BG-22C型全液压旋挖钻机多年冻土区钻孔桩施工工法一、前言BG-22C型全液压旋挖钻机是由德国宝峨公司生产的、具有国际先进水平、应用了十几项国际专利技术的钻孔桩施工设备它是德国宝峨公司在美国卡特彼勒公司生产提供的CAT-330C挖掘机底盘基础上改装而成的，具有履带液压自行机构，操作控制系统采用PC控制，可自动调节桅杆角度（垂直度），精确显示钻孔深度；回转、进给、卷扬全部为液压驱动，输出功率大、运行平稳；整机安装有多种传感器可实现各种危险情况下的过载保护、自动停机保护该型号钻机适用的钻头直径0.5~1.5米，常用钻头直径1.0~1.25米，最大钻孔深度48米，选用不同种类的钻头可适用于青藏铁路多年冻土、泥页岩等中等硬度以下岩石层中的钻孔桩施工我单位在青藏铁路格拉段桥梁工程钻孔桩施工中，钻孔桩基础地质条件多为高含冰量多年冻土，只有采用该种钻机才能实现快速成孔、快速封闭（灌注混凝土），最大限度地减少因成孔时间过长，孔内外热量交换对桩基周围冻土的扰动，而影响桩基回冻及周围冻土的结构稳定该钻机的引进及应用，可实现深度20米左右的钻孔桩（地质条件为冻土或较软的泥页岩），从开始钻孔至灌注混凝土结束，每根桩只需要4~6小时，以其成孔速度快、辅助设备设施少、对环境污染小（无泥浆排放、基本无化学污染）的特点，取得了较好的经济效益和社会效益，在总结我队施工管段220多根钻孔桩施工经验的基础上，形成本工法。
二、工法特点1、钻机钻进速度快、成孔质量高该型号旋挖钻机的回转、进给由液压驱动，回转扭矩大、进给力可根据地质情况进行调整；旋挖出的岩土由钻头直接提出地面排碴，不需要借助泥浆等其它介质，因此钻进速度快、效率高该型号钻机在硬土、冻土或软岩下，每小时成孔速度3~5米，每工作台班可成孔20米左右该型号钻机在钻孔作业时，桅杆垂直度由电脑控制自动调整，调整精度高、速度快，能保证钻孔垂直度偏差在1%以内；钻孔深度为电脑监控，其精度可达到±10厘米，因此钻孔的垂直度及深度偏差值都较小，质量高2、钻机操作控制系统应用PC电脑，自动化程度高，工人劳动强度低钻机操作人员在驾驶室中完成所有作业，在青藏高原严寒的气候条件下，工作条件得到改善3、不需要建立泥浆池等造浆设施，不需要配泥浆泵等循环设备，辅助设施、设备少，工序简单，便于操作及管理4、无护壁泥浆排放，对周围环境的污染小，符合党中央、国务院要求将青藏铁路建设成为“一流环保铁路”的目标 5、成孔速度快，冻土孔壁基本无坍塌，沉碴厚度小，因此桩身质量好施工过程中出现许多孔为干孔现象，大部分孔内积水很少，基本实现清水条件下灌注混凝土，正是由于成孔速度快，冻土孔壁融化、坍塌较轻微，灌注后的桩体经过桩基无损检测基本无括径、缩径显现，桩基检测优良率95%以上。
三、适用范围本工法适用于青藏铁路高原多年冻土地区冻土及中等硬度以下岩石条件的钻孔桩施工，其桩长小于30米，桩径小于1.5米在内地一般地区，坚硬的砂粘土及中等硬度以下岩石（无塌孔、不需要泥浆护壁）条件下的钻孔桩施工也可采用本旋挖钻机及其工法施工四、旋挖钻机的工作原理1、BG-22C型旋挖钻机的外形及各部位名称见后面的附图12、旋挖钻机的工作原理1）非钻进状态下，BG-22C型旋挖钻机的钻杆及钻头下放及提升是通过位于桅杆根部主卷扬的工作来实现的2）凯式钻杆的工作原理凯式钻杆为中空、多层筒状结构（BG-22C型配备的凯式钻杆为4层，由外向内的第一、二、三、四层分别为其第一、二、三、四节）进行地表段钻孔时，使用最外层的第一节钻杆，当钻孔深度加大、第一节长度无法满足孔深要求时，第二节从第一节中伸出，依次类推各层（节）钻杆之间设计有棘齿，正向旋钻钻进时棘齿咬合，各层钻杆之间无相对位移，不可伸长与缩短，此时可将地面施加的进给力传递给钻头；反向旋钻，棘齿咬合松开，各层钻杆之间可相对位移，主卷扬工作可将钻头及钻杆逐节（由下向上）提升出地面3）旋挖钻机钻孔作业①旋挖钻机的就位调整旋挖钻机的移动及孔桩开孔定位是通过其底盘行走机构及转盘的工作来实现的。
通常，开始钻孔前的钻机定位调整程序为：A钻机进入钻孔作业位置将钻头对准设计孔桩位置；B桅杆调（垂）直；C下放钻杆通过测试钻头落点位置与设计孔桩位置进行比较（通过孔桩周围的各个护桩来检测）；D孔桩位置误差小于规范允许范围时，可以进行钻孔；误差大于规范允许范围时，行走移动钻机或旋转转盘将钻头对正设计孔桩位置；E通过桅杆垂直度监控仪检查其垂直度；F如果垂直则可以开始钻孔；如果不垂直先将桅杆调整垂直然后重复C~E步骤，当调整至桅杆垂直、钻头落点与设计孔位误差满足规范要求时，则可以开始钻孔②旋挖钻机钻孔作业旋挖钻机就位并调直桅杆后，主卷扬工作落下钻杆，使钻头接触地面，正向转动液压回转动力头（简称KDK），回转动力头驱动从中穿过的凯式钻杆带动钻头旋转；同时，操纵桅杆上部的加压油缸使其工作，加压油缸推动桅杆上的滑架，从而推动固定、安装在滑架上的KDK向下运动，KDK与第一层（节）钻杆之间设计有棘齿（该棘齿也是正向旋转咬合、反向旋转松开），棘齿咬合为钻头提供向下的进给力钻机向下的进给力以钻机的自重为反力钻机钻进的同时，主卷扬随着钻头钻进行程不断自动出绳，并保持钢丝绳具有一定的张紧力钻头钻进岩土一定深度后，即应向上提升钻头排碴，钻头每次在岩土中钻进的深度一般为0.3~0.5倍的钻头工作部高度（钻头全高去除连接部位高度），旋挖下来的松散岩土将钻头工作部的80%左右空腔填满后停止进给，反向旋转松开各个咬合部位的棘齿咬合，主卷扬工作即向上提升钻头，进行排碴。
钻头提升出地面一定高度后，旋转底盘转盘将钻头移至旋挖钻机履带侧面场地排碴，排碴后转盘旋转回原来位置，钻头对正孔口位置继续进行下一钻进循环旋挖钻机钻孔排出的弃碴，使用装载机铲除、装自卸汽车外运弃碴五、工艺流程及操作要点1、工艺流程BG-22C型全液压旋挖钻机在青藏铁路高原多年冻土地质条件下的钻孔桩施工工艺流程详见下图：2、操作要点1）施工准备BG-22C型全液压旋挖钻机属于大型机械，该型号钻机工作时的全重约77吨，全高约20.8米，底盘履带总宽度4.4米，且该型号钻机在施工场地内转移时，桅杆不可折叠、只能保持直立，具有重量大、重心高的特点，因此使用该型号钻机施工，对场地、施工便道要求较高，在为其进行施工现场准备时，应做到：作业场地平整、坚实、宽敞，上方无架空输电、通讯线路妨碍其作业及场地内转移；施工便道宽度保证6.0米以上，并应平坦、坚实，横向坡度不应大于5度，纵向坡度不应大于15度；作业场地除满足旋挖钻机作业外，还应给钻机排碴、清碴机械、运输车辆等留有作业、停靠、转车场地（条件允许时可利用场地内的施工便道）2）桩位放样及护桩布设施工中，对于指导旋挖钻机施工作业具有真正意义的是桩位中心桩的护桩。
护桩是根据钻孔桩中心桩放设出的，护桩通常设4个，围绕中心桩在垂直及平行于钻机底盘纵向轴线的两个大致垂直方向上布设，以便于操纵人员从车上观察护桩距离中心桩的距离相同，一般情况下，钻直径125厘米的孔时取162.5厘米（直径125厘米孔的钻头半径62.5厘米，钻头中心与孔桩中心重合时，护桩距离钻头外边缘正好为100厘米，该长度易于记忆及统一，便于钻孔时通过测量各个护桩距离钻头外缘距离来确定钻头中心与钻孔桩中心重合与否，即使中心桩不在，也可通过四个护桩快速、准确地检查钻头位置是否正确）；钻直径100厘米的孔取150厘米，其原理同上 护桩可使用木桩，打下后上面落小铁钉；也可以使用顶端带十字刻划线的钢筋桩，以利于重复使用护桩布设出后，中心桩即可去除3）钻机就位旋挖钻机钻孔的作业平台应基本水平，作业平台表面允许的倾斜坡度最大为5度，小于该角度范围内的斜坡都可以由钻机桅杆自动调直系统来纠正，以保证垂直钻孔作业平台及进出道路均应坚实，钻机钻孔时的站位一般应冲向孔桩位置，钻机侧向应留有排碴场地4）埋设护筒段钻孔及扩孔首先使用与设计桩径相同的钻头进行开孔钻孔，钻孔深度应超过护筒埋设深度1.0米以上时，及时换用扩孔钻头对埋设护筒段进行扩孔，扩孔深度至护筒设计埋设深度处。
在条件允许情况下，尽可能使用扩孔钻头扩孔，它能保证扩孔后，埋设护筒段的孔位准确、护筒埋设精确，从而保证继续钻孔时以护筒为参照即能满足快速、精确钻孔定位需要当无扩孔钻头时，也可以直接使用大直径钻头进行护筒埋设段的钻孔5）护筒埋设护筒的埋设深度视现场的地质情况而定，一般情况下在高原多年冻土地区，护筒底标高应深于冻土上限0.5米以上在一般地区，也应低于地表含水地层、流砂层0.5米以上护筒的制作由专业机械加工厂家完成，采用厚度6~10毫米的钢板经过卷板机弯卷后焊制而成我队施工中采用较厚的钢板加工护筒，主要是考虑护筒的周转次数及旋挖钻机作业过程中需要经常将钻头提升至地面排碴，一个深度20米左右的孔要往返提升40~60次才能完成，由于操作人员错误操作钻头对护筒挤压、碰撞造成损坏的可能性较大，护筒采用较厚的钢板，能抵抗钻头轻微挤压、碰撞当护筒为一次性使用（灌注混凝土后不提拔）时，可采用3~5毫米的较薄钢板制作护筒运输至工地后，吊放前可人力将其推滚至孔口附近，吊装时使用钻机桅杆上的副卷扬提升、吊装而不需要另配吊车作业副卷扬是相对于主卷扬而言，它主要用于钻机维修、保养、更换钻具时使用为防止地表水流入孔内，护筒顶距离地面标高0.5米，护筒顶侧面留出的排浆孔、应高出原地面0.2米以上；埋设护筒应使用粘土、分层对称夯填。
5）排碴钻机在钻孔过程中，源源不断将岩土从孔内挖出，如果不及时清运走，堆积过高将影响钻机的工作旋钻，从而影响钻机的钻孔作业，需要配置一台专用的机械负责弃碴清运工作，因其钻孔地层地质情况不同，钻进速度也不同，因此排碴速度也不同，一般每小时在5~10立方米之间，因此配备装碴清运设备时，装碴设备选用能力较小的装载机即可满足要求，我队在施工时在工点上配备的是ZL-40型装载机，卸碴的自卸汽车从就近土方施工工点抽调6）吊放桩体钢筋笼钻孔至设计深度并经过检验合格后，吊放桩体钢筋笼对于桩长较短的孔桩，成孔检查合格后，采用吊车一次性将钢筋笼吊起、并下放到孔内此种情况下提前将钢筋笼的焊接接长在孔口附近的施工场地进行，不占用孔口时间，从而可缩短整个孔桩的钻孔、灌注总时间，有利于加快施工进度对于桩长较长、桩体钢筋笼全长超过吊车的起吊高度时，采取在孔口焊接接长钢筋笼为缩短占用孔口时间，可采用多台电焊机同时施焊作业、钢筋接长采取单面搭接焊，从而降低焊接作业的难度7）吊放导管钢筋笼吊放完毕后，在井口安放固定导管的井架井架的安放应水平、稳固，且使井架中心尽可能居于钻孔中心每几节导管可预先在井口附近的施工场地内拼接好，以便于缩短吊装时间。
六、机具设备除了使用一台BG-22型旋挖钻机外，需用的其它辅助机械设备如下表所列：序号设备名称型号规格数量用 途1汽车起重机QY-251施工现场各种起重作业2轮式装载机ZL-501混凝土拌和站砂、碎石上料3轮式装载机ZL-401钻孔桩施工现场弃碴清理、场地清理4混凝土拌和站50m3/h1混凝土拌和5混凝土运输罐车8m33混凝土水平运输6水槽车8t1混凝土拌和用水的供应7电焊机300A3钢筋笼加工制作，钢筋焊接接长8钢筋弯曲机40mm1钢筋弯折加工9钢筋切断机40mm1钢筋切断加工10护筒、导管井架、吊具套1。