成孔机是用于现场钻孔灌注桩施工的主要机械。灌注桩就是在预定桩位进行钻孔，或取土成孔，然后放置钢筋笼，并灌注混凝土，成为钢筋混凝土桩，如不放钢筋笼就灌注混凝土，就是混凝土桩。其特点是取土成孔灌注，施工过程无噪声、无振动，不受地质等条件限制。因此，在各种建设工程中得到广泛应用。

1.分类

目前常用的成孔机械有长螺旋钻孔机、短螺旋钻孔机、套管式钻机、回转式钻孔机、潜水钻孔机和冲击式钻孔机等。

2.基本构造

（1）螺旋钻孔机

螺旋钻孔机工作原理与麻花钻相似，钻具旋转，钻具的钻头刃口切削土壤，它与桩架配合使用，分长螺旋钻孔机和短螺旋钻孔机两种。

1）长螺旋钻孔机

长螺旋钻孔机由履带桩架和长螺旋钻孔器组成。适合于地下水位较低的黏土及砂土层施工。

图2-29长螺旋钻孔机

长螺旋钻孔器由动力头２、钻杆４、下部导向器５和钻头６等组成，如图2-30所示。钻孔器通过滑轮组１悬挂在桩架上。钻孔器的升降、就位由桩架控制。为使钻杆钻进时的稳定和准确性，在钻杆下部装有导向器５。导向圈固定在桩架立柱上。

图2-30长螺旋钻孔器结构示意图

１滑轮组；２动力头；３连接法兰；４钻杆；５下部导向器；６钻头；７导向卡爪；８稳定器固定座

动力头：动力头是螺旋钻机的驱动装置，有电动机驱动和液压驱动两种方式。由电动机（或液压马达）和减速器组成。国外多用液压马达驱动，液压马达自重轻，调速方便。螺旋钻机应用较多的为单动单轴式，由液压马达通过行星减速器（或电动机通过减速器）传递动力。此种钻机动力头传动效率高，传动平稳，其结构外形及传动如图2-31所示。

ａ）液压式动力头；ｂ）电动式动力头

１液压马达；２行星齿轮减速器；３电动机；４齿轮减速器；５输出轴；６连接盘

图2-31单动单轴式动力头

钻杆：钻杆在作业中传递转矩，使钻头切削土层，同时将切下来的泥土通过钻杆输送到地面。钻杆是一根焊有连续螺旋叶片的钢管，长螺杆的钻杆分段制作，钻杆与钻杆的连接可采用阶梯法兰连接，也可用六角套筒并通过锥销连接。螺旋叶片的外径比钻头直径小２０～３０ｍｍ，这样可减少螺旋叶片与孔壁的摩擦阻力。螺旋叶片的螺距约为螺旋叶片直径的０．６～０．７倍。

长螺旋钻孔机钻孔时，孔底的土沿着钻杆的螺旋叶片上升，把土卸于钻杆周围的地面上，或通过出料斗卸于翻斗车等运输工具运走。它的切土和排土都是连续的，成孔速度较快，但长螺旋的孔径一般小于１ｍ，深度不超过２０ｍ。

钻头：钻头用于切削土层，钻头的直径与设计的桩孔直径一致，考虑到钻孔的效率，适应不同地层的钻孔需要，应配备各种不同的钻头，如图2-32所示。

图2-32长螺旋钻头形式

ａ．双翼尖底钻头；ｂ．平底钻头；ｃ．耙齿钻头；ｄ．筒式钻头

图ａ）为双翼尖底钻头是最常用的一种，在翼边上焊有硬质合金刀片，可用来钻硬黏土或冻土。图ｂ）为平底钻头，适用于松散土层。在双螺旋切削刃带上有耙齿式切削片，耙齿上焊有硬质合金刀片。图ｃ）为耙齿钻头，适用于有砖块瓦块的杂填土层。图ｄ）为筒式钻头，适用于钻混凝土块、条石等障碍物。每次钻取厚度小于筒身高度，钻进时应加水冷却，这种钻头有些类似取岩心的勘探钻头。

下部导向器：长螺旋钻机由于钻杆长，为了使钻杆施钻时稳定和初钻时插钻的正确性，在下部安装导向器。而导向器基本上固定在桩架立柱的最低处。

目前，新型的长螺旋杆钻孔机的钻孔器采用中空形，在钻孔器当中有上下贯通的垂直孔，它可以在钻孔完成后，从钻孔器的孔中，直接从上面浇灌混凝土。一边浇灌，一边缓慢地提升钻杆。这样有助于孔壁稳定，减少坍孔，提高灌注桩的质量。

2）短螺旋钻孔机

短螺旋钻机与长螺旋杆钻孔机相比差异主要在钻杆。短螺旋杆钻的钻头一般只有２～３个螺旋叶片，叶片直径要比长螺旋钻机大得多，如图所示。使用加长钻杆，钻孔深度大大增加。

工作时，动力头带动钻杆转动，钻杆底部的螺旋部位正转切土，钻头逐渐下钻，当叶片中的土基本塞满后，用卷扬机提拉动力头把螺旋钻头提出孔面，然后桩架回转一个角度，短螺旋反向旋转，将螺旋叶片上的碎土甩到地面上。短螺旋钻的转速要比长螺旋钻机转速低，钻进转速一般在４０ｒ／ｍｉｎ以下，甩土时，钻杆高速反转。因此，短螺旋钻机大多有两种转速。

由于短螺旋钻孔机钻孔和出土是断续的，工作效率较低。但钻孔的直径和深度大，钻孔的直径超过２ｍ，钻孔深度可达１００ｍ，应用较为广泛。

图2-33短螺旋杆钻头

ａ．岩心螺旋钻头；ｂ．双刃螺旋钻头；ｃ．单刃螺旋钻头

3）回转斗成孔机

回转斗成孔机由伸缩钻杆１、回转斗驱动装置２、回转斗３、支撑架４和履带桩架５等组成，图2-34所示。

也可将短螺旋钻头换成回转斗即可成为回转斗钻孔机。回转斗是一个直径与桩径相同的圆斗，斗底装有切土刀，斗内可容纳一定量的土。回转斗与伸缩钻杆连接，它由液压马达驱动。工作时，落下钻杆，使回转斗旋转并与土壤接触，回转斗依靠自重（包括钻杆的重量）切削土壤，即可进行钻孔作业。斗底刀刃切土时将土装入斗内。装满斗后，提起回转斗，上车回转，打开斗底把土卸入运输工具内，再将钻斗转回原位，放下回转斗，进行下一次钻孔作业。

图2-34回转斗成孔机

１.伸缩钻杆；２.回转斗驱动装置；３.回转斗；４.支撑架；５.履带桩架

回转斗成孔机可根据土壤的不同选择回转钻头，如图2-35图中，ａ）适合钻硬土；图ｂ）适合钻软土；图ｃ）不带斗底，适合钻岩石。

为了防止坍孔，也可以用全套管成孔机作业。这时可把套管摆动装置与桩架底盘固定。利用套管摆动装置将套管边摆动边压入，回转斗则在套管内作业。灌注桩完成后可把套管拔出，套管可重复使用。回转斗成孔的直径现已可达３ｍ，钻孔深度因受伸缩钻杆的限制，一般只能达５０ｍ左右。

图2-35回转斗结构

ａ．带底双刃回转钻头；ｂ．带底双刃回转钻头；ｃ．岩心回转钻头

回转斗成孔机的缺点是钻进速度低，工效不高，因为要频繁地进行提起、落下、切土和卸土等动作，而每次钻出的土量又不大。在孔深较大时，钻进效率更低。但它可适用于碎石土、砂土、黏性土等地层的施工，地下水位较高的地区也能使用。

4）全套管钻机

全套管钻机主要用于大型建筑桩基础的施工。施工时在成孔的过程中一面下沉钢质套管，一面在钢管中抓挖黏土或砂石，直至钢管下沉到设计深度，成孔后灌注混凝土，同时逐步将钢管拔出。由于它工作可靠，在成孔桩施工中广泛应用。

ａ．整体式ｂ．分体式

图2-36全套管钻机

全套管钻机按结构分为整机式和分体式两大类，如图2-37所示。

图2-37全套管钻机结构图

ａ．整体式全套管钻机；ｂ．分体式套管钻机

１履带主机；２落锤式抓斗；３钻架；４套管作业装置；５导向口；６套管；７独立摇动式钻机；８履带起重机

图ａ）为整机式全套管钻机，以履带式底盘为行走系统，将动力系统、钻机作业系统等合为一体。分体式是以压拔管机构作为一个独立系统，施工时必须配备机架（如履带起重机），才能进行钻孔作业。分体式由于结构简单，又符合一机多用的原则，目前已广泛采用。

图 ｂ）为分体式套管钻机，由履带起重机１、锤式冲抓斗２、套管作业装置４和独立摇动式钻机７等组成。冲抓斗悬挂在桩架上，钻机与桩架底盘固定。独立摇动式钻机结构如图４９所示，由导向及纠偏机构４、摆动（或旋转）装置７、夹击机构８、夹紧油缸９、压拔管油缸６和底架１０等组成。

抓斗成孔机用全套管钻机，施工中在给套管加压的同时使其摆动或旋转，迫使套管下沉，然后用冲抓斗取出套管下端的土。套管采用摆动或旋转方法，可以大大减少土与套管间的摩擦力。冲抓斗在初始状态时，呈张开状态。放松卷扬机，冲抓斗以自由落体方式向套管内落下插入土中，用钢丝绳提升动滑轮，抓斗片即通过与动滑轮相连接的连杆，使其抓斗片合拢。卷扬机继续收缩，冲抓斗被提出套管。桩机回转，松开卷扬机，动滑轮靠自重下滑，带动专用钢绳向下，使抓斗片打开卸土。冲抓斗有二瓣式和三瓣式。二瓣式适用于土质松软的场合，抓土较多；三瓣式适用于硬土层，抓土较少。

图2-38独立摇动式套管钻机

１连接座；２纠偏油缸；３导向口；４导向及纠偏机构；５套管；６压拔管油缸；７摆动（或旋转）装置；８夹击机构；９夹紧油缸；１０底架；１１专用钢丝绳；１２导向器；１３连接圆杆；１４抓斗

钻机所用套管一般分１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍ、６ｍ等不同的长度。套管之间采用径向的内六角螺母连接，如图５０所示。成孔后，放入钢筋笼，在灌注混凝土的同时逐节拔出并拆除套管，最后将套管全部取尽。

图2-39套管施工法几个程序

ａ）插入套管；ｂ）开始挖掘、晃动和加压套管；ｃ）连接套管；ｄ）插入钢筋笼；ｅ）插入导管、灌注混凝土；ｆ）灌注的同时拔出套管与导管，直到灌注完成冲抓斗成孔机工作时噪声、振动均较小，适应的地层范围广。由于采用套管，可在软地基上施工，孔口不易坍方。桩径能从０．６～２．５ｍ范围内选择，桩深最大可达５０ｍ，桩的承载能力较高，但成孔速度也较慢。

3.常见设备

1、螺旋式钻孔机
2、冲抓成孔机
3、冲吸成孔机
4、潜水钻孔机
5、牙轮钻孔机
6、锚杆钻孔机
7、组合式成孔机