下载文档原格式
旋挖钻机硬岩钻进技术1.硬岩工程性质1.1硬岩强度与承载力根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001中，对岩石坚硬程度分类：表1岩石坚硬程度分类 单位(MPa)坚硬程度坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压强度f r >6060≥f r＞30 30≥f r＞15 15≥f r＞5 f r≦5单轴抗压强度60≥f r＞30 MPa，岩石即属于较硬岩范围，常见岩石如钙质砾岩、泥质砂岩、泥质灰岩、强风化花岗岩、正长岩等。
单轴抗压强度f r>60 MPa，岩石属于坚硬岩范围，常见岩石如钙质砂岩、石灰岩、花岗岩、玄武岩及安山岩等。
岩石的单轴抗压强度是通过勘探钻机取芯在实验室内测定的强度参数，未能全面反映岩石所在地层的工程性质，因此除单轴抗压强度外，判定岩石强度还有其他的指标，其中最重要的是地基承载力特征值(f ak)，指通过原位试验确定该岩石地层可承受上部荷载的能力，绝大多数地质报告提供的岩层强度指标也都是承载力指标。
表2 岩石性质与地基承载力对应表单位(KPa)风化程度强风化中风化微风化硬质岩石700～1500 1500～4000 ≥4000软质岩石600～l000 l000～2000 ≥2000 由于硬质岩石所具备的高强度和高承载力，使得它可以作为建筑物或构筑物基础良好的持力层，因此在桩基础施工领域中，往往要求端承桩（入岩桩）桩端深入中风化岩层≥0.5米或者≥1.5倍桩径距离。
1.2 岩石强度的影响因素影响岩石强度的因素是多方面的：1.矿物成分岩石的矿物成分对岩石的物理力学性质产生直接影响，如石英比例含量高的石英岩强度高于方解石比例含量高的大理岩。
2.结构常见的结构有结晶连接的岩石和胶结物连接的岩石，结晶颗粒大小和胶结联结的形式都对岩石强度有重要影响。
3.构造主要是指矿物成分在岩石中分布的不均匀性和岩石结构的不连续性，如片状构造、板状构造、千枚状构造等。
4.水岩石被水饱和后强度有所降低，岩石孔隙度越大，水的软化性表现的越明显。
旋挖钻机在岩质较硬的石灰岩地层钻孔桩施工工法随我国近年来工业水平发展，旋挖钻机功率和扭矩也在增大，从而能够满足进行岩石钻进的需要，本文重点介绍，大功率旋挖钻在石灰岩地质条件下钻进成孔的施工方法。
从而减少冲击钻及人工钻孔桩爆破的噪声、泥浆等对施工现场环境的影响，增加施工科技含量。
1前言旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，近年在中国的桥梁施工中，已经成为桩基施工的主力军，旋挖钻机配合不同钻具，适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能等特点。
旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。
在地质坚硬地区桥梁施工中，常用桩基施工方法为人工挖孔桩法和冲击钻法。
人工挖孔法由于桩基施工周期较长，技术落后，而且由于需要进行爆破作业，危险隐患较大，逐渐被淘汰；采用冲击钻进行施工也存在一定问题，主要体现为在地质较硬的岩层冲击钻成孔速度极慢，甚至出现全天不进尺现象，如果地质溶岩较发育，经常出现卡钻情况，一但出现卡钻情况，一根钻孔桩的施工经常需要1-3个月的时间，甚至更长。
采用旋挖钻机进行桩基施工，不仅施工速度大幅提高，施工成本大幅降低，在施工质量方面也体现出明显的优越性，如哈大高铁沈阳段，中铁九局桩基施工95%以上的工程量是由旋挖钻完成的，在因动迁原因严重制约开工时间的情况下，桥梁主体施工工期提前一年完成。
旋挖钻机与桩基工程及施工工艺结合的非常密切，由于旋挖钻机的大量应用只是在近几年，我国当前尚未有较完善的旋挖钻机施工规范，尤其对地质坚硬的岩层钻孔桩施工，没有开展较系统的工法研究。
本文以由***集团**建设有限公司承建的**市甘南路、棋南线BT工程子项目xxxx及延伸工程为依托，重点介绍旋挖钻机在岩质较硬的中风化、微风化石灰岩（强度在30-50MPa之间）地层钻孔桩施工工法，为同类地层的旋挖钻机钻孔桩施工提供参考。
旋挖钻在岩石中钻进方法
旋挖钻是一种常用的钻进岩石的方法，下面是其主要的流程和步骤：
1. 准备工作：确定钻孔位置和路径，清理工作面，安装钻井设备。
2. 钻井井段：先使用重锤或锤夹等工具将岩石表面敲碎，进而利用旋挖钻机的旋转作用和钻杆的推进力将岩石钻进。
钻杆在旋转的同时施以一定的推力，将岩石粉碎，并通过钻杆的螺旋槽将岩石屑带到地面。
3. 除渣作业：钻进一定深度后，钻杆中会堆积大量的岩屑，需要进行除渣作业。
一般采用高压水射流、压缩空气或者循环泥浆等方法进行除渣。
4. 进一步钻进：完成除渣作业后，继续施以旋转和推进力，进一步钻进。
持续进行钻孔和除渣工作，直到达到目标深度。
5. 完成钻进：当达到目标深度后，停止旋挖钻的旋转和推进，将钻杆缓慢拔出，同时进行喷洒冷却液体等工艺，以防止钻杆卡滞或者岩石坍塌。
需要注意的是，在旋挖钻进岩石时，应根据岩石性质和强度合理选择钻头类型、冷却液体和钻进参数，并根据施工现场情况随时调整钻进方法。
旋挖钻机在岩质较硬的石灰岩地层钻孔桩施工工法随我国近年来工业水平发展，旋挖钻机功率和扭矩也在增大，从而能够满足进行岩石钻进的需要，本文重点介绍，大功率旋挖钻在石灰岩地质条件下钻进成孔的施工方法。
从而减少冲击钻及人工钻孔桩爆破的噪声、泥浆等对施工现场环境的影响，增加施工科技含量。
1前言旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，近年在中国的桥梁施工中，已经成为桩基施工的主力军，旋挖钻机配合不同钻具，适应于干式(短螺旋)、湿式(回转斗)及岩层(岩心钻)的成孔作业，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能等特点。
旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。
在地质坚硬地区桥梁施工中，常用桩基施工方法为人工挖孔桩法和冲击钻法。
人工挖孔法由于桩基施工周期较长，技术落后，而且由于需要进行爆破作业，危险隐患较大，逐渐被淘汰；采用冲击钻进行施工也存在一定问题，主要体现为在地质较硬的岩层冲击钻成孔速度极慢，甚至出现全天不进尺现象，如果地质溶岩较发育，经常出现卡钻情况，一但出现卡钻情况，一根钻孔桩的施工经常需要1-3个月的时间，甚至更长。
采用旋挖钻机进行桩基施工，不仅施工速度大幅提高，施工成本大幅降低，在施工质量方面也体现出明显的优越性，如哈大高铁沈阳段，中铁九局桩基施工95%以上的工程量是由旋挖钻完成的，在因动迁原因严重制约开工时间的情况下，桥梁主体施工工期提前一年完成。
旋挖钻机与桩基工程及施工工艺结合的非常密切，由于旋挖钻机的大量应用只是在近几年，我国当前尚未有较完善的旋挖钻机施工规范，尤其对地质坚硬的岩层钻孔桩施工，没有开展较系统的工法研究。
本文以由***集团**建设有限公司承建的**市甘南路、棋南线BT工程子项目xxxx及延伸工程为依托，重点介绍旋挖钻机在岩质较硬的中风化、微风化石灰岩（强度在30-50MPa之间）地层钻孔桩施工工法，为同类地层的旋挖钻机钻孔桩施工提供参考。
旋挖钻机泥入岩技术（学会多赚500万）前言泥岩成因是由细粒土经长期沉积压缩而成，通常泥岩强度介于400~1000kpa(极限承载力)或8~30mpa(单轴抗压强度)之间，属于及软岩或软岩范畴，旋挖钻机钻进如此强度的地质是没有问题的，但却会出现打滑！塞齿！糊底等不进尺现象，大大影响了施工效率，此外泥岩在我国分布广泛。
如：四川，重庆，南京等各大省城，因此必须破解泥岩钻进，掌握泥岩钻进方法，才能提升施工效率，预防施工隐患。
目录一地质特征二泥岩特性三机型配置四干成孔工艺五操作控制六注意事项七钻具优化●泥岩地质特征泥岩：弱固结的粘土经过中等程度的后生作用（如挤压作用，脱水作用，重结晶作用及胶结作用等）即可形成强固结的泥岩。
泥岩是已固结成岩的，但层理不明显，或呈块状，局部失去了可塑性，遇水不立即膨胀的沉积型岩石。
●泥岩特性1 遇水软化：泥岩矿物成分由细粒土组成，因此具有遇水软化特性。
2 颗粒细腻：泥质岩粒度<>3 层理构造：泥岩性沉积岩，由长期压缩而成，层理构造但并不明显。
小结：泥岩的不可塑性，其结晶颗粒细腻，层构造造成表面光洁；在泥浆润滑及软化作用下，容易出现打滑，塞齿，糊底现象。
●机型配置泥岩强度：根据泥岩强度进行机型配置，如极限承载<>●地质强度：当泥岩强度极限承载力超过>500kpa\单轴抗压强度>10mpa<> 不泥岩强度极限承载能力达到600kpa或以上\单轴抗压哟度15mpa或更高（以1m桩径，泥浆静压工艺为例），由于开体钻斗的结构，扁齿切削能力以及自身强度等因素，已不能满足施工需求，因此此时需配置双底截齿入岩钻具。
（注：可选用μ40或30\50截齿17~19mm合金；当强度苦寒到极限承载能力700kpa或以上，单轴抗压强度>18mpa或更高值，需选用截齿入冉筒钻取芯，截齿合金尺寸19~22mm）●干作业成孔工艺泥岩地质无地下水时，可采用干作业成孔工艺，此时泥岩没有泥浆润滑及软化，消除了打滑，塞齿，糊底等现象，利于泥岩破碎，降低了钻进负载，可提升钻进能力。
旋挖钻机在钻进泥岩或砂岩时经常出现打滑现象分析旋挖钻机在钻进泥岩或砂岩时，经常出现打滑现象，即无阻力也加不压，无法钻进或钻进困难，从而影响施工进度及生产效率。
本人经过长时间的施工及经验积累，也曾在众多泥岩地质基础施工，如：湖北天兴州，嘉陵江，汨罗等工程，对钻进泥岩有一定认识及见解，通过对地质.钻具及操作的整合.最终破解泥岩钻进难题。
（一）、泥岩概述泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类的岩石，因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称为红砂岩。
红砂岩主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式。
多数红砂岩受大气环境的作用可崩解破碎，甚至泥化，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化。
泥岩是一种由泥巴及黏土固化而成的沉积岩，其成分与构造和页岩相似但较不易碎。
一种层理或页理不明显的粘土岩。
泥岩具有吸水、粘结特性。
（二）、打滑原因施工过程中，如果干孔钻进泥岩，选用螺旋钻斗钻进效率较高，如果选用双底捞砂斗也可钻进，但负载较大；孔内一旦遇水马上出现打滑现象，因此打滑与水或泥浆有直接关系，所以泥岩打滑主要原因由以下几点组成1泥岩的硬度，2水或泥浆润滑作用，3泥岩吸水软化等。
（三）、不同钻具钻进分析1螺旋钻斗钻进水孔泥岩时，由于泥岩遇水软化，会把螺旋钻斗前端的锥头挤满泥岩渣土，形成一个整体，钻具便失去钻进作用，不能持续钻进后，水或泥浆便进入钻斗与泥岩之间而润滑，便形成打滑。
2用双底截齿钻斗钻进泥岩水孔时，由于截齿钻进方式是利用前端的合金头钻入，合金头很容易破入泥岩，但由于前端的合金头很短，固定合金头的截齿体必须跟进切入，但截齿体太钝，便形成阻力，由于截齿破入泥岩太浅，泥岩具有胶结性，从而达不到破碎效果，因此不能持续钻进，水或泥浆进入截齿与泥岩之间而润滑，便形成打滑。
3通过上述分析，泥岩胶结性好不易破碎，需较锋利的刀具，钻进切入较深，切入阻力小才能达到切削破碎的效果。
（四）、破解泥岩钻进因此选用双底捞砂斗，切削式钻进符合上述分析。
旋挖钻孔桩质量验收程序一、钻孔工序1、堪岩深度及岩性判定a、取芯桩本工程桩基础为钻孔桩基础，采用旋挖钻机钻进。
对开钻前选取试验桩进行钻孔试验。
钻进过程中根据取出的岩屑进行判断是否进入岩层。
再用测绳测量深度并对入岩深度进行记录。
钻机继续钻进，钻进过程中根据钻机钻杆旋转扭矩大小及取出的岩芯进行判断是否进入中风化岩层，待达到设计的堪岩深度后将取出的岩芯送往实验室进行试压，如达到设计要求的强度停止钻进，并记录测量深度。
反之则继续钻进直至取出的岩芯强度达到设计要求为止。
按照设计要求每一结构单元的桩基取芯数量不少于总桩数的5%。
b、未取芯桩对于取芯范围外的桩基入岩深度如上所述进行判定，对于堪岩深度的判定则根据1、根据工程地质资料，在施工前对各桩孔作出预设计深度，使各桩孔底、桩尖部位进入所需的持力层。
2、终孔取芯后，对所取的岩芯进行现场判定。
根据试验桩的岩芯与钻出岩芯的岩性进行对比。
如与试验桩取出的岩芯的岩性相吻合，即可终孔。
反之则需加深钻进或会同设计、地勘人员作进一步研究。
2、刚性角要求在钻孔施工过程中对桩基深度的控制除堪岩深度外还根据相邻桩基的深度来控制，使其满足设计要求的相邻桩间高差小于桩距的要求。
3、检孔钻孔灌注桩成孔后，要对桩孔进行检查验收，检测内容包括：钻孔的平面位置、孔深、倾斜度、全深的孔径等。
成孔质量应符合下列标准：⑴孔径不应小于设计孔径；⑵孔深不小于设计规定；⑶倾斜度小于1%。
孔深、孔底沉渣采用标准测锤检测，孔径、孔形采用自制检孔器检测。
检孔器用Ф28和Ф16钢筋制成，检孔器外径等于钢筋笼外径+100㎜，检孔器长度是检孔器外径的4～6倍，检孔器顶面几何中心焊起吊圈。
检测时，将检孔器吊起，使笼的中心、井孔的中心、吊绳保持一致，慢慢放入孔内，上下畅通无阻标明孔径大于设计桩径；若中途遇阻则有可能在遇阻部位有缩径或弯孔现象，应采取措施予以消除。
检孔器还可测孔位、桩孔倾斜度，将检孔器放入孔内，调整起吊滑轮，使吊绳保持竖直，此时吊绳位置即为桩孔中心位置，将起吊滑轮固定测出滑轮至井口距离，测出检孔器下放时各个位置的水平偏移，就可推算出个测点偏移桩中心距离及倾斜度。
交通科技与管理111工程技术0 前言 旋挖钻机是建筑工程中成孔作业的现代化施工机械，它具有自动化程度高、劳动强度低、装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、施工率高等特点。
目前已广泛应用桥梁、市政设、高层建设等基础的钻孔灌注桩工程。
但是在硬地层如岩石或极硬岩中，嵌岩式的桩基施工技术仍处于不断探索和完善阶段，在应用和施工经验方面的资料也很有限，为了适应城市化发展的要求，随着越来越多的超高层建筑、大桥梁的建设，将会有更多的桩基，需要嵌入中、微风化硬质岩或极硬岩层施工。
目前旋挖钻进技术中对钻进硬岩、极硬岩常规办法是采用旋挖钻机筒钻进行“硬磨”。
为解决上述问题，本文通过不对旋挖本身进行改变，而是利用组合外部设备的方式大幅提高了对高强度岩钻进的入岩效率。
1 旋挖钻机的优越性及工作原理 旋挖钻机采用动力头装置，具有轴向压力及扭矩大的特点。
施工时，钻机根据不同地层可自动调整，使各项钻进参数达到最佳，自有的行走功能和桅杆变幅机构使得钻具能正确的就位到桩位，利用桅杆导向下放钻杆将底部带有活门的桶式钻头置放到孔位，钻机动力头装置为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆钻头，钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内，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，这样循环往复，不断地取土、卸土，直钻符合设计深度。
节省大量人力。
作业人员在安全的环境下作业，实现本质安全。
旋挖钻进为干式或无循环泥浆钻进，护壁泥浆为可重复利用，无需外运，大大减少环境污染，挖出的土直接装车外运，保持现场清洁平整；旋挖钻机采用原装进口柴油机，噪音小、功效高，能耗是完成相同工作量钻（冲）孔桩机的1/4。
据统计，在相同地层旋挖钻机的成孔速度是传统（冲）孔钻机的3~5 倍左右。
2 潜孔钻机的工作原理 潜孔钻机一般用于钻凿岩石锚索孔、锚杆孔、爆破孔、注浆孔等钻凿施工。
其工作原理是，潜孔钻的风动冲击器连同金刚石钻头装在钎杆的前端，钻孔时，推进机构使钻具连续推进并将一定的轴向压力施加于孔底，使钻头与孔底岩石相接触；回转机构使钻具连续回转，安装在钻杆前面的冲击器，在压缩空气的作用下，使活塞往返冲击钻头，完成对岩石的冲击；压缩空气从回转供风机构进入，经中空杆直达孔底，把破碎的岩粉从钻杆与孔壁之间的环形空间排至孔外。
旋挖钻机在淤泥及中风化砂（砾）岩地层的钻进问题及处理方法桩基施工过程中，在确保安全、质量的前提下，提高效率是施工技术人员共同追求的目标。
旋挖钻进工艺以其效率高，施工质量好、污染少，理所当然就成为了大口径灌注桩成孔设备的首选。
本文主要介绍一下旋挖钻机在淤泥及中风化砂（砾）岩层钻进中出现的问题及处理方法。
1 现场数据：基础形式采用桩基，共设有钻孔灌注桩860根，桩径φ800 m m,桩长10~27m 不等，桩端进入中风化砂（砾）岩，入岩深度≥1.2m。
①素填土：杂色，以粉土为主，含少量碎石及植物根系，厚度2~3 m。
②碎石土：褐红色，主要为强风化及中风化砾岩碎块，粒径0.6~1.5 m，经强夯，层厚3~9 m。
③淤泥：黑色，软塑，平均厚度2.6m。
④强风化砂（砾）岩：褐红色，层厚8—12 m，0.55＞完整性指数＞0.35。
⑤中风化砂（砾）岩：褐红色，完整性指数＞0.75。
2 施工准备2.1泥浆配制材料：膨润土（钠质，细度200目，泥浆的主要材料），火碱（调节泥浆稳定性和PH值），纤维素（增加粘性）。
泥浆性能指标表1钻机型号：NR2203，扭矩220KNM ，最大钻孔直径2.0 M，最大钻孔深度60 M；泥浆泵（15KW）；搅浆筒。
钻具选择表2项次名称规格型号1 砂斗φ800 双底板2 短螺旋φ800 单螺旋3 筒钻φ800图1 双底板砂斗钻头图2 短螺旋钻头图3 筒钻3施工特点、难点问题及处理方案3.1岩石地层施工，对钻具的选择和适时灵活应用成为施工的重点。
本场地内地层由上至下分别为：回填土，碎石土，淤泥，强风化砂（砾）岩，中风化砂（砾）岩。
根据现场地层情况拟采用：砂斗——短螺旋——筒钻，三个钻具有选择性的分步分层钻进。
①在回填土层，由于比较松散采用砂斗钻头钻进，可以提高钻进速度；②填筑的碎块岩石，体积大小不均，粒径0.6~1.5 m，砂斗（φ800mm）只能钻进粒径≤200 mm的岩块，因此采用短螺旋粉碎大体积岩块，再用砂斗钻进的方法；充分发挥短螺旋在碎石层钻进的优点；③淤泥层采用砂斗缓慢钻进，由于砂斗的扰动小，使泥浆在淤泥层能形成较好的泥皮，防止出现塌孔现象；④强风化砂（砾）岩完整性差，强度不高，首先用短螺旋钻进松动，再以砂斗捞取；⑤强度高，完整性好的中风化砂（砾）岩层，短螺旋不能钻进，改用筒钻直接钻进，取出岩石。
