速度的3倍左右，使用旋挖钻施工大大缩短了施工工期。
