旋挖鉆機選型應用及成本控制

盛擁國

（中國水電基礎局有限公司，天津 301700）

1 旋挖鉆機在鉆孔灌注樁施工中的顯著優勢

（1）鉆機自動化程度高，施工質量有保障。一般采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動檢測調整、孔深數碼顯示等，整機操縱一般采用液壓先導控制、負荷傳感，具有操作輕便、舒適等特點。主、副兩個卷揚可適用于現場多種情況的需要，在適應的地質條件下工效是其他鉆孔設備的十余倍，還可最大限度地保證鉆孔質量。

（2）旋挖鉆機對各類地層的適應能力強，應用面廣。適用于淤泥質土、砂土、粘性土、粉質土、卵石層等地層施工，并可入巖施工，在灌注樁、連續墻、基礎加固等多種地基基礎施工中可得到廣泛應用。

（3）成孔速度快，鉆進效率高。伸縮鉆桿不僅向鉆頭傳遞回轉力矩和軸向壓力，而且利用本身的伸縮性實現鉆頭的快速升降，快速卸土，縮短了鉆孔輔助作業的時間，提高鉆進效率。

（4）節省工序作業時間。履帶底盤承載，接地壓力小，適合于各種工況，在施工場地內行走移位方便，機動靈活，對樁孔的定位非常準確、方便。自帶柴油動力，可緩解施工現場電力不足的矛盾。

（5）環保特點突出，有助于施工現場文明施工。通過鉆頭旋挖取土，再通過凱式伸縮鉆桿將鉆頭提出孔內后卸土。泥漿僅用來護壁，而不用于排碴，成孔所用泥漿基本上等于孔的體積，且泥漿經過沉淀和除砂還可以多次反復使用。目前很多城市在施工中的排污費用明顯提高，使用旋挖鉆機可以有效降低排污費用，并提高文明施工的水平。

2 旋挖鉆機選型應考慮的主要參數及實際應用效果

2.1 確定關鍵參數，合理選型降低成本

準確的地質條件、水文情況、孔徑孔深參數、設備扭矩、加壓力、發動機及底盤、動力頭、液壓泵、電氣元件、鉆桿、鉆具是旋挖鉆機選型中必須要考慮的關鍵因素，通過合理選型與配置，可有效降低成本。

（1）地質水文條件、孔徑孔深，直接決定著應從哪個范圍段確定設備選型。樁徑加大意味著鉆斗的直徑增加，因此阻力臂增加，增加扭矩負載，需選擇較大扭矩的鉆機。加壓油缸輸出壓力傳給鉆斗上的鉆齒，樁徑增加，意味著鉆齒數量的增加，使得每個齒上的壓強減小，降低了鉆進能力，因此在設備選型中須綜合考慮，將動力頭強大扭矩和加壓力有效加載到鉆具，使得破碎巖石能力強。

（2）發動機功率應和液壓主泵、主閥等配套機構合理匹配，對發動機來講，在滿足環境排放標準的前提下，動力性要和地質情況及樁徑尺寸相適應，即在滿足設計功率儲備下，還要考慮經濟性和環保要求。根據不同工況條件，選擇不同功率模式，以讓發動機和液壓系統合理匹配，達到燃油經濟性要求。如在第四紀覆蓋層施工，可以選擇普通功率模式；在入巖和復雜地層中施工可以選擇重載功率模式；操作手根據實際工況選擇相適應的功率模式，節能降耗，適應工況變化能力強。最好配置極限功率控制系統，當操作手在粘土中施工遇到縮徑猛提鉆桿或者遇到復雜地層動力頭扭矩急劇增加時，極限功率控制系統會根據傳感器回饋信號及時調節液壓輸出功率，避免發動機失速和熄火從而有效保護發動機。

（3）底盤重量大，會使設備重心更低，適當選配外掛配重，可大幅提升設備在施工狀態中的穩定性，確保在較大口徑、深樁、入巖工況施工時設備的安全性、穩定性及成孔質量，同時有效改善操作機手的工作環境。

（4）動力頭轉速應多檔控制，鉆進效率更高，動力頭若采用3組馬達驅動，傳扭平穩可更好實現低轉速大扭矩。液壓系統和電器元件應優選配置國際知名品牌的主泵和主閥，使整機具有超強穩定性、可靠性，延長使用壽命。遇到復雜地層鉆進時，鉆具自重不夠，需要加壓鉆進，鉆機配置油缸加壓鉆進功能，可根據不同地層調整最大加壓力，提升工效。

（5）鉆桿屬易損件，是鉆機配套關鍵部件之一，將扭矩和加壓力傳遞給鉆具，鉆桿承受鉆機輸出扭矩和加壓力，承受操作不當的慣性沖擊，承受鉆進惡劣地質劇烈振動。目前施工中主要有以通過扭矩負載產生的摩擦阻力傳遞加壓力的摩阻式鉆桿和通過機鎖點機鎖傳遞加壓力的機鎖式鉆桿。摩阻鉆桿適合松軟不入巖地層，如泥巖或砂巖等地層，但地層較硬時需要換成機鎖鉆桿。目前國內地層華東區域軟地層較多，用摩阻鉆桿較多，一過秦嶺地層較硬，大多為機鎖鉆桿。

2.2 鉆具選擇及材料單耗控制

鉆機輸出扭矩和加壓力，作用在鉆具上的鉆齒，對地質進行切削破碎，將渣土通過鉆斗提出孔外。工欲善其事、必先利其器，選擇適宜的鉆具將使工效劇增，并大幅降低耗材費用。目前市場常用的鉆頭有：雙底斗齒撈砂鉆頭（適宜于覆蓋層、松軟的砂層等一般地層）、雙底截齒鉆頭（適宜于風化巖等風化層）、截齒巖心筒鉆（適宜于堅硬地層）、牙輪巖心筒鉆（適宜于非常堅硬的花崗巖等地層）、雙頭單螺旋截齒鉆頭（定形和垂直度好，適合入巖取芯）、雙頭單螺旋斗齒鉆頭（適合松散地層、干孔、下護筒施工），因此選擇最適宜工程條件的鉆具是促進工效、降低成本的關鍵。子彈頭等截齒耗材是施工中的易耗品，應結合地質條件通過實踐試驗確定后方可廣泛使用。同時，嚴格按照維護保養程序，不折不扣的做好定期維護保養，避免大額配件損壞，也是控制成本的關鍵點所在。

2.3 適應市場建立有效的績效考核機制

操作手操作水平、責任心，以及對設備故障的排除能力、完好率控制、維修保養費用能不能控制在計劃的額度內，也是保障生產、降低成本的關鍵因素。因此，操作手的選擇上一要考慮技術水平，二要考慮責任心及服務精神。目前施工企業單機操作手配置數量多，收入水平低，與市場存在差距，應減少數量配置，與市場接軌，實施高收入、淘汰制，量化指標，制訂務實有效的操作手考核制度，并予以及時兌現。可增強設備使用人的責任意識、服務積極性，加強設備使用、管理、維修保養、安拆等各項工作，有力地促進生產，降低成本。

3 各類地層及樁徑下的操作技巧

在不同的地質條件和樁徑大小深淺不一時，旋挖鉆機的適應性是不一樣的，采取對應的施工技巧，會事半功倍，力促生產。

3.1 各類地層下的加壓與轉速控制技巧

軟土作業，因負載輕，經過大流量輸出，可高轉速加壓鉆進；砂土、粘性土、粉質土地層作業，高速鉆進工效明顯；碎石層作業，折斷邊齒時有發生，用中速鉆進則可避免耗材損失；卵石層作業，則采用慢轉速鉆進，工作效率反而提高；硬巖地層，可配備潛孔錘鉆具，以壓縮空氣為動力，產生的沖擊功和沖擊頻率直接傳給錘頭，快速將樁孔直徑內的巖石破碎，提升硬巖施工工效。

3.2 深孔樁施工技巧

深樁施工作業時，鉆具提升下放耗時長、鉆桿傳遞鉆壓效率低，鉆桿加長后長細比較大，施工中又要承受較大的扭矩和加壓力，尤其是機鎖桿又要頻繁地上解鎖，所以鉆桿的故障率會急劇上升。因地層軟硬不均、鉆桿加長后整體鋼度降低、鉆具變長后累積間隙加大鉆頭擺動加大，致使樁孔偏斜度大，還會發生孔壁不穩定坍塌埋鉆等現象。可通過以下操作技巧降低施工難度：加高鉆頭長度，提高每鉆鉆碴量，鉆頭增設通氣孔，提升下鉆速度；工作場地平整和堅固，減少鉆機擺動，經常修正調平系統，使鉆桿垂直工作，鉆桿上加扶正圈，鉆頭上部加配重裝置，采用孔底加壓，使鉆具鉆進時具有自垂作用；配制優質泥漿避免塌孔。

3.3 大樁徑施工技巧

大樁徑作業時，工效急劇下降、樁孔易偏斜、孔內事故多。可通過以下操作技巧提升工效。制定合理的鉆進方案，優選大功率、大扭矩型鉆機，適宜地層一徑到底成孔；如進尺效率明顯降低，采用分級鉆進，可導向鉆進直到孔底再換大徑鉆頭擴孔，也可選擇合理首鉆直徑，一般鉆取面積不小于總面積的一半；鉆桿加扶正器，若遇到特別易斜地層，盡量使大長度的取心筒鉆過渡；鉆桿與鉆頭最好采用雙銷；鉆頭提離地面高速反轉，使兩層底板之間的進土口打開，快速下落碴土。

4 實際應用效果

近年來，結合項目施工需求和不同特點，先后購置了25型、28型、30型、36型等各類多功能旋挖鉆機十余臺，通過科學合理的選型，保障生產，提升工效，降低了成本。如馬來西亞沙巴國際會展中心灌注樁項目，地層上部4～7m為粘土、粉質粘土、細沙等回填層，下部20～22m為松散的砂質粉土，底部為巖性較為完整、堅硬的砂巖及頁巖，最大抗壓強度達120MPa，旋挖鉆機需施工?600～?2000mm五類樁徑，最大成孔深度≥44.5m，最大入巖深度達9.5m。該項目旋挖鉆機選型中，選擇了額定功率為263kW的發動機，動力頭扭矩≥300kN·m，油缸加壓力和提升力≥250kN的SH30H型旋挖鉆機，在實際施工中結合地質特點配置了相應的鉆具，針對各類地層及樁徑大小采取不同的技術措施，很好的解決了入巖問題，覆蓋層平均工效達到17m/h，基巖平均工效約1.6m/h，取得了較好的經濟效果。