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摘 要： 该文充分把握双动力头钻孔机最新的国内、外技术发展方向，总结出双动力头钻孔机的成孔机理和施工工法，并对其基本结构进行介绍。双动力头钻孔机中，内、外双动力头分别驱动内部钻杆和外部套管，在掘削钻进时，外部套管不但可以护壁，避免塌孔，还与内部钻杆同轴逆向旋转，使扭转反力自平衡，而且可以纠偏保证成孔垂直度，精度高，施工速度快。由于双动力头的存在，使钻孔机不但能实现普通长螺旋钻机的施工工法，还能根据不同施工要求进行多种施工方式的选择。
关键词 ： 钻孔机 施工工法 机理 双动力头
在桩基础建设施工中，双动力头钻孔机由于其施工效率高、成桩质量好、适用于多种施工工况，因而深受施工单位的喜爱。该文充分把握双动力头钻孔机最新的国内、外技术发展方向，借鉴国内、外一流产品的优点，进行消化、吸收、改进和提高，总结出双动力头钻孔机的成孔机理和施工工法。
该类机型的基本结构如图1所示，其中1为注浆管道、2为内动力头、3为外动力头、4为外套管和螺旋内钻杆、5为保护套、6为支腿、7为可扩履底盘、8为配重、9为可旋转平台、10为卷扬机、11为立柱、12为立柱顶部滑轮组。
一些细节结构根据不同机型可适当调整，例如底盘可采用如图所示的履带结构，还可以采用步履结构。双动力头钻机相对于已有普通钻机噪音低、效率高，而且这种钻机可以在空间狭小的临近建筑物间进行施工。
1 双动力头钻孔机的成孔机理
双动力头钻孔机若按照动力头的工作方式分类常见的有两种，一种为双动力头可分离式，另一种则为双动力头不可分离式。无论双动力头是否可分离，双动力头钻孔机的成孔机理基本类似，两个动力头悬挂在桩架上，分别驱动外侧套管和内侧钻杆。两种情况最明显的不同就是如果两个动力头可分离则外套管和内钻杆可进行竖直方向的相对运动，这样的优势则为可根据施工工艺需要，内侧动力头与外侧动力头能同轴逆向旋转，使扭转反力自平衡，双动力头上下任意分离、相对运动、逆向旋转分别驱动内侧钻杆和外侧套管钻孔，适用于多种工法的施工。当内动力头带动钻杆钻进的同时外动力头驱动外套管反向旋转跟进，这样就可以达到护壁的目的，避免钻孔坍塌（尤其是在提钻时），又可纠偏保证垂直度，还有利于钻屑的排出，成孔精度高，施工速度快，能够应对各种复杂的地形。当然，如果两个动力头采用一个，双动力头钻孔机就可以像普通钻机一样进行施工。与普通长螺旋钻孔机相比，双动力头钻孔机克服了其输土速度与钻孔速度相矛盾的问题，一般长螺旋钻机施工时要实现快速输土，必然钻孔速度就要提高，因为钻头与负责输土的螺旋叶片是一个整体，但是钻头转速一旦提高扭矩就会下降，不利于钻机掘削钻进。双动力头钻孔机解决了这一矛盾问题，内动力头带动的内钻杆在外套管的存在下钻进时，可以提高速度向孔外进行输土，它也可以进行掘削，外动力头带动的外套管能够实现大扭矩的掘削钻进，两者同时施工，因而相对于已有钻机效率较高。若套管式螺旋钻机由可分离式的双动力头、高稳定性履带式桩架和先进的液压电气控制系统组成，配置套管螺旋钻及潜孔锤等组合钻具，就可进行多功能、多用途施工。特别是能在卵石、漂石层及坚硬岩石层等复杂地层高效率钻孔，成桩孔径、孔壁形状规整、质量好，垂直精度高，施工无泥浆污染；可解决大直径桩基础高效率打孔“入岩”的技术难题，克服泥浆对环境的严重污染。全液压驱动的动力头具有恒功率变量的动力性能、转速可随负载自动调整，输出扭矩大、过载能力强，比电动式动力头体积更小、重量更轻、工作更平稳。
2 双动力头钻孔机的施工工法
双动力头的存在，使钻孔机能够进行多种工法施工，例如CFA工法和CFG桩，可根据实际工况如地质条件、工作环境等的需求进行相应选择，实现一机多用。这样使得这种钻机正好满足未来发展的需求。
CFA工法是Continuous Flight Auger的简称，即螺旋钻机连续钻进和灌桩。通过钻杆内部空腔直接向钻孔内灌注混凝土，形成钻孔压注桩。CFA工法是一种地基处理方法，突出优点是功效高、机械化程度高、经济效益明显等。在适宜的施工环境中，施工效率为150～200m/d。适用于填土层、粘土层、砂土层、卵石层等。采用的主要设备为长螺旋钻机和砼泵及其它辅助设备，如搅拌机。该种工法在法国、英国、德国、美国流行较早，由于其突出的优点，目前在我国应用也较为广泛。
CFG桩在90年代后期以来以其施工速度快、质量易于控制、工期耗时短、工程造价低廉等优点，在国内、外发展迅速。CFG是水泥粉煤灰碎石桩英文缩写的简称，它是由水泥、碎石、粉煤灰、适量中粗砂加水按照一定的配合比搅拌形成的具有高粘结性强度的桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，充分发挥了桩间土的承载能力。这种桩体的刚度在碎石桩和混凝土灌注桩之间，适用于多种土质地基的加固，包括粘性土、粉质土、淤泥质土等，尤其是软土地基，加固效果更为显著。另外从经济方面来讲，这种桩的成本较低，因而发展迅速。根据桩间疏密程度和承载力的不同，可分为长桩和短桩。
图2所示为双动力头钻孔机施工的工法1，此种工法为内动力头驱动内部的长螺旋钻杆，外动力头驱动外部的套管，图2从左到右依次表明，套管和长螺旋钻杆同时进行下钻工作，以相反方向逆向旋转。渣土、岩屑等在钻进时沿着钻杆上的螺旋叶片排出，外套管上留有排出孔。达到预定钻进深度后拔出钻杆和套管，向钻孔内下放钢筋笼，然后浇注混凝土，最后成桩。
双动力头钻孔机可制作钢管桩，如图4所示，钻到预定深度后，从长螺旋钻杆内部压注一定量的混凝土，在钢管底部形成混凝土桩头。然后由内动力头驱动的螺旋内钻杆拔出，外动力头驱动的钢管则留在钻孔内形成钢管桩。
若是遇到复杂地形，如地质中含有卵石、漂石甚至是坚硬岩石时，就可采用图5所示工法4。这种工法是在由内动力头驱动的螺旋钻杆下方连接一潜孔锤，外动力头驱动套管，它可跟进护壁，钻到预定深度后，拔出钻杆和潜孔锤，套管留在地下，向孔内下放钢筋笼，钢筋笼安放好后浇注混凝土，最后拔出钢管成桩。这样可使成孔的孔径、孔壁形状规整，桩身综合质量好，垂直精度高。如果双动力头输出扭矩大、组合钻具整体刚性高，就可以使得这类钻孔机不但能够在卵石层、岩石层快速钻孔外，还可以在倾斜基岩、废旧基础、残留地下建筑物等各种复杂条件下打孔和清除旧桩。
双动力头可使钻孔机形成图6所示的两种墙桩和图7所示的咬合桩。具体选择哪种依据现场的需求。图6墙桩是一个一个按顺序制作的，之间可有间隙或者是两个相邻桩之间相切。间隙的大小取决于土质情况和施工中对桩基础的要求。比较硬的土质本身的承载能力大，桩与桩之间的距离就应该适当增大些，在桩的间距之间可增加别的起到安全的措施。若桩相切，钻孔就有两种方式，间距足够时按顺序一个一个桩进行施工，间距不够时，先制作1、3、5等奇数位置的桩，大约两个小时后再制作2、4、6等偶数位置上的桩。对于图7所示咬合桩的制作顺序，先钻1、5、9等位置上的孔并灌注成桩，然后3、7、11位置上的，最后2、4、6等位置上的。
3总结
本章主要讲述由于双动力头的存在使钻孔机异于其它普通钻机的成孔机理和施工工法，通过阐述，清楚明白了双动力头钻孔机的一些特性。钻孔时双动力头分别驱动内部钻杆和外部套管，内侧动力头与外侧动力头能同轴逆向旋转，使扭转反力自平衡。当内动力头带动钻杆钻进的同时外动力头驱动外套管反向旋转跟进，这样就可以达到护壁的目的，避免钻孔坍塌，又可保证钻孔的垂直度。双动力头钻孔机的内动力头带动内钻杆进行掘削钻进时，由于外套管的存在，可以提高自身的转速，利于螺旋叶片向孔外进行输土，克服普通长螺旋钻机钻孔和输土时对螺旋钻具要求的限制。外动力头带动外套管，要克服孔壁的摩擦和粘滞阻力，因而扭矩比较大，内动力头带动内钻杆，输土和钻进，阻力相对小很多，因而扭矩小。内外动力头带动两种钻具同时施工，使钻孔精度高、输土速度快，因而相对于已有钻机效率较高。由于内部钻杆可与多种执行机构连接，因而有多种方式可供施工时选择，所以双动力头钻孔机就有多种施工工法，满足未来桩工机械发展的需求，实现一机多用。
通讯作者简介：赵伟民（1953—），男，辽宁省瓦房店，教授，博士后，研究领域桩工机械，黑龙江省大庆市高新技术开发区发展路199号，邮编163318。
关键词 ： 钻孔机 施工工法 机理 双动力头
在桩基础建设施工中，双动力头钻孔机由于其施工效率高、成桩质量好、适用于多种施工工况，因而深受施工单位的喜爱。该文充分把握双动力头钻孔机最新的国内、外技术发展方向，借鉴国内、外一流产品的优点，进行消化、吸收、改进和提高，总结出双动力头钻孔机的成孔机理和施工工法。
该类机型的基本结构如图1所示，其中1为注浆管道、2为内动力头、3为外动力头、4为外套管和螺旋内钻杆、5为保护套、6为支腿、7为可扩履底盘、8为配重、9为可旋转平台、10为卷扬机、11为立柱、12为立柱顶部滑轮组。
一些细节结构根据不同机型可适当调整，例如底盘可采用如图所示的履带结构，还可以采用步履结构。双动力头钻机相对于已有普通钻机噪音低、效率高，而且这种钻机可以在空间狭小的临近建筑物间进行施工。
1 双动力头钻孔机的成孔机理
双动力头钻孔机若按照动力头的工作方式分类常见的有两种，一种为双动力头可分离式，另一种则为双动力头不可分离式。无论双动力头是否可分离，双动力头钻孔机的成孔机理基本类似，两个动力头悬挂在桩架上，分别驱动外侧套管和内侧钻杆。两种情况最明显的不同就是如果两个动力头可分离则外套管和内钻杆可进行竖直方向的相对运动，这样的优势则为可根据施工工艺需要，内侧动力头与外侧动力头能同轴逆向旋转，使扭转反力自平衡，双动力头上下任意分离、相对运动、逆向旋转分别驱动内侧钻杆和外侧套管钻孔，适用于多种工法的施工。当内动力头带动钻杆钻进的同时外动力头驱动外套管反向旋转跟进，这样就可以达到护壁的目的，避免钻孔坍塌（尤其是在提钻时），又可纠偏保证垂直度，还有利于钻屑的排出，成孔精度高，施工速度快，能够应对各种复杂的地形。当然，如果两个动力头采用一个，双动力头钻孔机就可以像普通钻机一样进行施工。与普通长螺旋钻孔机相比，双动力头钻孔机克服了其输土速度与钻孔速度相矛盾的问题，一般长螺旋钻机施工时要实现快速输土，必然钻孔速度就要提高，因为钻头与负责输土的螺旋叶片是一个整体，但是钻头转速一旦提高扭矩就会下降，不利于钻机掘削钻进。双动力头钻孔机解决了这一矛盾问题，内动力头带动的内钻杆在外套管的存在下钻进时，可以提高速度向孔外进行输土，它也可以进行掘削，外动力头带动的外套管能够实现大扭矩的掘削钻进，两者同时施工，因而相对于已有钻机效率较高。若套管式螺旋钻机由可分离式的双动力头、高稳定性履带式桩架和先进的液压电气控制系统组成，配置套管螺旋钻及潜孔锤等组合钻具，就可进行多功能、多用途施工。特别是能在卵石、漂石层及坚硬岩石层等复杂地层高效率钻孔，成桩孔径、孔壁形状规整、质量好，垂直精度高，施工无泥浆污染；可解决大直径桩基础高效率打孔“入岩”的技术难题，克服泥浆对环境的严重污染。全液压驱动的动力头具有恒功率变量的动力性能、转速可随负载自动调整，输出扭矩大、过载能力强，比电动式动力头体积更小、重量更轻、工作更平稳。
2 双动力头钻孔机的施工工法
双动力头的存在，使钻孔机能够进行多种工法施工，例如CFA工法和CFG桩，可根据实际工况如地质条件、工作环境等的需求进行相应选择，实现一机多用。这样使得这种钻机正好满足未来发展的需求。
CFA工法是Continuous Flight Auger的简称，即螺旋钻机连续钻进和灌桩。通过钻杆内部空腔直接向钻孔内灌注混凝土，形成钻孔压注桩。CFA工法是一种地基处理方法，突出优点是功效高、机械化程度高、经济效益明显等。在适宜的施工环境中，施工效率为150～200m/d。适用于填土层、粘土层、砂土层、卵石层等。采用的主要设备为长螺旋钻机和砼泵及其它辅助设备，如搅拌机。该种工法在法国、英国、德国、美国流行较早，由于其突出的优点，目前在我国应用也较为广泛。
CFG桩在90年代后期以来以其施工速度快、质量易于控制、工期耗时短、工程造价低廉等优点，在国内、外发展迅速。CFG是水泥粉煤灰碎石桩英文缩写的简称，它是由水泥、碎石、粉煤灰、适量中粗砂加水按照一定的配合比搅拌形成的具有高粘结性强度的桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基，充分发挥了桩间土的承载能力。这种桩体的刚度在碎石桩和混凝土灌注桩之间，适用于多种土质地基的加固，包括粘性土、粉质土、淤泥质土等，尤其是软土地基，加固效果更为显著。另外从经济方面来讲，这种桩的成本较低，因而发展迅速。根据桩间疏密程度和承载力的不同，可分为长桩和短桩。
图2所示为双动力头钻孔机施工的工法1，此种工法为内动力头驱动内部的长螺旋钻杆，外动力头驱动外部的套管，图2从左到右依次表明，套管和长螺旋钻杆同时进行下钻工作，以相反方向逆向旋转。渣土、岩屑等在钻进时沿着钻杆上的螺旋叶片排出，外套管上留有排出孔。达到预定钻进深度后拔出钻杆和套管，向钻孔内下放钢筋笼，然后浇注混凝土，最后成桩。
双动力头钻孔机可制作钢管桩，如图4所示，钻到预定深度后，从长螺旋钻杆内部压注一定量的混凝土，在钢管底部形成混凝土桩头。然后由内动力头驱动的螺旋内钻杆拔出，外动力头驱动的钢管则留在钻孔内形成钢管桩。
若是遇到复杂地形，如地质中含有卵石、漂石甚至是坚硬岩石时，就可采用图5所示工法4。这种工法是在由内动力头驱动的螺旋钻杆下方连接一潜孔锤，外动力头驱动套管，它可跟进护壁，钻到预定深度后，拔出钻杆和潜孔锤，套管留在地下，向孔内下放钢筋笼，钢筋笼安放好后浇注混凝土，最后拔出钢管成桩。这样可使成孔的孔径、孔壁形状规整，桩身综合质量好，垂直精度高。如果双动力头输出扭矩大、组合钻具整体刚性高，就可以使得这类钻孔机不但能够在卵石层、岩石层快速钻孔外，还可以在倾斜基岩、废旧基础、残留地下建筑物等各种复杂条件下打孔和清除旧桩。
双动力头可使钻孔机形成图6所示的两种墙桩和图7所示的咬合桩。具体选择哪种依据现场的需求。图6墙桩是一个一个按顺序制作的，之间可有间隙或者是两个相邻桩之间相切。间隙的大小取决于土质情况和施工中对桩基础的要求。比较硬的土质本身的承载能力大，桩与桩之间的距离就应该适当增大些，在桩的间距之间可增加别的起到安全的措施。若桩相切，钻孔就有两种方式，间距足够时按顺序一个一个桩进行施工，间距不够时，先制作1、3、5等奇数位置的桩，大约两个小时后再制作2、4、6等偶数位置上的桩。对于图7所示咬合桩的制作顺序，先钻1、5、9等位置上的孔并灌注成桩，然后3、7、11位置上的，最后2、4、6等位置上的。
3总结
本章主要讲述由于双动力头的存在使钻孔机异于其它普通钻机的成孔机理和施工工法，通过阐述，清楚明白了双动力头钻孔机的一些特性。钻孔时双动力头分别驱动内部钻杆和外部套管，内侧动力头与外侧动力头能同轴逆向旋转，使扭转反力自平衡。当内动力头带动钻杆钻进的同时外动力头驱动外套管反向旋转跟进，这样就可以达到护壁的目的，避免钻孔坍塌，又可保证钻孔的垂直度。双动力头钻孔机的内动力头带动内钻杆进行掘削钻进时，由于外套管的存在，可以提高自身的转速，利于螺旋叶片向孔外进行输土，克服普通长螺旋钻机钻孔和输土时对螺旋钻具要求的限制。外动力头带动外套管，要克服孔壁的摩擦和粘滞阻力，因而扭矩比较大，内动力头带动内钻杆，输土和钻进，阻力相对小很多，因而扭矩小。内外动力头带动两种钻具同时施工，使钻孔精度高、输土速度快，因而相对于已有钻机效率较高。由于内部钻杆可与多种执行机构连接，因而有多种方式可供施工时选择，所以双动力头钻孔机就有多种施工工法，满足未来桩工机械发展的需求，实现一机多用。
通讯作者简介：赵伟民（1953—），男，辽宁省瓦房店，教授，博士后，研究领域桩工机械，黑龙江省大庆市高新技术开发区发展路199号，邮编163318。