漂石地层机械成孔灌注桩施工.ppt

1、成都至都江堰铁路初步设计汇报漂石地层机械成孔灌注桩施工漂石地层机械成孔灌注桩施工漂石地层机械成孔灌注桩施工漂石地层机械成孔灌注桩施工技术研究技术研究技术研究技术研究北京市政建设集团有限责任公司北京市政建设集团有限责任公司北京交通大学北京交通大学昆明捷程桩工有限责任公司昆明捷程桩工有限责任公司 详细科研报告请点击详细科研报告请点击 http:/www.ENGWHY.comhttp:/www.ENGWHY.com1 1 1 1、立项背景、立项背景、立项背景、立项背景2 2 2 2、主要技术难题、主要技术难题、主要技术难题、主要技术难题3 3 3 3、卵漂石地层成孔机械选型原则、卵漂石地层成孔机械选

2、型原则、卵漂石地层成孔机械选型原则、卵漂石地层成孔机械选型原则4 4 4 4、卵漂石地层成孔机械设备功能设计与配套改进、卵漂石地层成孔机械设备功能设计与配套改进、卵漂石地层成孔机械设备功能设计与配套改进、卵漂石地层成孔机械设备功能设计与配套改进5 5 5 5、卵漂石地层全套管成孔灌注桩施工技术、卵漂石地层全套管成孔灌注桩施工技术、卵漂石地层全套管成孔灌注桩施工技术、卵漂石地层全套管成孔灌注桩施工技术6 6 6 6、卵漂石地层全套管施工定额研究、卵漂石地层全套管施工定额研究、卵漂石地层全套管施工定额研究、卵漂石地层全套管施工定额研究7 7 7 7、主要创新点、主要创新点、主要创新点、主要创新点8

3、 8 8 8、经济效益和社会效益分析、经济效益和社会效益分析、经济效益和社会效益分析、经济效益和社会效益分析主要汇报内容主要汇报内容1 1、立项背景、立项背景研究背景及意义研究背景及意义依托工程概况依托工程概况研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义随着北京市地铁的大随着北京市地铁的大规模兴起，在交通相对不规模兴起，在交通相对不繁忙的地区，地铁车站施繁忙的地区，地铁车站施工多采用明挖法，明挖基工多采用明挖法，明挖基坑的支护型式主要为混凝坑的支护型式主要为混凝土灌注围护桩土灌注围护桩+内支撑（锚内支撑（锚杆）体系。杆）体系。北京地铁北京地铁9 9号线是贯穿号线是贯穿南北方向的交通

4、骨干线路，南北方向的交通骨干线路，全线长全线长16.5km16.5km，均为地下，均为地下线，共设地下车站线，共设地下车站1313座，座，其中换乘站其中换乘站9 9座。座。研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义北京地铁北京地铁9 9号线全线灌注桩总根数约为号线全线灌注桩总根数约为55025502颗颗，桩径为桩径为6001000mm6001000mm，桩长，桩长5.3133.8m5.3133.8m，其中桩长，其中桩长超过超过25m25m的约的约10001000根根。研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研

5、究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义九号线所有围护桩都要穿越较厚卵石地层，且相九号线所有围护桩都要穿越较厚卵石地层，且相当一部分桩在成孔过程中会遇上大漂石，当一部分桩在成孔过程中会遇上大漂石，研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义研究背景及意义灌注桩成孔可选方式有人工成孔和机械成孔。人灌注桩成孔可选方式有人工成孔和机械成孔。人工成孔施工安全不易保证，应急措施难以有效快速实工成孔施工安全不易保证，应急措施难以有效快速实施，应以机械成孔为主。目前北京已实践的机械成孔施，应以机械成孔为主。目前北京已实践的机械成孔工艺，尚未在漂石地层进行有效的尝试，或不适宜在工艺，尚未在漂石地层

6、进行有效的尝试，或不适宜在漂石地层成孔，施工难度较大，或可在漂石地层中成漂石地层成孔，施工难度较大，或可在漂石地层中成孔，但繁华地区易造成较大环境污染，综合效益低。孔，但繁华地区易造成较大环境污染，综合效益低。建立一套建立一套“漂石地层机械成孔灌注桩施工技术漂石地层机械成孔灌注桩施工技术”，对于穿越大漂石地层成孔施工具有非常重要的现实，对于穿越大漂石地层成孔施工具有非常重要的现实意义，同时对于国内外在漂石地层钻孔桩施工也具有意义，同时对于国内外在漂石地层钻孔桩施工也具有非常重要的参考价值。非常重要的参考价值。依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程为北京地铁依托工程为北京地铁9

7、号线丰台北路站，车站共号线丰台北路站，车站共设设4个地面出入口，个地面出入口，2座风亭，座风亭，1个疏散口及个疏散口及2个无障碍个无障碍电梯出入口。主体基坑总长电梯出入口。主体基坑总长201.836m，标准段总宽度，标准段总宽度21.240m，开挖深度，开挖深度18.8m。依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况车站主体基坑围护桩桩径为车站主体基坑围护桩桩径为1m1m，总计，总计283283棵：棵：A A型桩型桩5757颗，间距为颗，间距为1.5m1.5m，桩深，桩深33.5m33.5m；B B型桩型桩154154颗，间颗，间距为距为1.8m1.8m，桩深，桩深22.6m22.6m；C

8、 C型桩型桩7070颗，间距颗，间距1.4m1.4m，桩深，桩深24.2m24.2m。依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况勘察报告揭露地层自上而下依次为人工填土、新勘察报告揭露地层自上而下依次为人工填土、新近沉积土层、第四纪晚更新世冲洪积地层。近沉积土层、第四纪晚更新世冲洪积地层。依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况现场揭露卵石粒径与勘察报告中描述有较大差距，现场揭露卵石粒径与勘察报告中描述有较大差距，各相应地层中卵石粒径及含量均较大。各相应地层中卵石粒径及含量均较大。地层一般粒径为地层一般粒径为200300mm200300mm，最大粒径大于，最大粒径大于1000mm1

9、000mm。依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况依托工程概况特征粒径、不均匀系数和曲率系数见下表，其平特征粒径、不均匀系数和曲率系数见下表，其平均粒径均粒径d d5050约为约为255.91mm255.91mm。2 2、主要技术难题、主要技术难题2 2 2 2、主要技术难题、主要技术难题、主要技术难题、主要技术难题1 1、地层稳定性差，钻孔成孔难度大。、地层稳定性差，钻孔成孔难度大。桩身穿越地层主要为砂卵石地层，地层结构松散、胶桩身穿越地层主要为砂卵石地层，地层结构松散、胶结性差且对施工扰动反应灵敏，易发生塌孔，成孔难结性差且对施工扰动反应灵敏，

10、易发生塌孔，成孔难度大。度大。2 2、卵石粒径在空间呈差异分布，成孔机械设备选型、卵石粒径在空间呈差异分布，成孔机械设备选型是一项技术难题。是一项技术难题。卵石的最大粒径和一般粒径在深度范围呈差异分布，卵石的最大粒径和一般粒径在深度范围呈差异分布，即随着深度的增大卵石的粒径和最大粒径亦增大。卵即随着深度的增大卵石的粒径和最大粒径亦增大。卵石粒径与成孔机械设备选型息息相关，如何根据粒径石粒径与成孔机械设备选型息息相关，如何根据粒径差异分布的特点进行成孔机械设备选型是围护桩成孔差异分布的特点进行成孔机械设备选型是围护桩成孔的关键，是一项关系生产安全的技术难题。的关键，是一项关系生产安全的技术难题。

11、2 2 2 2、主要技术难题、主要技术难题、主要技术难题、主要技术难题3 3、大粒径漂石埋藏分布和大小随机性强，减小机械、大粒径漂石埋藏分布和大小随机性强，减小机械磨损、提高钻进效率和提高成桩精度技术难度大。磨损、提高钻进效率和提高成桩精度技术难度大。埋藏分布和大小随机的大粒径漂石会引起成孔设备磨埋藏分布和大小随机的大粒径漂石会引起成孔设备磨损，降低成孔效率，甚者引起成桩精度偏差，对大粒损，降低成孔效率，甚者引起成桩精度偏差，对大粒径漂石进行有效的处理是关乎经济效益和施工质量的径漂石进行有效的处理是关乎经济效益和施工质量的技术难题。技术难题。4 4、全套管钻机首次在北京地铁围护桩成孔施工中应、

12、全套管钻机首次在北京地铁围护桩成孔施工中应用，控制施工质量和造价是摆在施工和管理人员面前用，控制施工质量和造价是摆在施工和管理人员面前的难题。的难题。全套管钻孔灌注桩施工工艺首次应用于卵漂石地层，全套管钻孔灌注桩施工工艺首次应用于卵漂石地层，尙缺少施工经验和国家定额的指导，工程质量管理和尙缺少施工经验和国家定额的指导，工程质量管理和造价控制的难度大。造价控制的难度大。3 3、卵漂石地层成孔机械选型原则、卵漂石地层成孔机械选型原则研究成果与创新点研究成果与创新点工程地质分析工程地质分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔机械选型原则成孔机械选型原则丰台

13、北路灌注桩成孔机械选型丰台北路灌注桩成孔机械选型研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果：研究成果：研究成果：研究成果：根据北京地铁根据北京地铁9 9号线砂卵石的空间分布规律和工程特号线砂卵石的空间分布规律和工程特性，结合目前钻孔灌注桩成孔工艺和采用的主要设备，性，结合目前钻孔灌注桩成孔工艺和采用的主要设备，在卵漂石相对粒径和最大粒径分级的基础上，研究提在卵漂石相对粒径和最大粒径分级的基础上，研究提出了基于粒径分级的卵漂石地层成孔机械适宜性理论。出了基于粒径分级的卵漂石地层成孔机械适宜性理论。创新点：创新点：创新点：创新点：首次提出了基于卵漂石粒径分级的机械成孔

14、适宜性分首次提出了基于卵漂石粒径分级的机械成孔适宜性分析理论，对漂石地层成孔机械选型提供了量化指导。析理论，对漂石地层成孔机械选型提供了量化指导。工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-卵石粒径特征卵石粒径特征卵石粒径特征卵石粒径特征北京地铁北京地铁9号线号线的室内筛分试验的颗的室内筛分试验的颗粒级配曲线呈粒级配曲线呈“L”型型。工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-卵石粒径特征卵石粒径特征卵石粒径特征卵石粒径特征卵石不同粒组含量、特征粒径、不均匀系数和曲卵石不同粒组含量、特征粒径、不均匀系数和曲率系数如下表。率系数如下表。砂卵石级配曲线不连续，且级配不良，尤其是砂卵石级

15、配曲线不连续，且级配不良，尤其是缺少中间颗粒，该卵石地层开挖时容易出现基坑坍缺少中间颗粒，该卵石地层开挖时容易出现基坑坍塌或成孔孔壁坍塌和漏浆。塌或成孔孔壁坍塌和漏浆。工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-最大粒径平面分布最大粒径平面分布最大粒径平面分布最大粒径平面分布最大粒径卵石沿线分布并不均匀，最大粒径均超最大粒径卵石沿线分布并不均匀，最大粒径均超过了过了300mm，最大粒径超过，最大粒径超过500mm的平面主要分布于的平面主要分布于丰台南路站丰台南路站-丰台北路站区段，最大粒径达丰台北路站区段，最大粒径达920mm。工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-最大粒径纵

16、向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径大于等于最大粒径大于等于300且小于且小于500、大于等于、大于等于500的卵石分布深度范围在空间上变化较大：的卵石分布深度范围在空间上变化较大：科怡路站以南和丰台北路站以北卵石最大粒径出科怡路站以南和丰台北路站以北卵石最大粒径出现在探井中下部，大致在现在探井中下部，大致在1518m深度处；深度处；科怡路站至丰台北路站之间地层中卵石最大粒径科怡路站至丰台北路站之间地层中卵石最大粒径出现部位较深，大致在出现部位较深，大致在1627m之间；之间；线路北部卵石最大粒径出现部位较浅，大致在线路北部卵石最大粒径出现部位较浅，大致在1216m深

17、度处。深度处。工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布最大粒径纵向分布工程地质分析工程地质分析工程地质分析工程地质分析-卵石强度卵石强度卵石强度卵石强度1、卵石地层中的卵石强度最小为、卵石地层中的卵石强度最小为61.69MPa，最，最大为大为226.42MPa，平均值为，平均值为139.21MPa；2、卵石强度有

18、随着深度增大而减小的趋势，最、卵石强度有随着深度增大而减小的趋势，最大强度值约在大强度值约在12m18m深度处。深度处。成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析根据成桩过程中护壁的形式，目前钻孔灌注桩的根据成桩过程中护壁的形式，目前钻孔灌注桩的成孔方式可分为无护壁机械成孔、泥浆护壁机械成孔成孔方式可分为无护壁机械成孔、泥浆护壁机械成孔以及全套管护壁机械成孔。以及全套管护壁机械成孔。成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析无护壁机械成孔的钻机主要为长螺旋钻机，在小无护壁机械成孔的钻机主要为长螺旋钻机，在小桩径桩径(6

19、00mm以下以下)、短桩身、短桩身(20m以下以下)的灌注桩施工中的灌注桩施工中以优越的钻进速度著称。以优越的钻进速度著称。当长螺旋钻机遇上粒径较小的卵石时，长螺旋勉当长螺旋钻机遇上粒径较小的卵石时，长螺旋勉强可以将其带出，但是当遇上漂石时，长螺旋无法将强可以将其带出，但是当遇上漂石时，长螺旋无法将其带出且又无法将其破碎，造成无法钻进。可以考虑其带出且又无法将其破碎，造成无法钻进。可以考虑将长螺旋更换为镶有硬质合金的筒钻破碎漂石，但需将长螺旋更换为镶有硬质合金的筒钻破碎漂石，但需经常更换钻具，大大降低了钻进速度。经常更换钻具，大大降低了钻进速度。在大量的卵漂在大量的卵漂石地层中施工难度很大，不

20、宜采用。石地层中施工难度很大，不宜采用。成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析泥浆护壁机械成孔的钻机主要有旋挖钻机、正反泥浆护壁机械成孔的钻机主要有旋挖钻机、正反循环回转钻机、冲击钻机等。循环回转钻机、冲击钻机等。冲击钻机破碎漂石的能力较强，在冲击钻机破碎漂石的能力较强，在非城市地区非城市地区漂漂石地层的应用较多；正反循环回转钻机对漂石的破碎石地层的应用较多；正反循环回转钻机对漂石的破碎能力较弱，但其取土较冲击钻机方便快捷，形成了二能力较弱，但其取土较冲击钻机方便快捷，形成了二者结合应对漂石地层的成桩工艺；配备硬岩破碎钻筒者结合应对漂石地层的成桩工艺；

21、配备硬岩破碎钻筒的旋挖钻机在漂石地层中的的旋挖钻机在漂石地层中的适用性有待进一步研究适用性有待进一步研究。成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析成孔工艺的局限性分析全套管护壁成孔机械主要有摇动式全套管钻机和全套管护壁成孔机械主要有摇动式全套管钻机和全回转全套管钻机。全回转全套管钻机。基本原理是利用摇动装置来回转动使钢套管与土基本原理是利用摇动装置来回转动使钢套管与土层间的摩阻力大大减小，边搓动边压入，同时利用冲层间的摩阻力大大减小，边搓动边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直至套管下到桩底设计标高。抓斗挖掘取土，直至套管下到桩底设计标高。在漂石地层施工时采用冲抓斗超挖跟管钻进

22、对在漂石地层施工时采用冲抓斗超挖跟管钻进，对于粒径较小的漂石可以直接用冲抓斗抓出或者将其破于粒径较小的漂石可以直接用冲抓斗抓出或者将其破碎后抓出，大粒径漂石采用冲锤破碎后抓出。且没有碎后抓出，大粒径漂石采用冲锤破碎后抓出。且没有泥浆污染，泥浆污染，适合于城市地区的漂石地层施工适合于城市地区的漂石地层施工。成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究采用旋挖钻机与全套管钻机进行漂石地层钻进试采用旋挖钻机与全套管钻机进行漂石地层钻进试验，取验，取A A型、型、B B型和型和C C型桩各一颗作为试验桩。型桩各一颗作为试验桩。成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的

23、试验研究成孔工艺的试验研究旋挖钻机采用由北京南车时代重工生产旋挖钻机采用由北京南车时代重工生产TR220DTR220D旋旋挖钻机，钻头选用专用于砂卵石地层的合金钻头。挖钻机，钻头选用专用于砂卵石地层的合金钻头。成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究W278W278桩第一次试桩时出现漏浆现象，泥浆供应不桩第一次试桩时出现漏浆现象，泥浆供应不及，出现塌孔问题。及，出现塌孔问题。将钻孔回填后，增大泥浆比周，放缓钻进速度，将钻孔回填后，增大泥浆比周，放缓钻进速度，在在10m10m以上地层钻进较为容易，渣土中粒径多为以上地层钻进较为容易，渣土中粒径多为10cm10cm以

24、以下；钻进到下；钻进到10m10m左右时，钻机进尺困难，扭矩增大，钻左右时，钻机进尺困难，扭矩增大，钻杆抖动加重，渣土中卵石粒径达杆抖动加重，渣土中卵石粒径达2025cm2025cm，并偶见卵石，并偶见卵石断裂碎块，断裂碎块，据此推测卵石粒径达据此推测卵石粒径达30cm30cm；钻进到钻进到13.5m13.5m时，时，钻机采用浮动加压已经无法进尺，改为动力钻头加压钻机采用浮动加压已经无法进尺，改为动力钻头加压时，钻杆反弹上浮，无法钻进，钻斗内只有少量的岩时，钻杆反弹上浮，无法钻进，钻斗内只有少量的岩石碎块，同时发现钻头侧齿已经蹦角。石碎块，同时发现钻头侧齿已经蹦角。成孔工艺的试验研究成孔工艺的

25、试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究W52W52桩的钻进速度控制在桩的钻进速度控制在4m/h4m/h，泥浆比重为，泥浆比重为1.61.6，钻进钻进10m10m以上地层钻进较为容易，渣土中卵石粒径多为以上地层钻进较为容易，渣土中卵石粒径多为10cm10cm以下。以下。钻进至钻进至1012m1012m时，出现了时，出现了W278W278桩钻进时相同的情桩钻进时相同的情况，渣土中有卵石断裂碎块，况，渣土中有卵石断裂碎块，推测卵石粒径达到推测卵石粒径达到30cm30cm，且钻头卡死，无法钻进。钻头提出后，发现钻头侧，且钻头

26、卡死，无法钻进。钻头提出后，发现钻头侧齿已经崩落。齿已经崩落。成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究鉴于鉴于W52W52桩和桩和W278W278桩的试桩效果，决定不再进行桩的试桩效果，决定不再进行W105W105桩的试桩工作。试桩效果表明：在粒径达桩的试桩工作。试桩效果表明：在粒径达30cm30cm的的大漂石地层采用旋挖钻机钻进，钻头非正常磨损严重，大漂石地层采用旋挖钻机钻进，钻头非正常磨损严重，无法钻进。无法钻进。随后采用捷程随后采用捷程MZ-3MZ-3型全套管钻机试桩，采用冲抓型全套管钻机试桩，采用冲抓斗超前下挖的钻掘模式，采用斗超前下挖的钻掘模式，采用B

27、 B型型W199W199桩为试验桩。三桩为试验桩。三节套管的长度分别为节套管的长度分别为9.7m9.7m、8.3m8.3m和和7.2m7.2m，套管壁厚为，套管壁厚为20mm20mm。成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究成孔工艺的试验研究在第在第1 1节套管下沉时，由于套管入土不深，所受节套管下沉时，由于套管入土不深，所受摩擦力较小，冲抓斗抓土较快。第摩擦力较小，冲抓斗抓土较快。第2 2、3 3节套管下沉较节套管下沉较慢，此时套管已经到达漂石粒径较大的卵石慢，此时套管已经到达漂石粒径较大的卵石7 7层，套管层，套管收到的摩擦力较大，冲抓斗抓土缓慢，且由于卵石粒收到的摩擦力较大

28、冲抓斗抓土缓慢，且由于卵石粒径较大而抓图效率不高。期间，对于对冲抓斗无法冲径较大而抓图效率不高。期间，对于对冲抓斗无法冲击破碎和抓起的漂石采用十字冲锤破碎后抓出。击破碎和抓起的漂石采用十字冲锤破碎后抓出。试桩效果表明：结合十字冲锤，全套管钻机可以试桩效果表明：结合十字冲锤，全套管钻机可以在漂石地层进行成孔作业。在漂石地层进行成孔作业。成孔机械选型原则成孔机械选型原则相对粒径指卵漂石平均粒径d50与灌注桩桩径d2的比值，用表示，即=d50/d2。成孔机械选型原则成孔机械选型原则最大粒径指卵漂石的最大粒径，用dmax表示丰台北路灌注桩成孔机械选型丰台北路灌注桩成孔机械选型丰台北路灌注桩成孔机械选

29、型丰台北路灌注桩成孔机械选型丰台北路地层平均粒径丰台北路地层平均粒径d d5050为为255.91mm255.91mm，桩径为，桩径为1000mm1000mm，则，则为为0.2560.256。按照相对粒径分级，为。按照相对粒径分级，为级，级，可以选择长螺旋钻机、旋挖钻机和全套管钻机。可以选择长螺旋钻机、旋挖钻机和全套管钻机。现场揭露最大卵石粒径达现场揭露最大卵石粒径达1000mm1000mm，按照最大粒径，按照最大粒径分级，为分级，为级，可以选择全套管钻机和冲击钻机。级，可以选择全套管钻机和冲击钻机。综上，丰台北路灌注桩成孔机械应为全套管钻机。综上，丰台北路灌注桩成孔机械应为全套管钻机。4 4

30、卵漂石地层成孔机械设备功能设计、卵漂石地层成孔机械设备功能设计与配套改进与配套改进研究成果与创新点研究成果与创新点全套管钻机工作原理全套管钻机工作原理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理冲击碎石机理冲击碎石机理钻具磨损规律钻具磨损规律捷程捷程MZMZ系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机功能设计与配套改进研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果：研究成果：研究成果：研究成果：结合全套管钻机的基本工作原理，对其成孔机理进行结合全套管钻机的基本工作原理，对其成孔机理进行了理论分析，并对钻具在卵漂石地层中的磨损特性进了理论分析，并

31、对钻具在卵漂石地层中的磨损特性进行分析，据此提出了设备需求，研制配套改进设备。行分析，据此提出了设备需求，研制配套改进设备。创新点：创新点：创新点：创新点：提出了全套管钻机在漂石地层中应用的改进措施和配提出了全套管钻机在漂石地层中应用的改进措施和配套设备需求，经过改良的捷程牌套设备需求，经过改良的捷程牌MZMZ系列钻机在丰台北系列钻机在丰台北路车站主体基坑围护桩成孔中取得了良好的施工效果。路车站主体基坑围护桩成孔中取得了良好的施工效果。全套管钻机工作原理全套管钻机工作原理全套管钻机工作原理全套管钻机工作原理全套管钻机利用摇动装置的摇动，或者回旋装置全套管钻机利用摇动装置的摇动，或者回旋装置的回

32、旋，使得刚套管与地层间的摩阻大大减小，边摇的回旋，使得刚套管与地层间的摩阻大大减小，边摇动（或边回旋）边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，动（或边回旋）边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土，直到套管下到桩端持力层为之。挖掘完毕后立即进行直到套管下到桩端持力层为之。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的确定，并确认桩端持力层，然后清楚浮土。挖掘深度的确定，并确认桩端持力层，然后清楚浮土。成孔后将钢筋笼放入，接着将导管树立在钻孔中心，成孔后将钢筋笼放入，接着将导管树立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。最后灌注混凝土成桩。全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理切割环端头与挖掘面的关系切割

33、环端头与挖掘面的关系切割环端头与挖掘面的关系切割环端头与挖掘面的关系桩身穿越地层主要是填土、粉土、粉砂层、圆砾桩身穿越地层主要是填土、粉土、粉砂层、圆砾和卵石层。对于上部的填土、粉土、粉砂层、圆砾层，和卵石层。对于上部的填土、粉土、粉砂层、圆砾层，切割环可先行压进，也可以在与挖掘面保持几乎同等切割环可先行压进，也可以在与挖掘面保持几乎同等深度的情况下压进。进入卵石层以后，套管压进困难，深度的情况下压进。进入卵石层以后，套管压进困难，挑孔石或探头石对套管切割环的磨损严重，应采取超挑孔石或探头石对套管切割环的磨损严重，应采取超挖措施，即挖掘面超前切割环一定深度后再压入套管挖措施，即挖掘面超前切割环

34、一定深度后再压入套管切割环，但超前量必须使周围土层受扰动的程度最小，切割环，但超前量必须使周围土层受扰动的程度最小，一般应控制在一般应控制在0.3m0.3m左右。左右。全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理液压驱动系统和冲抓挖掘作业液压驱动系统和冲抓挖掘作业液压驱动系统和冲抓挖掘作业液压驱动系统和冲抓挖掘作业全套管钻进卵石地层时遇到的主要问题是钻进速全套管钻进卵石地层时遇到的主要问题是钻进速度明显下降，套管扭矩明显加大，套管外壁与驱动齿度明显下降，套管扭矩明显加大，套管外壁与驱动齿轮间在强大的咬合力下被拉出深槽，套管下压难度加轮间在强大的咬合力下被拉出深槽，套

35、管下压难度加大，管底环刀及管壁上附加的耐磨条磨损严重，冲抓大，管底环刀及管壁上附加的耐磨条磨损严重，冲抓斗的锥瓣在冲击作用下损毁严重。斗的锥瓣在冲击作用下损毁严重。在施工过程中采用边挖掘边沉管的方法，并做到在施工过程中采用边挖掘边沉管的方法，并做到套管液压驱动系统操作与冲抓挖掘应密切配合、协调套管液压驱动系统操作与冲抓挖掘应密切配合、协调作业。套管液压驱动系统操作人员感觉到压力和扭矩作业。套管液压驱动系统操作人员感觉到压力和扭矩明显增加时，先停止进尺并用冲抓斗将孔底抓成漏斗明显增加时，先停止进尺并用冲抓斗将孔底抓成漏斗状，然后反复回转套管，通过挤压、环切等手段将位状，然后反复回转套管，通过挤压

36、环切等手段将位于卵漂石挤开或切断，然后再下压套管实现快速进尺。于卵漂石挤开或切断，然后再下压套管实现快速进尺。全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理大粒径卵石破除大粒径卵石破除大粒径卵石破除大粒径卵石破除小于套管小于套管1/21/2内径的卵石或漂石可以用抓斗抓出，内径的卵石或漂石可以用抓斗抓出，但应合理控制超挖量，把漂石抓出后必须向孔内填入但应合理控制超挖量，把漂石抓出后必须向孔内填入黏土或膨润土，填土高度应大于钻孔直径以保证孔底黏土或膨润土，填土高度应大于钻孔直径以保证孔底的稳定，之后再插入套管，如此反复操作突破该卵石的稳定，之后再插入套管，如此反复操作突

37、破该卵石层；层；当卵漂石粒径过大、无法切断或挤开时，将冲抓当卵漂石粒径过大、无法切断或挤开时，将冲抓斗换成冲击锤，将卵漂石砸碎改小后取出，当大粒径斗换成冲击锤，将卵漂石砸碎改小后取出，当大粒径卵石位于孔内但抓斗无法取出时，可人工下到孔底将卵石位于孔内但抓斗无法取出时，可人工下到孔底将卵石捆绑结实后吊出，从而实现套管继续钻进成孔。卵石捆绑结实后吊出，从而实现套管继续钻进成孔。全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理大漂石破除大漂石破除大漂石破除大漂石破除漂石与套管的相对关系：（漂石与套管的相对关系：（1 1）漂石位于套管直）漂石位于套管直径范围内；（径范围内；（2

38、 2）漂石位于套管边缘且深入套管内长）漂石位于套管边缘且深入套管内长度不小于度不小于100mm100mm；（；（3 3）漂石位于套管边缘且深入套管）漂石位于套管边缘且深入套管内长度小于内长度小于100mm100mm；（；（4 4）漂石尺寸较大，且超出套管）漂石尺寸较大，且超出套管直径。直径。全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理全套管钻机成孔机理破除方法：破除方法：（1 1）采用十字冲锤将漂石破碎后，使用抓斗抓）采用十字冲锤将漂石破碎后，使用抓斗抓出；出；（2 2）采圆形冲锤将孤石冲碎后，使用抓斗抓出；）采圆形冲锤将孤石冲碎后，使用抓斗抓出；（3 3）采一字冲锤将孤石冲碎后，使

39、用抓斗抓出，）采一字冲锤将孤石冲碎后，使用抓斗抓出，若冲击后仍无法出渣，应向套筒内输送新鲜空气，然若冲击后仍无法出渣，应向套筒内输送新鲜空气，然后吊入工作人员进行探查拍照，确定障碍情况，采取后吊入工作人员进行探查拍照，确定障碍情况，采取针对性的处理措施；针对性的处理措施；（4 4）用一字形冲锤配合十字冲锤及圆形冲锤将）用一字形冲锤配合十字冲锤及圆形冲锤将孤石冲碎后，使用抓斗抓出，若冲击后仍无法出渣，孤石冲碎后，使用抓斗抓出，若冲击后仍无法出渣，应采用人工破除或者静态爆破后采用抓斗抓出。应采用人工破除或者静态爆破后采用抓斗抓出。冲击碎石机理冲击碎石机理冲击碎石机理冲击碎石机理漂石在急剧变化着的荷

40、载作用下，它的应变就不是漂石在急剧变化着的荷载作用下，它的应变就不是整体均匀的应变，支点的运动也不是整体一致的速度，整体均匀的应变，支点的运动也不是整体一致的速度，应变和速度都有一个传播的过程。应变和速度都有一个传播的过程。岩石的破碎是靠应力波传递的能量来完成，需要研岩石的破碎是靠应力波传递的能量来完成，需要研究入射波形对凿入效果的影响。根据国内外学者的大量究入射波形对凿入效果的影响。根据国内外学者的大量研究，活塞的形状和撞击面接触条件不同，所产生的入研究，活塞的形状和撞击面接触条件不同，所产生的入射波形也不同，一般来说，细长的活塞，入射波幅低而射波形也不同，一般来说，细长的活塞，入射波幅低而

41、作用时间长，短粗的活塞，入射波幅高而作用时间短。作用时间长，短粗的活塞，入射波幅高而作用时间短。根据理论分析和试验研究，缓和的入射波形比陡起根据理论分析和试验研究，缓和的入射波形比陡起的入射波形具有较高的凿入效率，因此，细长的活塞比的入射波形具有较高的凿入效率，因此，细长的活塞比短粗的活塞凿入效率要高。为了取得较高的凿入效率，短粗的活塞凿入效率要高。为了取得较高的凿入效率，钎杆头部必须与孔底岩石有良好的接触。钎杆头部必须与孔底岩石有良好的接触。冲击碎石机理冲击碎石机理冲击碎石机理冲击碎石机理钻具磨损规律钻具磨损规律钻具磨损规律钻具磨损规律切削刃具磨损分析的基础是假定切削具刃部为均切削刃具磨损分

42、析的基础是假定切削具刃部为均匀磨损，实际上在钻进过程中，钻头刃具在内、外侧匀磨损，实际上在钻进过程中，钻头刃具在内、外侧磨损量是不均匀的磨损量是不均匀的。钻具磨损规律钻具磨损规律钻具磨损规律钻具磨损规律切削具底端也不是像想象的那样，被磨损成平切削具底端也不是像想象的那样，被磨损成平面，而是呈圆弧形，刃前缘和后缘磨损更厉害。面，而是呈圆弧形，刃前缘和后缘磨损更厉害。实际磨损形状理想磨损形状捷程捷程捷程捷程MZMZMZMZ系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介目前，捷程牌目前，捷程牌MZ系系列全套管钻机有列全套管钻机有MZ-1型、型、MZ-2型和型和MZ-3型，成

43、孔型，成孔直径为直径为800mm、1000mm、1200mm、1500mm，成孔，成孔深度为深度为3545m。捷程捷程MZ系列钻机属系列钻机属于附着式全套管钻机，由于附着式全套管钻机，由主机、钢套管、锤式抓斗主机、钢套管、锤式抓斗和液压工作站组成。和液压工作站组成。捷程捷程捷程捷程MZMZMZMZ系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介主机是整套机组中的工作机，由底座、机架、主机是整套机组中的工作机，由底座、机架、提升油缸、锁定油缸、摇动油缸、调节油缸及定位油提升油缸、锁定油缸、摇动油缸、调节油缸及定位油缸等组成，起到夹紧或放松机架上的钢套管和操控机缸等组成，起

44、到夹紧或放松机架上的钢套管和操控机架升降实现控制钢套管的上下运动的作用。架升降实现控制钢套管的上下运动的作用。捷程捷程捷程捷程MZMZMZMZ系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介锤式抓斗是冲抓出渣锤式抓斗是冲抓出渣的工具。抓斗的外径要与的工具。抓斗的外径要与套管的内径相匹配，按桩套管的内径相匹配，按桩孔土层特性，抓斗有万能孔土层特性，抓斗有万能型、硬质土用型、卵砾石型、硬质土用型、卵砾石用型及碎岩的十字凿锤等用型及碎岩的十字凿锤等形式。形式。捷程捷程捷程捷程MZMZMZMZ系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介钢套管起到护壁

45、作用，套管上下接头均为经过精钢套管起到护壁作用，套管上下接头均为经过精确加工的雌雄接头。确加工的雌雄接头。第第1节套管底部设有外径比标准套管外径稍大一些节套管底部设有外径比标准套管外径稍大一些的带刃口的切割环，以减少下沉过程中标准套管与孔的带刃口的切割环，以减少下沉过程中标准套管与孔壁间的摩阻力。壁间的摩阻力。捷程捷程捷程捷程MZMZMZMZ系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介系列全套管钻机简介液压系统由液压站、钢丝胶管总成及液压控制箱液压系统由液压站、钢丝胶管总成及液压控制箱等组成，以控制各类用途的油缸工作。等组成，以控制各类用途的油缸工作。履带式起重机起配合作用，在主机的

46、底座上设有履带式起重机起配合作用，在主机的底座上设有与履带吊固定用的连接装置，履带吊的吊臂及钢索上与履带吊固定用的连接装置，履带吊的吊臂及钢索上连接锤击抓斗。连接锤击抓斗。全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机在卵漂石地层进行施工时，需要全套管钻机在卵漂石地层进行施工时，需要配备各种类型的冲锤，主要有十字冲锤、一字冲配备各种类型的冲锤，主要有十字冲锤、一字冲锤和圆形冲锤，此外尙应配备空气输送机、吊篮、锤和圆形冲锤，此外尙应配备空气输送机、吊篮、人工碎岩机具和爆破器材等。人工碎岩机具和爆破器材等。因此，捷程牌因此

47、捷程牌MZMZ系列全套管钻机在北京卵漂系列全套管钻机在北京卵漂石地层施工时配备了石地层施工时配备了改良特制冲锤改良特制冲锤，用以对大粒，用以对大粒径卵石和漂石进行破除。同时采用了径卵石和漂石进行破除。同时采用了加强型抓斗加强型抓斗。全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机功能设计与配套改进全套管钻机功能设计与配套改进针对卵漂石地层磨损大的特点，根据钻具磨损特针对卵漂石地层磨损大的特点，根据钻具磨损特性分析结论，特对钻具采用如下改进措施：性分析结论，特对钻具采用如下改进措施：（1 1）钻具采用耐磨性高的材料，特别是钻具外）钻具采用耐磨性高的材料，特别是钻具外刃的制作材

48、料的耐磨性要高于内刃的制作材料；刃的制作材料的耐磨性要高于内刃的制作材料；（2 2）相较松软土层，钻具与卵漂石地层间的摩）相较松软土层，钻具与卵漂石地层间的摩擦系数要高，因此，为了适应卵漂石地层钻进时钻具擦系数要高，因此，为了适应卵漂石地层钻进时钻具扭矩较其他地层大的特点，钻具壁厚应当合理的增大。扭矩较其他地层大的特点，钻具壁厚应当合理的增大。因此，捷程牌因此，捷程牌MZMZ系列全套管钻机在北京卵漂石地系列全套管钻机在北京卵漂石地层施工时，采用了层施工时，采用了重型钢套管和加厚型套管切割环重型钢套管和加厚型套管切割环。5 5、卵漂石地层全套管成孔灌注桩施工、卵漂石地层全套管成孔灌注桩施工技术技

49、术研究成果与创新点研究成果与创新点全套管灌注桩施工流程全套管灌注桩施工流程全套管灌注桩施工要点与过程控制全套管灌注桩施工要点与过程控制成孔质量检验方法成孔质量检验方法桩身质量检验方法桩身质量检验方法丰台北路站实施效果评价丰台北路站实施效果评价研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果与创新点研究成果：研究成果：研究成果：研究成果：对漂石地层对漂石地层MZMZ系列全套管钻机成孔灌注桩施工工艺进系列全套管钻机成孔灌注桩施工工艺进行了研究，提出了施工流程、施工要点、施工过程控行了研究，提出了施工流程、施工要点、施工过程控制、成孔质量检测方法和桩身质量检测方法。制、成孔质量检测方法和桩身

50、质量检测方法。创新点：创新点：创新点：创新点：首次完整的提出了漂石地层首次完整的提出了漂石地层MZMZ系列全套管钻机钻孔灌系列全套管钻机钻孔灌注桩施工方法，并成功应用于北京地铁丰台北路站明注桩施工方法，并成功应用于北京地铁丰台北路站明挖基坑围护桩施工，为漂石地层类似工程施工提供借挖基坑围护桩施工，为漂石地层类似工程施工提供借鉴与参考。鉴与参考。全套管灌注桩施工流程全套管灌注桩施工流程全套管灌注桩施工流程全套管灌注桩施工流程全套管灌注桩施工要点与过程控制全套管灌注桩施工要点与过程控制全套管灌注桩施工要点与过程控制全套管灌注桩施工要点与过程控制钻机就位钻机就位取土成孔取土成孔钢筋笼的制作与吊放钢筋