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潜水钻机成孔垂直度控制技术

文档作者：樊勇军，张俊红，邵栓增，揭义坚，班永表文档来源：天津市地质基础工程公司		点击数：	更新时间： 2025年11月16日
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2013年4月上
第42卷第7期
施工技术
CONSTRUCTION TECHNOLOGY 43
DOI：10．7672／sgjs2013070043
潜水钻机成孔垂直度控制技术
樊勇军，张俊红，邵栓增，揭义坚，班永表
(天津市地质基础工程公司，天津300191)
[摘要]潜水钻机成孔工艺广泛应用于沿海地区第四系覆盖层的钻孔灌注桩施工中。介绍了潜水钻机的工作机
理。在工程实践中，通过对钻机设备结构改良，对钻机成孑L工艺方法改进等措施。使潜水钻机成孔垂直度控制技术
得到了提高，在一些较深基坑钻孔灌注桩工程中得到了成功应用。
[关键词]地下工程；桩基础；钻孑L灌注桩；潜水钻机；垂直度
[中图分类号]TU753．3 [文献标识码]A [文章编号]1002—8498(2013)07-0043-02
Verticality Control for Hole-forming by Submersible Drill
Fan Yongjun，Zhang Junhong，Shao Shuanzeng，Jie Yijian，Ban Yongbiao
(Tianjin Geology Foundation Engineering Co．，Tianjin 300 1 9 1，China)
Abstract：Hole—forming by submersible drill is widely used in bored pile construction in the coastal areas
of quaternary overburden．This paper describes the mechanism of submersible drill．Through engineering
practice，the verticality control for the submersible drill was improved by improving the structure of
equipment and refining the hole·forming method．This technology has been successfully applied in several
deep foundation excavations with bored piles．
Key words：underground；pile；bored pile；submersible drill；verticality
潜水钻机成孑L工艺广泛应用于钻孔灌注桩施
工工程中，钻机结构简单，工作效率高，实用性强，
成本低，在第四系覆盖层和沿海地区软土地层区域
得到了广泛推广应用。然而，正因为钻机结构简单
轻便，转速快等特点，造成了成孑L垂直度偏差控制
难的问题，本文通过对其钻机工作原理解析，在工
程实践中通过对钻机部分结构改良，对工艺控制方
法改进等措施，有效控制了潜水钻机成孔垂直度问
题，可使其在较深基坑施工中得到应用，有显著的
经济和社会效益，值得类似工程借鉴。
1潜水钻机成孔工作原理
潜水钻机的工作原理与一般的工程钻机不同
之处主要是动力，工程钻机驱动力在钻机平台上，
利用自重下切土层；潜水钻机动力作用在水下的钻
头上，减速机构与钻头紧紧相连在一起潜入水下
工作。
潜水钻机所用钻头采用的是镶硬质合金笼式
钻头。钻杆采用8号槽钢对焊而成，钻杆接头采用
圆锥体阴阳榫卯结构，穿锥形销子锁紧形式。轨道
[作者简介]樊勇军，工程师，E—mail：fYi．123@163．corn
[收稿日期]2012-10—12
小车车轮可以自由改变方向，水泵采用3PN泥
浆泵。
潜水钻机和钻头连接在一起，潜水钻机上部接
一节钻杆通过盒箱固定在轨道小车上。在钻进过
程中，通过钻机小车上固定的卷扬提升钻杆，加、卸
钻杆进行钻孑L作业。
2影响成孔垂直度的因素
根据钻机构造及工作原理，这种钻机主要有以
下几个方面影响成孑L垂直度。
1)钻机导向稳定性差潜水钻机导正系统位
于轨道小车上面，是高1．5m的盒箱，由上下两组导
正滑轮组控制钻杆，滑轮同钻杆是点接触，这样的
控制方式对钻杆的约束力较差，在地层复杂的情况
下，对钻孔垂直度的影响很大。
2)钻杆同钻杆之间的连接方式相互约束力差
钻杆接头采用锥体阴阳榫卯结构，穿锥形销子锁
紧形式，这种方式每接、卸1根钻杆需1～1．5min，
速度快，劳动强度轻，但这种方式的接触面有空隙，
穿锥形销子起连接和传递扭矩作用，因此，这种连
接方式是点连接，在钻机平稳的情况下，第1节钻杆
在钻进时垂直度会很好，由于钻杆受导正系统两支
万方数据
施工技术第42卷
点控制(两点约束)，当第1节钻杆同第2节钻杆相
连的接头进入导正盒箱后，导正系统对第1节钻杆
约束就变成单支点约束；当第1节钻杆通过导正系
统后，导正系统对下部第1节钻杆就没有约束，钻杆
同钻杆之间力的传递只能通过榫卯结构中销件的
单支点约束作用，同丝扣连接的钻杆相比，这种方
式同径性和导正性较差，对钻进过程来说很难保证
钻孔垂直度。因此在地层起伏很大地区，潜水钻机
不适合。
3)钻机轨道小车稳定性差潜水钻机的轨道
小车能适应施工场地土质松软、泥水作业的特点，
小车组装成4m X 2m的框架，底座前后安装有对称
的两组车轮组，配有行走钢轨，小车可借助轻型钢
轨道横行或竖行，可携带钻机卷扬机、钻杆、配电柜
等机具轻便和快速转移，并减少了配备吊车等辅助
行走的机具，大大节省了施工成本。但钻孔小车底
座前后的两组轮支点放在钢轨道上作为钻机调平
装置支点，两轮组支点底盘稳定性比较差；并且前
侧一组轮同钻头部位在一个平面上，而施工正循环
钻进时一般采用侧边出水方式，这样就有一只前轮
处于悬空状态，在钻进过程中会产生钻机受力不
均，容易导致钻孔偏斜。
4)钻机轨道小车平台前后配重不均，场地稍差
容易引起钻孔偏移。钻机在钻进过程中随钻孔深
度不断加长钻杆，在用卷扬机上下窜动钻机时，会
使钻机轨道小车平台前后配重发生改变；并且在打
桩期间桩基施工场地的平整度难以保证。在钻机
钻进过程中，钻机会抵抗外力产生振动，轨道小车
配重不均、场地不平整、土质松软等情况，都会导致
质量很大的钻机设备车轮支点移位或下陷，导致钻
机倾斜，影响桩孔垂直度。
5)钻机机长操作水平钻机机长操作水平对
钻孔好坏有很大关系，潜水钻机钻孔过程工序复
杂，从钻孔放线、钻机对位、加卸钻杆、泥浆处理等
方面都需要很强的计划性，需提前做好准备工作，
所以对机长的综合素质要求高。
3优化和改进措施
3．1钻机导正系统
针对钻孔导正系统比较简单的情况，对以下几
个方面进行改进。
1)在钻机上附加导正器，这种方式适合于钻孔
不深、地层稳定的地层中钻进，其高度一般在2m左
右，直径较桩径小2em，在钻进成孔过程中，通过上
部轨道小车上面的导正盒箱和下部钻机上附加的
导正器共同作用，有效控制成孔垂直度。
2)在导正系统上附加扶正轴承。这种方式适
合于深孔钻进。附加的轴承位于导正盒箱滑轮旁
边，上下各1组，每组4个，分别控制钻杆的4个边
角，作用是增强导正盒箱滑轮对钻杆的约束力，并
减少钻进过程中过大扭力对导正盒箱和钻杆的损
害，增强了导正系统的稳定性。
3．2对钻杆接头进行改进
潜水钻机钻杆接头通常采用锥体阴阳榫卯结
构形式，长度为20em，2个销件孔锁紧方式，改进后
锥体阴阳榫卯结构长度为30em，3个销件孔锁紧方
式，增加了钻杆之间的接触面，加强了钻杆之间连
接强度，保证在钻进过程中钻杆结合更加紧密，同
一tL,性更高，变形更小，减少了钻孔偏移情况发生。
3．3钻机轨道小车底座加固
钻机轨道小车底座支点单一，在调平过程中一
般用千斤顶作为辅助工具，轮下采用垫木块或砖
块，在钻进过程中容易因钻机振动造成移位。加强
钻机底座的稳定性，一般有以下2种方式：一种是在
钻机前后附加支撑杆(底部为扩大的平底)；一种是
在钻机底盘上安装上液压行走装置，可兼作调平装
置。这样就使轨道小车底座支点由点接触变成了
面接触，增强了钻机轨道小车的稳定性，并在钻进
过程中能快速、及时地纠正钻机的平整度。
3．4 重视开孔的成孔质量，加强成孔过程控制
一般场地上部地层较为复杂，地下障碍物、回
填土等不良地质情况会对开孑L质量有很大影响，在
穿过上部不良地层到原状土层时要特别注意，钻进
时钢丝绳要轻吊钻机，上下窜动钻机后要检测成孔
垂直度并及时修正，直到钻头到达稳定地层。钻进
过程中随钻杆数量增加，钻机轨道小车平台前后配
重不均，要及时检测成孔垂直度，若存在偏移问题，
可通过调整钻机轨道小车平整度或调整导正盒箱
滑轮进行修正。
3．5施工场地硬化处理
在桩机施工时，保证施工场地的平整度和硬度
是很有必要的。施工单位一定要重视场地的可作
业性，必要时可白行投入部分资金作处理，或拌制
白灰，或租赁钢板，这不仅对控制钻孔垂直度有帮
助，而且给快速、连续施工创造条件，从而避免施工
过程中窝工、停滞事件的发生。
3．6重视钻机机长操作水平
加强钻机机长的综合素质考核，有条件的情况
下可以试钻孔，一方面摸清地层真实情况，另一方
面可以对钻机机长进行甄选。提倡利益同质量挂
钩，经济处罚和奖赏并行的方式，调动机长和操作
工人的积极性，提升其工作责任心。加强施工前的
(下转第48页)
万方数据
施工技术第42卷
挖孔+长螺旋钻孔后插钢筋笼的施工工艺。采用
人工挖探孔的方式对回填土层中的各种地下障碍
物进行处理，挖孑L至原状后，采用长螺旋钻孔后插
钢筋笼工艺施工灌注桩。本工艺能够有效处理浅
层地下障碍物和保护地下管线。
5．2基坑监测
1)监测点布置
本工程基坑紧邻道路及构筑物，基坑周边构筑
物、管线较多，所以要对基坑施工全过程进行变形
监测。基坑观测点布置在护坡桩的冠梁上或土钉
墙支护的坡顶散水上。护坡桩冠梁或基坑坡顶散
水完成后，及时进行基准点及观测点的布设，观测
点间距为15～20m，本基坑共布设观测点25个。基
准点设置在基坑开挖影响范围以外，并测初值。开
挖期间每天观测1次。开挖到基底后连续监测7d，
1次／d；位移稳定后每3～7d监测1次，直至基坑回
填。整个施工过程中如出现异常情况或位移不稳
定时，需增加监测次数。
2)基坑监测结果
在基坑的开挖支护及地下结构施工过程中，对
基坑边坡坡顶水平位移和沉降进行了实时跟踪监
测。监测结果表明，基坑边坡的最大水平位移为
11．6mm，发生在B1基坑南侧；最小水平位移为
5mm，位于B1基坑南侧东端基坑深度最小处。地表
沉降最大值为15．3mm。
通过日常巡视检查，基坑开挖对附近建筑及地
下管线无影响，效果良好。
6结语
1)随着城市建设的发展，城市用地越来越紧
张，受基坑工程施工空间的限制，采用单一的支护
形式往往难以同时满足工程的经济性与安全性要
求。这就要求基坑支护设计和施工必须结合工程
的实际情况选择合理的设计和施工方案。
2)基坑监测结果表明，基坑水平位移和沉降位
移都满足规范和设计要求，本工程基坑支护方案是
合理的。
3)合理选用2种或2种以上支护形式进行联合
支护，可以发挥各种支护形式的优点，同时能保证
支护的安全性、适用性和经济性。
4)联合支护技术可以发挥各种支护技术的优
点，适用性好，基坑工程中采用联合支护技术，已经
成为基坑支护技术的发展趋势。
参考文献：
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[7] 中国建筑科学研究院．JGJ94--2008建筑桩基技术规范[S]．
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[8]许厚材．复杂地质条件下基坑支护灌注桩施工技术[J]．探矿
工程(岩土钻掘工程)，2012，39(11)：54-57．
(上接第44页)
技术交底工作，做到全员参加，重点要交待清楚项
目的特殊点，关键的控制点，地层的变化情况等
要点。
4 结语
通过对潜水钻机的改进，对成孔过程的控制，
对操作人员技能的提高等方法，有效地提高了潜水
钻机垂直度的控制技术，在近两年的工程应用中，
合格率达到了95％以上。
潜水钻机成孔工艺，经济效果显著，通过设备
改进、过程控制、加强技术管理，提高操作人员素质
等方法，可使其在较深基坑施工中应用时，有效控
制成孑L的垂直度问题，拓展了潜水钻机的施工范
围，有显著的经济和社会效益，值得相似工程借鉴。
对于太深的基坑，潜水钻机性能还是不能满足
施工需要。目前，潜水钻机在改造和提升方面，主
要克服开孔质量和上部杂填土等不利地层，钻杆连
接方式(榫卯结构)的缺陷使其在超过10m基坑桩
基施工上处于劣势。若要发挥潜水钻机更大的施
工能力，今后应在钻杆连接方式(如丝扣连接)、钻
机底盘结构、导正系统稳定性等方面进行改造和提
高，以便进一步挑战更深基坑工程施工。
参考文献：
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