旋挖钻斗钻成孔灌注桩施工教程

钻杆按钻进加压方式可分为摩阻式、机锁 式、多锁式和组合式。
表４为钻深与配置摩阻式钻杆节数的关系 表。
表５为各类钻杆的技术特性参数。 在旋挖钻机成孔施工时，要根据具体的地 层土质情况选用不同的钻杆，以充分发挥摩阻 式、机锁式、多锁式及组合式钻杆的各自优 势，制定相应的施工工艺，配合选用相应的钻 具，提高旋挖钻进的施工效率，确保钻迸成孔
内锁互扣式钻杆系统，使
传递
向下推进力和向上起拔力
每节钻杆由钢管和焊在
由摩阻式和机锁式钻
直接传递至钻具
其表面上的具有连续台
杆组成，一般采用５
阶的键条组成，形成自动
适用地层
杆是机锁式，里边２ 节钻杆是摩阻式
普通地层，如．地表覆 盖土、淤泥、黏土、淤
头）３个主要部分组成。
主机
主机有履带式、步履式和车装式底盘，用于 短螺旋钻进的钻机均可用于旋挖钻斗钻成孔。
旋挖钻机种类很多，国外生产厂家也很 多。如日本加藤１５Ｈ、２０ＨＲ、２０ＴＨＢ系歹０；日 立建机Ｕ１ ０６Ａ、ＴＨ５５、ＫＨ７５、ＫＨｌ ００、ＫＨｌ ２５ 系列：日本车辆ＥＤ４００、ＥＤ５００、ＤＨ３００系 列：意大利土力公司ＳＲ一２０～ＳＲ一１００系列、 ＳＴＭ２０、ＳＴＭ３０及ＲＴ３ＳＴ、ＳＡ２５和ＳＡ４０系 歹０：德国宝峨ＢＧｌ２Ｈ～ＢＧ３６Ｈ、ＢＧ２０～ＢＧ４２ 及ＢＧ２５Ｃ、ＭＢＧ２４系列：其他还有意马、卡萨 格兰特及迈特等众多系列。
表２为根据国内近４０家旋挖钻机制造商生 产的旋挖钻机按其主要技术参数（扭矩、成孔 直径和成孔深度）分为大、中、／Ｊ＼３种类型的 汇总表。
表２中成孔直径视主机底盘型号、钻进土层 和岩层的物理力学性能及成孑Ｌ时是否带套管有 所不同；成孔深度视钻杆种类（摩阻式及自锁 式等）及钻杆的节数有所不同。
由于国内生产旋挖钻机的厂家已逾４０家， 旋挖钻机的型号就有３００余种，因篇幅有限无法 列出有关旋挖钻机的技术特性参数。
旋挖钻斗钻成孔法有全套管护壁钻进法和 稳定液护壁的无套管钻进法２种，本讲只论及无 套管旋挖钻斗钻成孔法。
旋挖钻斗钻成孔灌注桩优缺点
优点 ①振动小、噪声低。②最适宜在粘 性土中干作业钻成孔（此时不需要稳定液管 理）。③钻机安装较简单，桩位对中容易。④ 施工场地内移动方便。⑤钻进速度较快。⑥工 程造价较低。⑦工地边界到桩中心的距离较 小。⑧环境污染小。⑨成孔成桩质量高。
上述情况表明：旋挖钻斗钻成孔灌注桩在 日本建筑界成为灌注桩的主力桩型，成孔直径 多数为１ ０００～１ ９００ ｍｍ，钻孔深度多数为 １５～３５ ｒＱ，旋挖钻斗钻属于“土钻法”，故日 本不考虑用该类型钻机进行岩层钻进。
旋挖钻斗钻成孔灌注桩
由于高效率、低公害及 旋挖钻斗钻成孔灌注桩施工
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施工技术
桩基础施工新技术专题讲座（六）
旋挖钻斗钻成孔灌注桩
口沈保汉北京市建筑工程研究院
旋挖钻机按其功能可分为单一方式旋挖 钻斗钻机（Ｅａ ｒｔｈ Ｄ ｒ…）和多功能旋挖钻机 （Ｒｏｔａｒｙ Ｄ ｒｉｌｌｉｎｇ Ｒｉｇ），前者是利用短螺旋钻头 或钻斗钻头进行干作业钻进或无循环稳定液钻 进技术成孔制桩的设备，后者则通过配备不同 工作装置还可进行其他成孔作业，例如配备抓 斗可进行地下连续墙成槽作业，配备双动力头 可进行咬合桩作业，配备长螺旋钻杆与钻头可 进行ＣＦＡ工法桩作业，配备全套管设备可进行全 套管钻进，一机多用。目前，在我国钻斗钻成 孔施工法是旋挖钻机的主要功能。
譬黎惹盏柔、施工成本
机。微型钻机又称ＢＡＢＹ钻机或ＭＩＤｌ钻机，动力 头输出扭矩只有３０～４０ ｋＮ·ｍ，整体质量约为 ３ ０００～４ ０００ ｋｇ。旋挖钻机按结构形式可分为 以欧洲为代表的方形桅杆加平行四边形连杆机 构的独立式钻机和以日本为代表的履带式起重 机附着式钻机。旋挖钻机按钻进工艺可分为单 工艺钻机和多功能（又称多工艺）钻机。
近十年来，随着土木建筑规模快速增大， 国内旋挖钻机的发展达到一个新平台，目前生 产旋挖钻机的有以三一重机、徐工、山河智 能、上海金泰、中联重科、南车北京时代、郑 州宇通、福田雷沃、郑州川岛及鑫国重机等为 代表的４０余家制造商；旋挖钻机形成了０８、 １ ２、１ ６／１ ５、１８／２０、２２／２３、２５／２６、３０／３１、 ３６、４０、４２及４５等大中小型系列产品，最大成 孔直径可达３ ０００ ｍｍ，最大钻孔深度已超过 １ ｏｏ ｍ，配置各类钻斗可在各种土层和风化软基 岩中进行成孔作业。２００９年我国旋挖钻机产能 约为１ ５００台，总销量达到１ ２００台，同比增长 ２８％。
双层底板，２个进土口
单、双层底板，在钻斗底部周边设有截齿 无底板，在钻斗底部周边设有截齿 扩底角大，回转扭矩小 扩底角小，回转扭矩大
适应地层 黏性土、胶结性强的地层 松散土、胶结较好的卵石地层 地层完整的胶结黏性土 黏性土、夹有卵石的松散土地层 黏性土、胶结性强的地层 卵石、密实砂砾地层 大粒径卵石、冻土、强风化软基岩地层 中小粒径卵石，：东土、强风化软基岩 地层 大卵石、漂石地层 大卵石、漂石地层 稳定土层 稳定土层、较复杂地层
旋挖钻斗钻成孔灌注桩由于高效率、低公 害及低造价而成为日本建筑界灌注桩的主力桩 型。据日本基础建设协会１ ９９３年对３１家施工单 位的１ ０．０９万根桩的调查，旋挖钻斗钻成孔法 占６６．６％。其中，以钻孔直径而言，直径介于 １ ０００～１ ４００ｍｍ桩占５０％，１ ５００～１ ９００ｍｍ桩 占２ ８％，２ ０００～２ ４００ ｍ ｍ桩占１ ４％， ２ ５００～４ ０００ ｍｍ的桩占８％：钻孔深度主要 集中在１ ０～４０ ｎｑ之间，占到８２％，其中又以 １５～３５ ｍ最多，占６０％，４５～７０ ｍ只占５％左 右。
表３为部分钻斗的结构特点与适应地层。 一般说来，双层底板钻斗适应地层范围较
钻斗类型 单开门土斗 双开门土斗 半合式土斗 侧开口双开门土斗 Ｓ形锥底钻斗 多刃切削钻斗 单开门砂斗
双开门砂斗
侧开式筒式取芯钻斗 筒式环状取芯钻斗 上开式扩底钻斗 下开式扩底钻斗
结构特点 单层底板，进土口大 单层底板，钻进平稳 单层底板，筒体可分成两半，卸土方便 单层底板，进土口大，钻进平稳 单层底板，钻斗可侧向全打开 多层底板，在钻斗底部设置多刃 双层底板，进土口大
万方数据
垂直度等要求
宽，单层底板钻斗通常用于黏性较强的土层； 双开门钻斗适应地层范围较宽，单开门钻斗通 常用于大粒径卵石层和硬胶泥。对于相同地层 使用同一钻进扭矩的钻机时，不同斗齿的钻进 角度，钻进效率不同。在孔壁很不稳定的流塑 状淤泥或流砂层中旋挖钻进时可采取压力平衡 护壁或套管护壁。在漂石或胶结较差的大卵石 层中旋挖钻进时，可配合“套钻”、 “冲”、
旋挖钻机机型的合理选择应考虑下述因 素：施工场地岩土的物理力学性能、桩身长 度、桩孔直径、桩数、旋挖钻机的购进成本、 施工成本及维修成本等。机型配置不当，往往 会造成事倍功半的后果。如果“小马”拉“大 车”，则施工效率低下，造成钻机较大疲劳， 甚至还可能造成钻机的寿命大大缩短；反之， 如果“大马”拉“小车”，则钻机发挥不了其
正确选择。 旋挖钻斗种类繁多，按所装底齿可分为截
齿钻斗和斗齿钻斗；按底板数量可分为双层底 钻斗和单层底钻斗；按开门数量可分为双开门 钻斗和单开门钻斗；按钻斗桶身的锥度可分为 锥桶钻斗和直桶钻斗：按底板形状可分为锅底 钻斗和平底钻斗；按钻斗扩底方式可分为水平 推出方式、滑降方式及下开和水平推出的并用 方式。以上结构形式相互组合，再加上是否带 通气孔及开门机构的变化，可以组合出数十种 旋挖钻斗。旋挖钻斗钻成孔时在稳定液保护下 钻进，稳定液为非循环液，所以终孔后沉渣的 清除需用清底式钻斗。
其酸碱性的腐蚀；质量尽可能轻，以提高钻机 功效，降低使用成本。
钻杆按其截面形式可分为正方形、正多边 形和圆管形。方形钻杆制造简单，但不能加 压，并有应力集中点，使用寿命较短。正多边 形钻杆，其强度有所提高，受力较为合理。随 着成孔直径越来越大，成孔深度越来越深，扭 矩越来越大，圆管形钻杆因其受力效果最好， 得到普遍使用。
旋挖钻机按动力头输出扭矩、发动机功率 及钻深能力可分为大型、中型、小型及微型钻
建筑界 土木界 合计
旋挖钻斗钻成孔
反循环钻成孔
全套管钻成孔
桩 百分比 桩 ％ 桩数根 数 百分比根 ％
百分比％
６５ ０００
７９．５
３ ７００
４．５
１３ １００
１６．Ｏ
２ ２００
１１ ５
４ ＯＯＯ
２０．９
’２ ９００
６７ ６
套旋挖管钻护斗壁钻锱成孔抑法稳有定全 旋挖钻斗钻成孔灌注桩基本
液护壁的无套管钻进法甩ＩｓｉＪ、千Ｊ吃里￡
２尊
……。
旋挖钻斗钻成孔施工法是利用旋挖钻பைடு நூலகம்的
钻杆和钻斗的旋转及重力使土屑进入钻斗，土屑 装满钻斗后，提升钻斗出土，这样通过钻斗的旋 转、削土、提升和出土，多次反复而成孔。
旋挖钻斗钻成孔法是２０世纪２０年代后期美 国ＣＡＬＷＥＬＤ公司改造钻探机械而用于灌注桩 施工的方法。英文称“Ｅａ ｒｔｈ Ｄ ｒｉｌＩ”（即土层钻 孔机或土钻）。我国对此施工法有众多译名， 有的音译为“阿司特利法”；意译名有： “土 钻法”、 “短螺旋钻孔锥”、 “干取土钻”、 “回转斗成孔灌注桩”、 “旋转式钻孔桩”、 “旋挖桩”、 “静态泥浆法”及“无循环钻” 等，同一方法，众多名称。笔者认为译成“旋 挖钻斗钻成孔法”较为确切。
钻深ｍ ２０～３５ ３０～４５ ４０—５５ ５０～７５ 大干７５
摩阻式钻杆的节数 ３
４ ４ ５ ６
每节钻杆由钢管和焊在
多锁式 组合式钻杆特点
其表面的无台阶键条组
上的起拔力均由键条之
条组成，向下的推进
在其表面的带台阶键
成，向下的推进力和向
间的摩擦力传递 每节钻杆由钢管和焊
力和向上的起拔力均
由台阶处的键条直接
钻杆
对于旋挖钻机整机而言，钻杆也是一个关 键部件。钻杆为伸缩式的，它将动力头输出的 动力以扭矩和加压力的方式传递给其下端的钻 具，其受力状态比较复杂（承受拉压、剪切、 扭转及弯曲等复合应力），直接影响成孔的施 工进度和质量。
对钻杆要求，具有较高的抗扭和抗压强度 及较高的刚度，足以抵抗钻孔时的进给力而保 证钻孔垂直度等要求；能够抵御泥浆和水等对
应有的性能，收益低下，造成设备的浪费。因 此，应尽量选择与工程相匹配的机型，充分发 挥钻机的高效性。在多款机型均能满足工程使 用要求时，应尽量选择输出扭矩低的机型。
钻斗（钻头） 钻斗是旋挖钻机的一个关键部件。旋挖钻 机成孔时选用合适的钻斗能减少钻斗本身的磨 损，提高成孔的速度和质量，从而达到节约能 源和提高整个桩基施工效率的效果。目前常见 的旋挖钻机，其结构形式和功能大同小异，因 此，施工是否顺利，很重要的因素就是钻斗的
“抓”等工艺。黏泥对旋挖钻进的影响主要是 卸土困难，如果简单地采取正反钻突然制动的 方法对动力头、钻杆及钻斗的损坏很大，因此 可采用半合式土斗、侧开口双开门土斗、两瓣 式钻斗以及Ｓ形锥底钻斗等钻斗进行钻进。在坚 硬岩层中钻进时，应根据硬岩的特性，采用多 种组合钻头（例如斗齿捞砂螺旋钻头、截齿捞 砂螺旋钻头及筒式取芯钻斗等）。
６７ ２００
６６ ６
７ ７００
７．６
２６ ０００
２５ ８
万方数据
成孔直径ｍｍ
成孔深度ｍ
大型 ２００～４５０６５～ １ ５００～３ ０００ １１０
中型
１２０～２２０
１ ０００～２ ２００
５０～６５
小型
１２０以下
６００～１ ８００
４０～５５
施工技术
旋挖钻机机型的合理选
至譬翥霎至翁易霆≥掌
性能、桩身长度、桩孔 直径、桩数、旋挖钻机
缺点 ①当卵石粒径超过１ ００ ｍｍ时，钻 进困难。②稳定液管理不适当时，会产生坍 孔。③土层中有强承压水时，施工困难。④废 泥水处理困难。⑤沉渣处理较困难，需用清渣 钻斗。⑥因土层情况不同，孔径比钻头直径大
７％～２０％。
旋挖钻斗钻成孔灌注桩适用范围 钻斗钻成孔法适用于填土层、粘土层、粉
万方数据 １０６工程机械与维修ＣＭ＆Ｍ ２０１０．１０
施工技术
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，如采用特殊措 施，还可嵌入强风化岩层。嵌入中、微风化硬 岩层困难，工效低，钻头损耗大。
旋挖钻斗钻成孔灌注桩应用情况 表１为１ ９９３年日本基础建设协会对３１家基础
施工单位的日本三大类型灌注桩的１ ０．０９万根桩 的调查结果。