钻机选型方案

南昌市港口大道第二合同段（K2+071～K3+392,1.321km）

钻机选型

专项施工方案

编制：

复核：

审核：

中铁四局集团有限公司南昌市港口大道第2合同段项目经理部

二〇一三年七月

目录

一、编制依据及编制原则 (4)

1、编制依据 (4)

2、编制目的 (4)

3、工程概况 (4)

4、水文地质 (4)

二、钻机方案比选 (4)

2．1 冲击钻 (5)

2．2 回转钻机 (5)

2．3 冲击反循环钻机 (5)

2．4 旋挖钻机 (6)

三、钻机的技术经济分析与比选 (6)

3．1 地层适应性的应用比选 (6)

3．2 各类钻机经济性及综合性能的比选 (7)

四、钻机配置比例 (9)

钻机选型专项施工方案

一、编制依据及编制原则

1、编制依据

1.业主初步施工策划

2.南昌市港口大道2标施工图；

3.施工地的气候、交通、能源、环境、工程地质和水文条件；

4.《混凝土结构设计规范》GB50010-2010；

5.《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011；

6.《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ2-2008；

7、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011；

8、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；

2、编制目的

钻孔灌注桩施工中成孔设备的选择是比较关键的环节，钻机的选择是否得当，决定了整个桩基础工程的盈利指标，因此我标段对钻孔机械的比选尤为重要。通过对几种常用钻孔机械的技术特点概括、地层适应性分析以及技术经济阐述来确定适合我标段的钻机型号。

3、工程概况

我标段位于南昌市北城区“十横十纵”干线性规划道路中南北向道路，南起洪都大桥北至福银高速七里岗互通。我标段位于南昌市裘家码头与梅林大道之间，经双港码头、顺发码头，跨幸福前港至标段尾。自主线桥53#墩至95#墩（ K2+071～K3+392）总计1.321km。道路等级：干线性主干道。主路采用高架桥形式宽32.5m，设计行车速度80Km/h（双向6～8车道），地面辅路在高架桥下布置宽55m，设计行车速40 Km/h(双向6车道）。梅林大道前高架快速路设一对上下匝道接规划机场路，过梅林大道路口后高架快速路设一对上下匝道连接地面辅路。

主线桥钻孔灌注桩共388根，梅林匝道桩基152根，总计540.桩径1.0m：332根，桩径1.2m：72根，桩径1.5m：96根，桩径1.8m：40根，合计18703延米。计划工期2013年6月到2015年6月。

4水文地质

（1）赣江冲积平原区：属赣江冲积平原Ⅰ级阶地，地势平坦开阔，以冲积作用为主，地面高程为17.20～21.78米。

（2）据地勘显示，我标段多为中风化千枚岩，局部为微风化千枚岩。上部多为杂填土、粘土及粉质粘土。

二、钻机方案比选

钻孔灌注桩不受地下水位影响，可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的地层(如各类砂土、粘性土、碎砾石土、卵石层、风化岩及多夹层的岩

层)对地基进行加固处理，具有承载力大、施工设备简单、方便快捷、安全性好等诸多优点。我部把桩基础施工部分作为研究对象，钻孔灌注桩施工工艺过程繁多，在整个施工过程中，关键环节是钻孔，钻孔速度的快慢和成孔的质量在整个桩基施工过程中居于主导地位，钻孔机械就是灌注桩基础施工的主导机械，因此对钻孔机械的比选尤为重要。在该地层哪些钻机可以成孔，成孔的效率、消耗如何，只有全面分析各类钻机的性能指标，才能找到该工程最为合适的施工钻机。

2．1 冲击钻

冲击钻机是一种比较传统的钻进机具，依靠冲击锤进行冲砸，掏渣筒掏渣，上下往复冲击将土石劈裂、砸碎，部分被挤入孔壁之内，普通泥浆护壁。适用于常见的所有填土层、粘土层、密实砂层、圆砾层及角砾复合夹层，但在大漂石、卵石层及微风化地层中进尺缓慢，且冲击锤容易损坏。冲击钻具有地层适应范围广、施工速度快、场地环境要求小、造价较低等特点。但同时冲击钻劳动强度大，泥浆循环要设立泥浆回流池占地大，产生的泥浆不易外运，施工震动噪音大。

2．2 回转钻机

回转钻机是一种在我国应用时间最长、范围最广、市场保有量最大的成孔机具，该种钻机除在卵、砾石层钻进较为困难外，在其它各种常见地层均有良好的适用性。回转钻机根据排渣方式的不同分为正循环和反循

环两种，反循环又细分为泵吸、气举、孔底泵送(射流)三种。在素土层、粘土层及砂土层常采用正循环，在卵石层、砂卵石夹层、岩石层及孔底清渣常采用反循环。根据地层不同，钻头可采用不同形式，特别是在钻进坚硬岩石层时需配置滚刀钻头或牙轮钻头，回转钻机的钻孔直径可达2～5m，深度可达百米。正、反循环回转钻机具有应用范围广、护壁效果好、成孔质量高，施工无震动、无噪音、机具操作方便、造价较低等特点。但同时其在复杂地层成孔效率较低，施工现场用水量大、泥浆排放量大，扩孔率较难控制，又很难在卵石、漂石、基岩上施工，特别是在坚硬地层中进度缓慢，施工成本直线上升。

2．3 冲击反循环钻机

冲击反循环钻机是一种将传统的冲击钻机与反循环排渣工艺相结合的新型大孔径钻机。即利用冲击钻头对岩石进行较高频率的冲击，使岩石产生破碎，然后利用反循环排渣方式及时将破碎岩屑第一时间排出孔外，该种钻法既保留了传统冲击式钻机的施工成本低、清孔干净、沉渣量少、适应地层广的优点，又克服了其不能连续排渣、重复破碎多的不足，广泛适用于各种复杂地层施工。

冲击反循环钻机与回转钻机各有各的优点，一般在粘土、亚粘土、淤泥质土层、粉砂层施工时，回转钻机要比冲击反循环钻机施工快1．1～1．3倍，且成本消耗较低。但在卵砾石层及基岩施工中，冲击反循环钻进明显比回转钻进要快2～3倍，尤其在一些丘陵山区地带，冲击反循环在施工复杂地层即卵石层及卵砾夹石层时成孔速度优越性更加显着，在成本消耗方面在卵、砾石层，漂石，基岩施工中，冲击钻进效率高，而回转钻机钻进速度慢，成孔周期长，成本比冲击钻进大3倍以上，如遇大漂石、大块石、硬度较高的花岗岩回转钻机很难钻进，只能用冲击反循环钻机来完成。

但同时冲击反循环钻进振动对周围环境影响很大，特别是冲击下部坚硬基础岩面时，冲击振动对周围产生很大噪音，另外钻机功率大、耗电量高、结构复杂、体积大、搬迁运输成本也较高。

2．4 旋挖钻机

旋挖钻机是近年来发展最快的一种新型桩基成孔施工方法，它通过钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土，通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置护壁，反复循环而成孔。旋挖钻机适用于各类粘土、粉土、密实砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层，借钻具自重和钻机加压力，耙齿切入土层，在回转力矩的作用下钻斗同时回转配合不同钻具，适应于干式(螺旋)、湿式(回转斗)的成孔作业。目前，旋挖钻机的最大钻孔直径为3m，最大钻孔深度达120m(主要集中在40m以内)，最大钻孔扭矩620kNm。旋挖成孔的施工方法具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强等特点，大大缩短了工期，废浆少，低噪音，污染小保护了环境，克服了机械成孔时孔底沉淤土多、桩侧摩阻力低、泥浆管理差的缺点，极大地提高了施工质量。但其缺点是对于厚度较大的松散砂层在钻进时易塌孔，在卵石含量较大的卵石层钻进时速度慢，不适用于坚硬岩石层入岩施工。旋挖钻机一次投入费用较大，但成孔费用消耗等经济技术指标比其他方法成孔费用低，应结合工程规模、工程量和施工进度综合考虑，从目前看该工艺在我国有着相当可观的经济效益。

三、钻机的技术经济分析与比选

3．1 地层适应性的应用比选

由于我国国土面积广大，地质地貌多种多样，地层情况复杂多变，不同地区间地层差异很大。所以在具体工程确定后，通过实地踏勘结合岩土工程勘察报告对所要施工地层的地质年代构造和岩性做到详细了解，并详细分析各种土工试验指标，从而做到准确地对钻机进行初步适应性选型。根据地层特点和各类钻机的特性，我们可作出如下比选：

(1)对于填土层、粘土层、粉土层和密实砂层，可选用冲击钻机、正循环回转钻机和旋挖钻机；

(2)对于粘土层、较松散砂层、淤泥质土层，可选用正循环回转钻机和旋挖钻机；

(3)对于砂层、砾石层、砂砾夹层和卵砾夹层，可选用冲击钻机、反循环回转钻机、冲击反循环钻机和旋挖钻机；

(4)对于密实砂层及卵石含量大于2O%粘土层或粒径大于15cm 的漂石地层及超过10cm 的卵砾夹层，可选用冲击钻机或冲击反循环钻机；

(5)对于软岩、强风化岩、破碎岩，可选用冲击钻机、正循环回转钻机和冲击反循环钻机；

(6)对于弱风化、微风化及坚硬岩石的入岩，可选用实心锤冲击钻、冲击反循环钻机、回转钻机(配牙轮或滚刀钻头)。

3．2 各类钻机经济性及综合性能的比选

经济成本和消耗量指标在施工生产过程中的地位极其重要，为了努力达到效益最优化，在熟知各种钻机设备的功率、配套设施、消耗量和工作效率下再结合具体工程特点确定钻机类型。为了方便理解和说明，下面对各种常用钻机的技术经济指标进行列表比较，各项数据详见表1。

表1 常用钻机的技术经济指标比较一览表（测算数据以φ1.2m桩为

从表1中可以看出，对于同一种地层的桩基施工成孔，由于选用钻机设

备的不同会产生不同的施工成本单价，有时还会相差很大。例如某一钻孔桩所在地层上部主要为填土层和密实砂层，下部主要为砂卵夹层并有少量强风化岩层，按照以上所列各种钻机的性能，冲击钻机、回转钻机、冲击反循环钻机和旋挖钻机中的任何一种都能满足施工要求。但从经济角度分析，他们的成本消耗却不尽相同，4种钻机在制浆、排浆和动力等基本

相同的情况下，钻头的消耗和进尺速度的差别使得成本相差较大。冲击钻机在上述地层的平均成孔速度在1．0～3．0m／h，施工平均成本在130元／m,正、反循环回转钻机在上述地层的平均成孔速度在1．5～3．5m／h，施工平均成本在160元／m,冲击反循环钻机在上述地层的平均成孔速度2．5～4．5m／h，施工平均成本在200元／m；旋挖钻机在上述地层的平均成孔速度在5．O～8．0m／h，施工平均成本在280元／m。所以按照上述指标分析计算，旋挖钻机的成孔速度比冲击钻机的成孔速度快2倍多，但施工成本单价也要高出2倍多，因此在正常工期条件要求下，从经济指标出发应该优先选用普通冲击钻机，以降低施工成本。另外结合地层情况、施工场地环境、施工工期、安全文明施工等因素对施工钻机进行综合性条件选择。

四、钻机配置比例

根据施工工期安排，我标段首先施工60～69#墩3395m，80～95#墩4712m，第二阶段施工53～59#墩1100m，70～79#墩3780m。

通过以上比选我标段拟采用冲击钻机10台，回旋钻机10台进行我标段桩基施工。