成孔機(jī)是用于現(xiàn)場鉆孔灌注樁施工的主要機(jī)械。灌注樁就是在預(yù)定樁位進(jìn)行鉆孔，或取土成孔，然后放置鋼筋籠，并灌注混凝土，成為鋼筋混凝土樁，如不放鋼筋籠就灌注混凝土，就是混凝土樁。其特點(diǎn)是取土成孔灌注，施工過程無噪聲、無振動(dòng)，不受地質(zhì)等條件限制。因此，在各種建設(shè)工程中得到廣泛應(yīng)用。

1.分類

目前常用的成孔機(jī)械有長螺旋鉆孔機(jī)、短螺旋鉆孔機(jī)、套管式鉆機(jī)、回轉(zhuǎn)式鉆孔機(jī)、潛水鉆孔機(jī)和沖擊式鉆孔機(jī)等。

2.基本構(gòu)造

（1）螺旋鉆孔機(jī)

螺旋鉆孔機(jī)工作原理與麻花鉆相似，鉆具旋轉(zhuǎn)，鉆具的鉆頭刃口切削土壤，它與樁架配合使用，分長螺旋鉆孔機(jī)和短螺旋鉆孔機(jī)兩種。

1）長螺旋鉆孔機(jī)

長螺旋鉆孔機(jī)由履帶樁架和長螺旋鉆孔器組成。適合于地下水位較低的黏土及砂土層施工。

圖2-29長螺旋鉆孔機(jī)

長螺旋鉆孔器由動(dòng)力頭２、鉆桿４、下部導(dǎo)向器５和鉆頭６等組成，如圖2-30所示。鉆孔器通過滑輪組１懸掛在樁架上。鉆孔器的升降、就位由樁架控制。為使鉆桿鉆進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性，在鉆桿下部裝有導(dǎo)向器５。導(dǎo)向圈固定在樁架立柱上。

圖2-30  長螺旋鉆孔器結(jié)構(gòu)示意圖

１滑輪組；２動(dòng)力頭；３連接法蘭；４鉆桿；５下部導(dǎo)向器；６鉆頭；７導(dǎo)向卡爪；８穩(wěn)定器固定座

動(dòng)力頭：動(dòng)力頭是螺旋鉆機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置，有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)兩種方式。由電動(dòng)機(jī)（或液壓馬達(dá)）和減速器組成。國外多用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，液壓馬達(dá)自重輕，調(diào)速方便。螺旋鉆機(jī)應(yīng)用較多的為單動(dòng)單軸式，由液壓馬達(dá)通過行星減速器（或電動(dòng)機(jī)通過減速器）傳遞動(dòng)力。此種鉆機(jī)動(dòng)力頭傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)平穩(wěn)，其結(jié)構(gòu)外形及傳動(dòng)如圖2-31所示。

ａ）液壓式動(dòng)力頭；ｂ）電動(dòng)式動(dòng)力頭

１液壓馬達(dá)；２行星齒輪減速器；３電動(dòng)機(jī)；４齒輪減速器；５輸出軸；６連接盤

圖2-31 單動(dòng)單軸式動(dòng)力頭

鉆桿：鉆桿在作業(yè)中傳遞轉(zhuǎn)矩，使鉆頭切削土層，同時(shí)將切下來的泥土通過鉆桿輸送到地面。鉆桿是一根焊有連續(xù)螺旋葉片的鋼管，長螺桿的鉆桿分段制作，鉆桿與鉆桿的連接可采用階梯法蘭連接，也可用六角套筒并通過錐銷連接。螺旋葉片的外徑比鉆頭直徑小２０～３０ｍｍ，這樣可減少螺旋葉片與孔壁的摩擦阻力。螺旋葉片的螺距約為螺旋葉片直徑的０．６～０．７倍。

長螺旋鉆孔機(jī)鉆孔時(shí)，孔底的土沿著鉆桿的螺旋葉片上升，把土卸于鉆桿周圍的地面上，或通過出料斗卸于翻斗車等運(yùn)輸工具運(yùn)走。它的切土和排土都是連續(xù)的，成孔速度較快，但長螺旋的孔徑一般小于１ｍ，深度不超過２０ｍ。

鉆頭：鉆頭用于切削土層，鉆頭的直徑與設(shè)計(jì)的樁孔直徑一致，考慮到鉆孔的效率，適應(yīng)不同地層的鉆孔需要，應(yīng)配備各種不同的鉆頭，如圖2-32所示。

圖2-32 長螺旋鉆頭形式

ａ．雙翼尖底鉆頭；ｂ．平底鉆頭；ｃ．耙齒鉆頭；ｄ．筒式鉆頭

圖ａ）為雙翼尖底鉆頭是最常用的一種，在翼邊上焊有硬質(zhì)合金刀片，可用來鉆硬黏土或凍土。圖ｂ）為平底鉆頭，適用于松散土層。在雙螺旋切削刃帶上有耙齒式切削片，耙齒上焊有硬質(zhì)合金刀片。圖ｃ）為耙齒鉆頭，適用于有磚塊瓦塊的雜填土層。圖ｄ）為筒式鉆頭，適用于鉆混凝土塊、條石等障礙物。每次鉆取厚度小于筒身高度，鉆進(jìn)時(shí)應(yīng)加水冷卻，這種鉆頭有些類似取巖心的勘探鉆頭。

下部導(dǎo)向器：長螺旋鉆機(jī)由于鉆桿長，為了使鉆桿施鉆時(shí)穩(wěn)定和初鉆時(shí)插鉆的正確性，在下部安裝導(dǎo)向器。而導(dǎo)向器基本上固定在樁架立柱的最低處。

目前，新型的長螺旋桿鉆孔機(jī)的鉆孔器采用中空形，在鉆孔器當(dāng)中有上下貫通的垂直孔，它可以在鉆孔完成后，從鉆孔器的孔中，直接從上面澆灌混凝土。一邊澆灌，一邊緩慢地提升鉆桿。這樣有助于孔壁穩(wěn)定，減少坍孔，提高灌注樁的質(zhì)量。

2）短螺旋鉆孔機(jī)

短螺旋鉆機(jī)與長螺旋桿鉆孔機(jī)相比差異主要在鉆桿。短螺旋桿鉆的鉆頭一般只有２～３個(gè)螺旋葉片，葉片直徑要比長螺旋鉆機(jī)大得多，如圖所示。使用加長鉆桿，鉆孔深度大大增加。

工作時(shí)，動(dòng)力頭帶動(dòng)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)，鉆桿底部的螺旋部位正轉(zhuǎn)切土，鉆頭逐漸下鉆，當(dāng)葉片中的土基本塞滿后，用卷揚(yáng)機(jī)提拉動(dòng)力頭把螺旋鉆頭提出孔面，然后樁架回轉(zhuǎn)一個(gè)角度，短螺旋反向旋轉(zhuǎn)，將螺旋葉片上的碎土甩到地面上。短螺旋鉆的轉(zhuǎn)速要比長螺旋鉆機(jī)轉(zhuǎn)速低，鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速一般在４０ｒ／ｍｉｎ以下，甩土?xí)r，鉆桿高速反轉(zhuǎn)。因此，短螺旋鉆機(jī)大多有兩種轉(zhuǎn)速。

由于短螺旋鉆孔機(jī)鉆孔和出土是斷續(xù)的，工作效率較低。但鉆孔的直徑和深度大，鉆孔的直徑超過２ｍ，鉆孔深度可達(dá)１００ｍ，應(yīng)用較為廣泛。

圖2-33 短螺旋桿鉆頭

ａ．巖心螺旋鉆頭；ｂ．雙刃螺旋鉆頭；ｃ．單刃螺旋鉆頭

3）回轉(zhuǎn)斗成孔機(jī)

回轉(zhuǎn)斗成孔機(jī)由伸縮鉆桿１、回轉(zhuǎn)斗驅(qū)動(dòng)裝置２、回轉(zhuǎn)斗３、支撐架４和履帶樁架５等組成，圖2-34 所示。

也可將短螺旋鉆頭換成回轉(zhuǎn)斗即可成為回轉(zhuǎn)斗鉆孔機(jī)。回轉(zhuǎn)斗是一個(gè)直徑與樁徑相同的圓斗，斗底裝有切土刀，斗內(nèi)可容納一定量的土。回轉(zhuǎn)斗與伸縮鉆桿連接，它由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。工作時(shí)，落下鉆桿，使回轉(zhuǎn)斗旋轉(zhuǎn)并與土壤接觸，回轉(zhuǎn)斗依靠自重（包括鉆桿的重量）切削土壤，即可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。斗底刀刃切土?xí)r將土裝入斗內(nèi)。裝滿斗后，提起回轉(zhuǎn)斗，上車回轉(zhuǎn)，打開斗底把土卸入運(yùn)輸工具內(nèi)，再將鉆斗轉(zhuǎn)回原位，放下回轉(zhuǎn)斗，進(jìn)行下一次鉆孔作業(yè)。

   圖2-34  回轉(zhuǎn)斗成孔機(jī)

１.伸縮鉆桿；２.回轉(zhuǎn)斗驅(qū)動(dòng)裝置；３.回轉(zhuǎn)斗；４.支撐架；５.履帶樁架

回轉(zhuǎn)斗成孔機(jī)可根據(jù)土壤的不同選擇回轉(zhuǎn)鉆頭，如圖2-35圖中，ａ）適合鉆硬土；圖ｂ）適合鉆軟土；圖ｃ）不帶斗底，適合鉆巖石。

為了防止坍孔，也可以用全套管成孔機(jī)作業(yè)。這時(shí)可把套管擺動(dòng)裝置與樁架底盤固定。利用套管擺動(dòng)裝置將套管邊擺動(dòng)邊壓入，回轉(zhuǎn)斗則在套管內(nèi)作業(yè)。灌注樁完成后可把套管拔出，套管可重復(fù)使用。回轉(zhuǎn)斗成孔的直徑現(xiàn)已可達(dá)３ｍ，鉆孔深度因受伸縮鉆桿的限制，一般只能達(dá)５０ｍ左右。

圖2-35  回轉(zhuǎn)斗結(jié)構(gòu)

ａ．帶底雙刃回轉(zhuǎn)鉆頭；ｂ．帶底雙刃回轉(zhuǎn)鉆頭；ｃ．巖心回轉(zhuǎn)鉆頭

回轉(zhuǎn)斗成孔機(jī)的缺點(diǎn)是鉆進(jìn)速度低，工效不高，因?yàn)橐�頻繁地進(jìn)行提起、落下、切土和卸土等動(dòng)作，而每次鉆出的土量又不大。在孔深較大時(shí)，鉆進(jìn)效率更低。但它可適用于碎石土、砂土、黏性土等地層的施工，地下水位較高的地區(qū)也能使用。

4）全套管鉆機(jī)

全套管鉆機(jī)主要用于大型建筑樁基礎(chǔ)的施工。施工時(shí)在成孔的過程中一面下沉鋼質(zhì)套管，一面在鋼管中抓挖黏土或砂石，直至鋼管下沉到設(shè)計(jì)深度，成孔后灌注混凝土，同時(shí)逐步將鋼管拔出。由于它工作可靠，在成孔樁施工中廣泛應(yīng)用。

ａ．整體式                 ｂ．分體式

圖2-36 全套管鉆機(jī)

全套管鉆機(jī)按結(jié)構(gòu)分為整機(jī)式和分體式兩大類，如圖2-37所示。

圖2-37 全套管鉆機(jī)結(jié)構(gòu)圖

ａ．整體式全套管鉆機(jī)；ｂ．分體式套管鉆機(jī)

１履帶主機(jī)；２落錘式抓斗；３鉆架；４套管作業(yè)裝置；５導(dǎo)向口；６套管；７獨(dú)立搖動(dòng)式鉆機(jī)；８履帶起重機(jī)

圖ａ）為整機(jī)式全套管鉆機(jī)，以履帶式底盤為行走系統(tǒng)，將動(dòng)力系統(tǒng)、鉆機(jī)作業(yè)系統(tǒng)等合為一體。分體式是以壓拔管機(jī)構(gòu)作為一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，施工時(shí)必須配備機(jī)架（如履帶起重機(jī)），才能進(jìn)行鉆孔作業(yè)。分體式由于結(jié)構(gòu)簡單，又符合一機(jī)多用的原則，目前已廣泛采用。

圖 ｂ）為分體式套管鉆機(jī)，由履帶起重機(jī)１、錘式?jīng)_抓斗２、套管作業(yè)裝置４和獨(dú)立搖動(dòng)式鉆機(jī)７等組成。沖抓斗懸掛在樁架上，鉆機(jī)與樁架底盤固定。獨(dú)立搖動(dòng)式鉆機(jī)結(jié)構(gòu)如圖４９所示，由導(dǎo)向及糾偏機(jī)構(gòu)４、擺動(dòng)（或旋轉(zhuǎn)）裝置７、夾擊機(jī)構(gòu)８、夾緊油缸９、壓拔管油缸６和底架１０等組成。

抓斗成孔機(jī)用全套管鉆機(jī)，施工中在給套管加壓的同時(shí)使其擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，迫使套管下沉，然后用沖抓斗取出套管下端的土。套管采用擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)方法，可以大大減少土與套管間的摩擦力。沖抓斗在初始狀態(tài)時(shí)，呈張開狀態(tài)。放松卷揚(yáng)機(jī)，沖抓斗以自由落體方式向套管內(nèi)落下插入土中，用鋼絲繩提升動(dòng)滑輪，抓斗片即通過與動(dòng)滑輪相連接的連桿，使其抓斗片合攏。卷揚(yáng)機(jī)繼續(xù)收縮，沖抓斗被提出套管。樁機(jī)回轉(zhuǎn)，松開卷揚(yáng)機(jī)，動(dòng)滑輪靠自重下滑，帶動(dòng)專用鋼繩向下，使抓斗片打開卸土。沖抓斗有二瓣式和三瓣式。二瓣式適用于土質(zhì)松軟的場合，抓土較多；三瓣式適用于硬土層，抓土較少。

圖2-38 獨(dú)立搖動(dòng)式套管鉆機(jī)

１連接座；２糾偏油缸；３導(dǎo)向口；４導(dǎo)向及糾偏機(jī)構(gòu)；５套管；６壓拔管油缸；７擺動(dòng)（或旋轉(zhuǎn)）裝置；８夾擊機(jī)構(gòu)；９夾緊油缸；１０底架；１１專用鋼絲繩；１２導(dǎo)向器；１３連接圓桿；１４抓斗

鉆機(jī)所用套管一般分１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍ、６ｍ等不同的長度。套管之間采用徑向的內(nèi)六角螺母連接，如圖５０所示。成孔后，放入鋼筋籠，在灌注混凝土的同時(shí)逐節(jié)拔出并拆除套管，最后將套管全部取盡。

圖2-39  套管施工法幾個(gè)程序

ａ）插入套管；ｂ）開始挖掘、晃動(dòng)和加壓套管；ｃ）連接套管；ｄ）插入鋼筋籠；ｅ）插入導(dǎo)管、灌注混凝土；ｆ）灌注的同時(shí)拔出套管與導(dǎo)管，直到灌注完成沖抓斗成孔機(jī)工作時(shí)噪聲、振動(dòng)均較小，適應(yīng)的地層范圍廣。由于采用套管，可在軟地基上施工，孔口不易坍方。樁徑能從０．６～２．５ｍ范圍內(nèi)選擇，樁深最大可達(dá)５０ｍ，樁的承載能力較高，但成孔速度也較慢。

3.常見設(shè)備

1、螺旋式鉆孔機(jī)
2、沖抓成孔機(jī)
3、沖吸成孔機(jī)
4、潛水鉆孔機(jī)
5、牙輪鉆孔機(jī)
6、錨桿鉆孔機(jī)
7、組合式成孔機(jī)