成孔機是用于現場鉆孔灌注樁施工的主要機械。灌注樁就是在預定樁位進行鉆孔，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。其特點是取土成孔灌注，施工過程無噪聲、無振動，不受地質等條件限制。因此，在各種建設工程中得到廣泛應用。

1.分類

目前常用的成孔機械有長螺旋鉆孔機、短螺旋鉆孔機、套管式鉆機、回轉式鉆孔機、潛水鉆孔機和沖擊式鉆孔機等。

2.基本構造

（1）螺旋鉆孔機

螺旋鉆孔機工作原理與麻花鉆相似，鉆具旋轉，鉆具的鉆頭刃口切削土壤，它與樁架配合使用，分長螺旋鉆孔機和短螺旋鉆孔機兩種。

1）長螺旋鉆孔機

長螺旋鉆孔機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

長螺旋鉆孔器由動力頭２、鉆桿４、下部導向器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。為使鉆桿鉆進時的穩定和準確性，在鉆桿下部裝有導向器５。導向圈固定在樁架立柱上。

圖2-30  長螺旋鉆孔器結構示意圖

１滑輪組；２動力頭；３連接法蘭；４鉆桿；５下部導向器；６鉆頭；７導向卡爪；８穩定器固定座

動力頭：動力頭是螺旋鉆機的驅動裝置，有電動機驅動和液壓驅動兩種方式。由電動機（或液壓馬達）和減速器組成。國外多用液壓馬達驅動，液壓馬達自重輕，調速方便。螺旋鉆機應用較多的為單動單軸式，由液壓馬達通過行星減速器（或電動機通過減速器）傳遞動力。此種鉆機動力頭傳動效率高，傳動平穩，其結構外形及傳動如圖2-31所示。

ａ）液壓式動力頭；ｂ）電動式動力頭

１液壓馬達；２行星齒輪減速器；３電動機；４齒輪減速器；５輸出軸；６連接盤

圖2-31 單動單軸式動力頭

鉆桿：鉆桿在作業中傳遞轉矩，使鉆頭切削土層，同時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。

長螺旋鉆孔機鉆孔時，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輸工具運走。它的切土和排土都是連續的，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，鉆頭的直徑與設計的樁孔直徑一致，考慮到鉆孔的效率，適應不同地層的鉆孔需要，應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，鉆進時應加水冷卻，這種鉆頭有些類似取巖心的勘探鉆頭。

下部導向器：長螺旋鉆機由于鉆桿長，為了使鉆桿施鉆時穩定和初鉆時插鉆的正確性，在下部安裝導向器。而導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的鉆孔器采用中空形，在鉆孔器當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。這樣有助于孔壁穩定，減少坍孔，提高灌注樁的質量。

2）短螺旋鉆孔機

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

工作時，動力頭帶動鉆桿轉動，鉆桿底部的螺旋部位正轉切土，鉆頭逐漸下鉆，當葉片中的土基本塞滿后，用卷揚機提拉動力頭把螺旋鉆頭提出孔面，然后樁架回轉一個角度，短螺旋反向旋轉，將螺旋葉片上的碎土甩到地面上。短螺旋鉆的轉速要比長螺旋鉆機轉速低，鉆進轉速一般在４０ｒ／ｍｉｎ以下，甩土時，鉆桿高速反轉。因此，短螺旋鉆機大多有兩種轉速。

由于短螺旋鉆孔機鉆孔和出土是斷續的，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１００ｍ，應用較為廣泛。

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）回轉斗成孔機

回轉斗成孔機由伸縮鉆桿１、回轉斗驅動裝置２、回轉斗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斗即可成為回轉斗鉆孔機。回轉斗是一個直徑與樁徑相同的圓斗，斗底裝有切土刀，斗內可容納一定量的土。回轉斗與伸縮鉆桿連接，它由液壓馬達驅動。工作時，落下鉆桿，使回轉斗旋轉并與土壤接觸，回轉斗依靠自重（包括鉆桿的重量）切削土壤，即可進行鉆孔作業。斗底刀刃切土時將土裝入斗內。裝滿斗后，提起回轉斗，上車回轉，打開斗底把土卸入運輸工具內，再將鉆斗轉回原位，放下回轉斗，進行下一次鉆孔作業。

   圖2-34  回轉斗成孔機

１.伸縮鉆桿；２.回轉斗驅動裝置；３.回轉斗；４.支撐架；５.履帶樁架

回轉斗成孔機可根據土壤的不同選擇回轉鉆頭，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作業。這時可把套管擺動裝置與樁架底盤固定。利用套管擺動裝置將套管邊擺動邊壓入，回轉斗則在套管內作業。灌注樁完成后可把套管拔出，套管可重復使用。回轉斗成孔的直徑現已可達３ｍ，鉆孔深度因受伸縮鉆桿的限制，一般只能達５０ｍ左右。

圖2-35  回轉斗結構

ａ．帶底雙刃回轉鉆頭；ｂ．帶底雙刃回轉鉆頭；ｃ．巖心回轉鉆頭

回轉斗成孔機的缺點是鉆進速度低，工效不高，因為要頻繁地進行提起、落下、切土和卸土等動作，而每次鉆出的土量又不大。在孔深較大時，鉆進效率更低。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也能使用。

4）全套管鉆機

全套管鉆機主要用于大型建筑樁基礎的施工。施工時在成孔的過程中一面下沉鋼質套管，一面在鋼管中抓挖黏土或砂石，直至鋼管下沉到設計深度，成孔后灌注混凝土，同時逐步將鋼管拔出。由于它工作可靠，在成孔樁施工中廣泛應用。

ａ．整體式                 ｂ．分體式

圖2-36 全套管鉆機

全套管鉆機按結構分為整機式和分體式兩大類，如圖2-37所示。

圖2-37 全套管鉆機結構圖

ａ．整體式全套管鉆機；ｂ．分體式套管鉆機

１履帶主機；２落錘式抓斗；３鉆架；４套管作業裝置；５導向口；６套管；７獨立搖動式鉆機；８履帶起重機

圖ａ）為整機式全套管鉆機，以履帶式底盤為行走系統，將動力系統、鉆機作業系統等合為一體。分體式是以壓拔管機構作為一個獨立系統，施工時必須配備機架（如履帶起重機），才能進行鉆孔作業。分體式由于結構簡單，又符合一機多用的原則，目前已廣泛采用。

圖 ｂ）為分體式套管鉆機，由履帶起重機１、錘式沖抓斗２、套管作業裝置４和獨立搖動式鉆機７等組成。沖抓斗懸掛在樁架上，鉆機與樁架底盤固定。獨立搖動式鉆機結構如圖４９所示，由導向及糾偏機構４、擺動（或旋轉）裝置７、夾擊機構８、夾緊油缸９、壓拔管油缸６和底架１０等組成。

抓斗成孔機用全套管鉆機，施工中在給套管加壓的同時使其擺動或旋轉，迫使套管下沉，然后用沖抓斗取出套管下端的土。套管采用擺動或旋轉方法，可以大大減少土與套管間的摩擦力。沖抓斗在初始狀態時，呈張開狀態。放松卷揚機，沖抓斗以自由落體方式向套管內落下插入土中，用鋼絲繩提升動滑輪，抓斗片即通過與動滑輪相連接的連桿，使其抓斗片合攏。卷揚機繼續收縮，沖抓斗被提出套管。樁機回轉，松開卷揚機，動滑輪靠自重下滑，帶動專用鋼繩向下，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 獨立搖動式套管鉆機

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

鉆機所用套管一般分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逐節拔出并拆除套管，最后將套管全部取盡。

圖2-39  套管施工法幾個程序

ａ）插入套管；ｂ）開始挖掘、晃動和加壓套管；ｃ）連接套管；ｄ）插入鋼筋籠；ｅ）插入導管、灌注混凝土；ｆ）灌注的同時拔出套管與導管，直到灌注完成沖抓斗成孔機工作時噪聲、振動均較小，適應的地層范圍廣。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范圍內選擇，樁深最大可達５０ｍ，樁的承載能力較高，但成孔速度也較慢。

3.常見設備

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