旋挖钻进工艺原理及钻进工艺特点

旋挖钻进工艺原理：

旋挖钻进成孔我们称之为旋挖工法，它是利用旋挖钻机和底板安装有耐磨性强、强度高且具有较高的冲击韧性的材料切削刃，在伸缩钻杆自重（含钻斗重）和固定于桅架上的油缸液压的压力作用下，通过动力头的旋转切削土体。当被切削刃切削下的土体在回转力矩推动下被挤入旋挖钻机钻斗内腔，装满钻斗后，若使用双底板旋挖斗则让其反转关闭底部入口，提升至地面卸土（钻渣）。当钻斗快提离泥浆面之前向钻孔内补入新鲜制好的泥浆，以避免由于钻斗提出泥浆面后导致孔内液面降低而垮孔。终孔后要清除孔底沉渣，清除方法可用局部悬浮法或在下钢筋笼之前用捞渣钻斗捞除。

旋挖钻进工艺特点：

①短回次。包含两项内容：一是回次进尺短，大约0.5～0.8m；二是回次时间短,一般30～40米孔深的回次时间不超过3～4分钟，纯钻进时间不足1分钟。

②钻进过程多回次重复过程。一般40m的孔深约50多个回次。主要受钻斗高度的限制。

③每回次钻进又是一个变负荷过程。开始钻斗切削刃齿在（钻斗重＋部分钻杆重）作用下切入土层一个较小深度，随钻斗回转切削前方的土层，并将切削下的土块挤入钻斗内，随钻斗切入钻孔深度不断增加，钻斗重量也不断增加，回转阻力也随之增大，随阻力矩的增大，回转速度相应降低，内外钻杆键条接触面上的压力也随之增大（摩阻式钻杆）。此时 若操作加压油缸向钻杆柱加压，压力传到钻斗，增大钻齿切入深度，钻进负荷又随之增大，转速进一步降低，甚至会出现瞬时停止转动。这样在一个很短时间内，切入深度和回转阻力矩逐级增大，负载和转速在很大范围内波动，此乃钻斗钻进方法的显著特点。

因此当钻斗下到孔底，启动动力头带动钻斗回转之初，由自重钻进而不加压。（若要在回转阻力矩补打的情况下加压，将由于内外钻杆键条接触面上的正压力和由此而产生的轴向摩擦力变小导致钻杆柱往上收缩，达不到加压效果）。若采用机锁杆旋挖钻机的钻杆时，由于锁定点设计不同，有的设在键体两端和中间开设较大的切口，有的则在整个键体上连续开有等间距的小切口（齿形键条，例如意马公司钻杆）。前者在加压时必须靠公母啮合方能加压（正向转动15度啮合，反向转动15度退出啮合）。因此旋挖钻机钻头未提离孔底前退出啮合比悬吊时退出啮合较合理，它可以减少钻杆键的磨损，且操作上容易退出，并能预防事故发生。

旋挖钻进清孔方法的选择：

旋挖工法采用无循环泥浆钻进，钻渣不能通过泥浆的循环携带到地面沉降下来（即所谓的连续排渣），而是通过钻斗提升到地面卸渣，我们称之为间断排渣。

旋挖工法产生孔底沉渣的几种原因：

①钻斗斗齿是疏排列，齿间漏失不可避免。

②斗齿与钻斗底盖之间残留。

③底盖关闭不严。

④钻斗回次进尺过大，装载过满，渣土从顶盖排水孔挤出。

⑤钻进泥砂、流塑性地层时，进入钻斗内的钻渣在提升中流失严重，有时甚至全部流失于钻孔内。

⑥钻斗外缘边刃切削的土体，由于孔底是平面（非锅底形）不能进入筒体的入口，因而残留于孔底外缘。

我们根据旋挖工法的特点，研究出两种清孔方法，取得了良好的效果。

其一，沉渣局部悬浮法。离终孔还剩2m左右（两个回次终孔）将预先在地面配制好的CMC（羧甲基纤维素）溶液，通过消防水管送至孔底，再经钻斗在终孔前的两个回次中搅动，与下面局部段泥浆混合后，大大提高黏度和悬浮沉渣的能力，局部悬浮效果十分显著。我们在北京大学“一百周年纪念讲堂”工地施工工程桩采用此方法，终孔后1个小时内多次测量沉渣为零。该地层终孔前5～6m处为厚7～8m细砂层。

CMC溶液配制方法较简单，将约0.6立方米溶器装满温度为30℃～40℃的水，然后将2kg CMC放入，边投边搅拌，直至全部溶入水中成糊状（不能呈块状），静置12h备用。

其二，沉淀捞取法。局部悬浮法多了一道工序，虽然时间很短对施工效率影响不大，但有时也较麻烦。我们根据不同地层的钻渣在泥浆内的沉降速度及—定时间内沉降厚度与时间段的相关关系，确定捞渣时间，以满足在下完钢筋笼和导管之后沉渣厚度不超过标准。