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【摘要】对地质复杂的钻孔桩施工机械采用自动控制系统可大大缩短工期、节约成本、保障施工质量。
【关键词】 钻孔桩；自动控制；施工工艺
中图分类号：U443.15+4文献标识码： A 文章编号：
前言
在当前桥梁钻孔桩施工中，经常会遇到不良地质发育，尤其是溶洞、溶蚀破碎带强烈发育等现象，传统的冲击钻机钻孔施工采用人工手扳式操作，每台钻机最少配备两名，一般三名操作手轮流作业，工人劳动强度较大，工作效率低，进度缓慢，遇溶洞时不能及时提升钻头，且卡钻、掉钻现象频繁。为了降低劳动强度，提高工作效率，加快施工进度，提高桩基施工质量，在不良地质发育的长桩基钻孔施工中采用了自动控制器施工工艺，通过现场实践应用，总结形成了本工艺。
工艺特点
1、 工艺新、可操作性强、适用广泛。
2、 施工方法操作简便，速度快，安全质量效果好，经济效益显著。
3、采用自动控制器后，一个人可以同时管理2～4 台钻机，大大降低了劳动强度，提高了工作效率，并且加快了施工进度。
适用范围
对不良地质发育的桥梁桩基钻孔施工具有普遍适用性。
工艺原理
人工输入控制数据后，由空压机供压，带动离合气缸和刹车气缸控制冲击钻机卷扬机进行钻孔施工。
施工工艺流程
安装气缸及传感器→接通装置电源，检查卷扬机工作状态及装置信息提示，进行调试→接通空压机电源，进行刹车及离合气压调试→安装高度传感器，观察孔深数值→打开卷扬机电动机查看电流值→调整冲程高度及余绳参数，观察松紧度。
操作要点
①将刹车气缸与离合气缸正确安装，并将离合气压管线与刹车气压管线对应接好，高度传感器安装到相应位置，卡锤传感器安装到钻机架子后尾处对正磁铁，保证传感器后尾信号灯亮起，同时确保当钻机后尾抬起以后传感器可以离开磁铁感应范围信号灯熄灭，将本控制器连接配电柜信号线正确接好。
②在确保气缸没接通气压与钻机卷扬机无故障情况下，打开卷扬机电机，当电机处于运转状态时，检查本装置接线正确并无短路情况下，接通本装置电源并打开电源安装气缸及传感器接通装置电源，检查卷扬机工作状态及装置信息提示，进行调试正常接通空压机电源，进行刹车及离合气压调试正常安装高度传感器，观察孔深数值打开卷扬机电动机，查看电流值调整冲程高度及余绳参数，观察松紧度开关，然后用手将卡锤传感器与感应磁铁分开，观察传感器信号灯熄灭，此时卷扬机电动机应该停止工作，并且本装置电脑有（重锤卡死●）的错误提示。如卷扬机不能停止工作或本装置也无（重锤卡死●）错误信息提示，应检查接线线路是否正确。将本步调试正常方可进行下一步操作。
③确保②步调试正常，然后接通空气压缩机电源，待空气压缩机空气压力达到本装置工作压力后将气压与本装置接通，调试本装置内刹车气压与离合气压都为5.0Kgf/cm2（5 个气压），将重锤放于孔底，接通手动自动切换阀。然后关闭卷扬机电动机，确保刹车气缸拉杆处于顶出状态、离合气缸拉杆处于收回状态，再确保人身安全情况下摘掉卷扬机手动拉杆。按动本装置刹车按钮，此时刹车气缸拉杆应该迅速收回，离合气缸无动作。然后按动本装置离合按钮，此时离合气缸拉杆迅速顶出，同时刹车气缸拉杆迅速收回。将本步调试正常方可进行下一步操作。
④安装高度传感器，让高度传感器竖线竖对磁铁，距离保持在5cm 左右，磁铁上无太多铁销。然后在电脑控制平台主画面按动▲出现孔深，当重锤下放时候孔深数值为递减，当重锤上拉时候孔深数值为递增。
⑤打开卷扬机电动机，待电动机处于运转状态，查看电脑屏幕上提升后圆球是否为黑色（提升●），查看本装置右上角左边电流值，前方为卷扬机电动机电流值，后方为本装置设定电流值，查看卷扬机空载电流值与拉锤时电流值，设定两个数值中间值即可。
⑥初次调整高度设置为75cm 左右（按高＋、高—即可），余绳参数为30 左右（按松紧可以调整参数大小，余绳参数数值越大打锤越紧，数值越小打锤越松），然后将重锤放于孔底，按动本装置上启动按钮，观看打锤的松紧度，然后根据松紧再做调整（按紧打的越紧，按松打的越松），当本装置工作时，调整松、紧、电流＋、电流—时要在重锤向上拉时调整。初次调整好以后停止，根据不同地质设置合理冲程，然后调整余绳参数，一般为高度的一半以下，例如冲程高度设置100CM，余绳参数可以先设置40，然后再慢慢调整松紧为理想的打锤松紧度。
机具设备配置
钻机自动控制器由以下设备组成：①空压机、②电脑控制平台、③刹车气缸、④离合气缸、⑤高度传感器、⑥卡锤传感器。
质量控制：
1 、每次本装置拆装或者移动，必须按照使用要求调试完毕方可正常使用。
2 、本装置必须能控制卷扬机电机关闭，并且每次启动前确保卡锤传感器无故障，卡锤传感器对准落锤式冲击钻机架子尾部，确保落锤式冲击钻机架子如有抬起情况卡锤传感器可以失去磁铁感应信号，并且让电机关闭。
3、安装本装置往往让现场操作工人产生松懈心理，放松对钻机动态的观察，容易出现偏孔现象，所以现场操作人员要随时观察钻机工作情况，出现问题及时改为人工操作处理。
安全措施：
施工中，严格遵照自动控制器关于安全操作方面的规定，确保施工安全。同时，重点注意以下几点：
1 、本装置正常运行时，操作人员不得站立在落锤式冲击钻机架子上面，或者坐在手动操作位置，应与钻机保持一定距离，并且本装置正常运行时必须有操作人员看守，操作人员不得随意离开。
2、 本装置正常运转时，必须摘除手动操作拉杆。
3 、当需要将锤头提出孔外或放入孔内时应由人工操作，以免因气压不足使刹车气缸不能很好刹车造成施工事故。
环保措施：
1 、施工现场设置明显的标识牌，泥浆池按照规定防护现场施工标识、安全警示牌齐全。
2 、施工现场要配置标准配电箱、箱底要设置三角铁支架(距地面高度为
1.2-1.3m)。临时用电线路架设规范，严禁乱拉乱接。
3、 施工现场严格执行消防制度、措施和施工人员熟练掌握灭火器材。
4、 在钻孔施工中要充分发挥泥浆循环系统的作用，所有多余泥浆均经过泥浆净化器处理。
5 、钻渣和废浆及时外运至指定位置，以免施工产生的泥浆流入河中和公路、道路上，造成环境污染。不可回收泥浆运至指定地点，钻渣定期清理外运。
效益分析：
采用桩机自动控制器与传统人工操作钻机施工相比，施工质量好、作业简便、效率高、工费成本低。
1、 不同地质钻进速度和冲程设置对比、人工操作与自动控制器对比(每24 小时钻进米数和钻机冲程设置)见表2：
表2:人工操作与自动控制器冲程设置对比
备注：从表中可看出采用自动控制器比人工操作每24小时钻进深度深且钻机冲程小
2、 单桩进度对比
①以1 根34m 长桩基为例，施工进度对比（24h/天）如表3：
表3:单桩施工进度对比表（34m）
备注：从表中时间可看出，施工1根34米长桩基采用自动控制器比人工操作节省7天时间。表中统计数据不考虑遇溶洞和机械故障时间
②以1 根76m 长桩基为例，施工进度对比（24h/天）如表4：
表3:单桩施工进度对比表（76m）
备注：从表中时间可看出，施工1根76米长桩基采用自动控制器比人工操作节省10天时间。表中统计数据不考虑遇溶洞和机械故障时间
3、施工成本对比
①仍以34m 桩长为例，采用传统施工方法，需要消耗人工费如下：
22.6d×4 工日/d×100 元/工日＝9040 元
采用自动控制器施工方法，需要消耗人工费如下（按1 人同时管理2 台钻机算，采用24h 两人轮换作业）：
15.9d×1 工日/d×100 元/工日＝1590 元
②以76m 桩长为例，采用自动控制器施工方法和传统施工方法对比如下：
传统方法人工费：35.8d×4 工日/d×100 元/工日＝14320 元
自动控制器人工费：25.5d×1 工日/d×100 元/工日d＝2550 元
因此可以看出采用自动控制器施工方法和传统施工方法相比，节约了大量的人工
费用。
应用实例
工程项目名称：新建贵广铁路义江特大桥
开工时期：2010年5月1日。竣工日期：2012 年8月30日
1、工程概況：
义江特大桥总长780.5m，孔跨布置为：1×24+2×32+（40+3×64+40）m 连续梁+（40+3×64+40）m 连续梁+4×32m。全桥钻孔桩共计 260 根，桩基直径分别为1m、1.25m、1.5m，桩长8m—77m。主墩桩基桩径为1.5m，设计最长为77m。桥址处不良地质发育，钻孔揭示溶洞、溶蚀破碎带强烈发育，且溶洞呈串珠状，多为充填、半充填状态，因桩长且不良地质发育，施工过程中，卡钻、掉钻现象频繁。一般桩基地质由上至下依次为漂石土、卵石土、细圆砾、粗圆砾、页岩（砂岩）、灰岩（白云岩）。
2、应用效果
该桥梁采用自动控制装置进行钻孔施工，经现场操作检验，效果很好。自动控制
装置集保护、控制、信号测量及显示等功能于一体，大大降低了工人的劳动强度，提高了工程的进度；能对钻机出现的卡锤、钢丝绳断、电源突然失电、余绳过长、高度传感器损坏、刹车抱死、离合抱死、离合气缸或电磁阀有故障等钻机出现的多种故障做保护停机处理，降低了钻机施工风险，较好的解决了掉钻现象。安装一台自动控制器的成本约7500 元，与其所提高的施工进度和节约的人工费用等指标相比，其安装成本可忽略不计。
【关键词】 钻孔桩；自动控制；施工工艺
中图分类号：U443.15+4文献标识码： A 文章编号：
前言
在当前桥梁钻孔桩施工中，经常会遇到不良地质发育，尤其是溶洞、溶蚀破碎带强烈发育等现象，传统的冲击钻机钻孔施工采用人工手扳式操作，每台钻机最少配备两名，一般三名操作手轮流作业，工人劳动强度较大，工作效率低，进度缓慢，遇溶洞时不能及时提升钻头，且卡钻、掉钻现象频繁。为了降低劳动强度，提高工作效率，加快施工进度，提高桩基施工质量，在不良地质发育的长桩基钻孔施工中采用了自动控制器施工工艺，通过现场实践应用，总结形成了本工艺。
工艺特点
1、 工艺新、可操作性强、适用广泛。
2、 施工方法操作简便，速度快，安全质量效果好，经济效益显著。
3、采用自动控制器后，一个人可以同时管理2～4 台钻机，大大降低了劳动强度，提高了工作效率，并且加快了施工进度。
适用范围
对不良地质发育的桥梁桩基钻孔施工具有普遍适用性。
工艺原理
人工输入控制数据后，由空压机供压，带动离合气缸和刹车气缸控制冲击钻机卷扬机进行钻孔施工。
施工工艺流程
安装气缸及传感器→接通装置电源，检查卷扬机工作状态及装置信息提示，进行调试→接通空压机电源，进行刹车及离合气压调试→安装高度传感器，观察孔深数值→打开卷扬机电动机查看电流值→调整冲程高度及余绳参数，观察松紧度。
操作要点
①将刹车气缸与离合气缸正确安装，并将离合气压管线与刹车气压管线对应接好，高度传感器安装到相应位置，卡锤传感器安装到钻机架子后尾处对正磁铁，保证传感器后尾信号灯亮起，同时确保当钻机后尾抬起以后传感器可以离开磁铁感应范围信号灯熄灭，将本控制器连接配电柜信号线正确接好。
②在确保气缸没接通气压与钻机卷扬机无故障情况下，打开卷扬机电机，当电机处于运转状态时，检查本装置接线正确并无短路情况下，接通本装置电源并打开电源安装气缸及传感器接通装置电源，检查卷扬机工作状态及装置信息提示，进行调试正常接通空压机电源，进行刹车及离合气压调试正常安装高度传感器，观察孔深数值打开卷扬机电动机，查看电流值调整冲程高度及余绳参数，观察松紧度开关，然后用手将卡锤传感器与感应磁铁分开，观察传感器信号灯熄灭，此时卷扬机电动机应该停止工作，并且本装置电脑有（重锤卡死●）的错误提示。如卷扬机不能停止工作或本装置也无（重锤卡死●）错误信息提示，应检查接线线路是否正确。将本步调试正常方可进行下一步操作。
③确保②步调试正常，然后接通空气压缩机电源，待空气压缩机空气压力达到本装置工作压力后将气压与本装置接通，调试本装置内刹车气压与离合气压都为5.0Kgf/cm2（5 个气压），将重锤放于孔底，接通手动自动切换阀。然后关闭卷扬机电动机，确保刹车气缸拉杆处于顶出状态、离合气缸拉杆处于收回状态，再确保人身安全情况下摘掉卷扬机手动拉杆。按动本装置刹车按钮，此时刹车气缸拉杆应该迅速收回，离合气缸无动作。然后按动本装置离合按钮，此时离合气缸拉杆迅速顶出，同时刹车气缸拉杆迅速收回。将本步调试正常方可进行下一步操作。
④安装高度传感器，让高度传感器竖线竖对磁铁，距离保持在5cm 左右，磁铁上无太多铁销。然后在电脑控制平台主画面按动▲出现孔深，当重锤下放时候孔深数值为递减，当重锤上拉时候孔深数值为递增。
⑤打开卷扬机电动机，待电动机处于运转状态，查看电脑屏幕上提升后圆球是否为黑色（提升●），查看本装置右上角左边电流值，前方为卷扬机电动机电流值，后方为本装置设定电流值，查看卷扬机空载电流值与拉锤时电流值，设定两个数值中间值即可。
⑥初次调整高度设置为75cm 左右（按高＋、高—即可），余绳参数为30 左右（按松紧可以调整参数大小，余绳参数数值越大打锤越紧，数值越小打锤越松），然后将重锤放于孔底，按动本装置上启动按钮，观看打锤的松紧度，然后根据松紧再做调整（按紧打的越紧，按松打的越松），当本装置工作时，调整松、紧、电流＋、电流—时要在重锤向上拉时调整。初次调整好以后停止，根据不同地质设置合理冲程，然后调整余绳参数，一般为高度的一半以下，例如冲程高度设置100CM，余绳参数可以先设置40，然后再慢慢调整松紧为理想的打锤松紧度。
机具设备配置
钻机自动控制器由以下设备组成：①空压机、②电脑控制平台、③刹车气缸、④离合气缸、⑤高度传感器、⑥卡锤传感器。
质量控制：
1 、每次本装置拆装或者移动，必须按照使用要求调试完毕方可正常使用。
2 、本装置必须能控制卷扬机电机关闭，并且每次启动前确保卡锤传感器无故障，卡锤传感器对准落锤式冲击钻机架子尾部，确保落锤式冲击钻机架子如有抬起情况卡锤传感器可以失去磁铁感应信号，并且让电机关闭。
3、安装本装置往往让现场操作工人产生松懈心理，放松对钻机动态的观察，容易出现偏孔现象，所以现场操作人员要随时观察钻机工作情况，出现问题及时改为人工操作处理。
安全措施：
施工中，严格遵照自动控制器关于安全操作方面的规定，确保施工安全。同时，重点注意以下几点：
1 、本装置正常运行时，操作人员不得站立在落锤式冲击钻机架子上面，或者坐在手动操作位置，应与钻机保持一定距离，并且本装置正常运行时必须有操作人员看守，操作人员不得随意离开。
2、 本装置正常运转时，必须摘除手动操作拉杆。
3 、当需要将锤头提出孔外或放入孔内时应由人工操作，以免因气压不足使刹车气缸不能很好刹车造成施工事故。
环保措施：
1 、施工现场设置明显的标识牌，泥浆池按照规定防护现场施工标识、安全警示牌齐全。
2 、施工现场要配置标准配电箱、箱底要设置三角铁支架(距地面高度为
1.2-1.3m)。临时用电线路架设规范，严禁乱拉乱接。
3、 施工现场严格执行消防制度、措施和施工人员熟练掌握灭火器材。
4、 在钻孔施工中要充分发挥泥浆循环系统的作用，所有多余泥浆均经过泥浆净化器处理。
5 、钻渣和废浆及时外运至指定位置，以免施工产生的泥浆流入河中和公路、道路上，造成环境污染。不可回收泥浆运至指定地点，钻渣定期清理外运。
效益分析：
采用桩机自动控制器与传统人工操作钻机施工相比，施工质量好、作业简便、效率高、工费成本低。
1、 不同地质钻进速度和冲程设置对比、人工操作与自动控制器对比(每24 小时钻进米数和钻机冲程设置)见表2：
表2:人工操作与自动控制器冲程设置对比
备注：从表中可看出采用自动控制器比人工操作每24小时钻进深度深且钻机冲程小
2、 单桩进度对比
①以1 根34m 长桩基为例，施工进度对比（24h/天）如表3：
表3:单桩施工进度对比表（34m）
备注：从表中时间可看出，施工1根34米长桩基采用自动控制器比人工操作节省7天时间。表中统计数据不考虑遇溶洞和机械故障时间
②以1 根76m 长桩基为例，施工进度对比（24h/天）如表4：
表3:单桩施工进度对比表（76m）
备注：从表中时间可看出，施工1根76米长桩基采用自动控制器比人工操作节省10天时间。表中统计数据不考虑遇溶洞和机械故障时间
3、施工成本对比
①仍以34m 桩长为例，采用传统施工方法，需要消耗人工费如下：
22.6d×4 工日/d×100 元/工日＝9040 元
采用自动控制器施工方法，需要消耗人工费如下（按1 人同时管理2 台钻机算，采用24h 两人轮换作业）：
15.9d×1 工日/d×100 元/工日＝1590 元
②以76m 桩长为例，采用自动控制器施工方法和传统施工方法对比如下：
传统方法人工费：35.8d×4 工日/d×100 元/工日＝14320 元
自动控制器人工费：25.5d×1 工日/d×100 元/工日d＝2550 元
因此可以看出采用自动控制器施工方法和传统施工方法相比，节约了大量的人工
费用。
应用实例
工程项目名称：新建贵广铁路义江特大桥
开工时期：2010年5月1日。竣工日期：2012 年8月30日
1、工程概況：
义江特大桥总长780.5m，孔跨布置为：1×24+2×32+（40+3×64+40）m 连续梁+（40+3×64+40）m 连续梁+4×32m。全桥钻孔桩共计 260 根，桩基直径分别为1m、1.25m、1.5m，桩长8m—77m。主墩桩基桩径为1.5m，设计最长为77m。桥址处不良地质发育，钻孔揭示溶洞、溶蚀破碎带强烈发育，且溶洞呈串珠状，多为充填、半充填状态，因桩长且不良地质发育，施工过程中，卡钻、掉钻现象频繁。一般桩基地质由上至下依次为漂石土、卵石土、细圆砾、粗圆砾、页岩（砂岩）、灰岩（白云岩）。
2、应用效果
该桥梁采用自动控制装置进行钻孔施工，经现场操作检验，效果很好。自动控制
装置集保护、控制、信号测量及显示等功能于一体，大大降低了工人的劳动强度，提高了工程的进度；能对钻机出现的卡锤、钢丝绳断、电源突然失电、余绳过长、高度传感器损坏、刹车抱死、离合抱死、离合气缸或电磁阀有故障等钻机出现的多种故障做保护停机处理，降低了钻机施工风险，较好的解决了掉钻现象。安装一台自动控制器的成本约7500 元，与其所提高的施工进度和节约的人工费用等指标相比，其安装成本可忽略不计。