一种岩溶地层成桩施工方法与流程

1.本发明涉及溶洞地层桩基施工方法技术领域，具体涉及一种岩溶地层成桩施工方法。


背景技术：

2.在桩基工程中常遇到所属工程范围内存在大量岩溶地层，针对复杂岩溶地区的钻孔灌注桩的施工，现有成桩过程的岩溶处理方式主要有混凝土回填法、钢护筒跟进法、注浆法等处理方法，水泥砂浆或混凝土回填法处理成本高且二次处理困难，钢护筒跟进除成本高昂外，施打工艺复杂且硬岩地质适用性差，注浆法受裂隙分布广、探测困难的影响可操作性差且不经济，无法适应桩基间距较近、裂隙分布广、局部岩溶发育严重的地层。
3.申请公布号为cn201911409994.1的中国发明专利申请公开了一种溶洞地层桩基施工方法，该方法要求先将溶洞相连接的一组桩孔统一钻进至溶洞底，统一回填，相互之间充分压实。该施工方法存在以下问题：一方面，同一区域内大多数桩孔间大概率存在溶隙连通，统一成孔及回填在耽误工期的同时无法满足公路桥涵施工技术规范(jtg/t 3650-2020)桩基跳孔作业的要求，施工局限性明显，另一方面，岩溶地层一般裂隙分布广，小溶洞及岩溶裂隙难以全部探明，难以解决岩溶地层易渗漏、串孔等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种岩溶地层成桩施工方法。
5.本发明提供一种岩溶地层成桩施工方法，包括以下步骤：
6.s1、对施工区域进行地质勘察；
7.s2、根据桩孔位置地质情况确定钢护筒深度并埋设钢护筒；
8.s3、钻孔形成第一桩孔，清理第一桩孔直至达到沉渣要求；
9.s4、钻孔形成第二桩孔，同时在第一桩孔中吊放钢筋笼；
10.s5、对第二桩孔进行反压封堵，对第一桩孔进行混凝土灌注；
11.s6、对第二桩孔进行二次钻孔，清理第二桩孔直至达到沉渣要求；
12.s7、在第二桩孔中吊放钢筋笼、灌注混凝土，同时进行下一个桩孔的钻进。
13.该施工方法通过对第二桩孔进行反压封堵，使得对第一桩孔进行混凝土灌注时，混凝土浆液只能将连通第二桩孔和第一桩孔的岩溶裂隙填充，难以进入第二桩孔中，避免了水泥浆或混凝土会通过狭窄的岩溶裂隙流至正在施工的第二桩基中，即避免了相邻桩孔之间的串孔，解决了小溶洞及岩溶裂隙难以全部探明或处理的问题，并且减小了灌注的混凝土中水泥浆或水的流失，保证了灌注的混凝土配合比基本不受影响，使得桩基质量较好。此外，第一桩孔的钻进和回填与第二桩孔的成桩可同步施工，加快了施工进度。
14.进一步地，所述步骤s5中，利用钻渣对第二桩孔进行反压封堵。
15.通过对钻渣的重复利用，减少了钻渣临时堆存空间，减少了传统桩基施工方式中资源浪费及对环境的影响，减少了施工中能源消耗及碳排放量。此外，利用钻渣回填第二钻
孔，二次钻进较为容易，施工速度较快。
16.进一步地，所述步骤s5中，去除钻渣中的大粒径钻芯，选择钻渣中的粘土、石屑及块石混合物对第二桩孔进行反压封堵直至孔口。
17.由于粘土、石屑及块石混合物易混合均匀，使用钻渣中的粘土、石屑及块石混合物对第二桩孔进行反压封堵，提高了对岩溶裂隙的封堵效果，有利于避免避免相邻桩孔之间的串孔。
18.进一步地，所述步骤s5中，对第二桩孔进行反压封堵时，逐段回填并利用钻头压力挤密，以保证封堵效果。
19.对第二桩孔进行反压封堵时，采用逐段回填逐段挤密的方式能够进一步提高对岩溶裂隙的封堵效果。
20.进一步地，若第二桩孔采用湿法钻进成孔且第一桩孔和第二桩孔之间存在大尺寸的岩溶裂隙，则在对第一桩孔进行混凝土灌注之前再次对第一桩孔进行清理直至达到沉渣要求。
21.湿法钻进成孔过程中为了防止泥浆将第二桩孔中的沉渣带入第一桩孔中，对第一桩孔的成桩质量造成影响，通过再次对第一桩孔进行清理可以避免上述问题。
22.进一步地，若在钻孔形成桩孔的过程中发生孔口坍塌或钢护筒部分悬空或钢护筒变位的情况，则提起钢护筒，利用钻渣与水泥的混合物回填桩孔，并重新埋设钢护筒，再次钻孔。
23.回填桩孔时可以使用钻渣作为部分回填料，相对于全部回填混凝土的主要优势在于成本低且二次钻进不受回填材料强度约束，既解决了孔口地层坍塌的问题，而且使用该方法施工速度较快。
24.进一步地，若在钻孔形成桩孔的过程中发现大尺寸溶腔，则利用混凝土对溶腔进行回填，混凝土达到设计强度后再进行该处的钻孔。
25.钻孔过程中发现了未探明的溶腔应对溶腔进行回填再施工桩孔。
26.进一步地，所述步骤s1包括：采用超前钻探、地质雷达的方式探明溶洞位置、溶洞直径、溶洞深度。
27.进一步地，所述大粒径钻芯的直径大于20cm。
28.大粒径钻芯的尺寸范围最大可达2～3m，最小应控制在20cm以上。
29.进一步地，大尺寸的岩溶裂隙的宽度大于2cm。
30.大尺寸的岩溶裂隙要达到2cm以上，而且是整个连通线路上都达到2cm以上，才会存在串孔影响沉渣。
31.本发明的有益效果为：
32.1、本发明采用钻渣反压第二桩孔以封堵岩溶裂隙，施工处理快速，解决了常规方式小溶洞及岩溶裂隙难以全部探明或处理的难题，避免了灌注第一桩孔时混凝土直接通过岩溶裂隙进入第二桩孔。
33.2、本发明保证了灌注混凝土配合比基本不受影响，且对钻渣进行二次成孔不受回填材料强度约束，施工质量不受影响。
34.3、本发明通过对钻渣的重复利用，减少钻渣临时堆存空间，减少传统桩基施工方式中资源浪费及对环境的影响，减少了施工中能源消耗及碳排放量。
35.4、本发明能满足岩溶地质桩基干法、湿法各类作业要求，拓展了孔口地层易坍塌段的处理方法，尤其适用于岩溶地质群桩基础干法施工。
附图说明
36.图1为本发明第一桩孔钻进时的结构示意图；
37.图2为本发明第一桩孔灌注混凝土后的结构示意图；
38.图3为本发明第二桩孔反压封堵后再次钻进时的结构示意图；
39.图4为本发明第二桩孔灌注混凝土后的结构示意图。
40.附图标记：钢护筒1；第一桩孔2；第二桩孔3；钻渣4；岩溶裂隙5；旋挖钻6。
具体实施方式
41.为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
42.目前常规岩溶处理方式受地质勘察精度及成本的影响，仅单一考虑各桩基成孔过程发现的较大溶腔进行处理，针对多桩同时施工由于岩溶地质裂隙分布广所导致的桩孔间串孔的问题，无法解决混凝土灌注过程的水泥浆甚至混凝土会通过狭窄的岩溶裂隙5流至另一侧正在施工的桩基中，影响施工质量及效率；由于岩溶地区小溶腔、小裂隙分布复杂，桩基施工平台下部地层承载力存在不确定性，加之施工过程中如钻孔对地层，尤其是孔口地层的扰动较大，易导致上部地层不稳定或坍塌，而混凝土回填法等传统处理方式难以快速、高效处理。
43.本实施例提出一种岩溶地层成桩施工方法，包括以下步骤：
44.s1、采用超前钻探、地质雷达等方式探明溶洞位置、溶洞直径、溶洞深度。
45.s2、进行桩基作业平台的施工，确定合理钻孔顺序并编号，根据桩孔位置地质情况确定钢护筒1深度并在桩孔的孔口埋设钢护筒1；钢护筒1埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，在粘土中不小于1.0m，沙土中不宜小于1.5m，一般情况埋置深度宜为2～4m，钢护筒1能保证钻孔和灌注混凝土的顺利进行。
46.s3、采用旋挖钻6进行钻孔，钻机按设计要求在地面内钻孔形成第一桩孔2，清理第一桩孔2直至达到沉渣要求；沉渣要求为：1.对端承型桩，沉渣厚度不应大于50mm，2.对摩擦型桩，沉渣厚度不应大于100mm，3.对抗拔、抗水平力桩，沉渣厚度不应大于200mm。将钻进过程的钻渣4预留，利用挖机、吊车等去除粒径过大的钻芯，保留粘土、石屑及块石混合物。大粒径钻芯及时利用运输车运至指定弃土场，如图1所示，硬岩地质钻渣中部分钻芯的直径和高度最大均可达几米，为了避免过大粒径钻芯的无法与黏土、石屑等混合均匀影响后续回填的效果，因此需要提前去除粒径过大的钻芯，一般地直径或高度为20cm以上的钻芯都可以去除。
47.s4、移动钻机至第二桩孔3的位置开始钻进，形成第二桩孔3，同时在第一桩孔2中吊放钢筋笼，安装钢筋笼下放架辅助钢筋笼下放至第一桩孔2内。同样地，将钻进过程的钻渣4预留，利用挖机、吊车等去除粒径过大的钻芯，保留粘土、石屑及块石混合物。
48.若第二桩孔3采用湿法钻进成孔且第一桩孔2和第二桩孔3之间存在大尺寸的岩溶
裂隙5，那么第二桩孔3钻进过程中水泥浆很可能将沉渣通过岩溶裂隙5带入第一桩孔2中，使得第一桩孔2无法满足沉渣要求，因此在对第一桩孔2进行混凝土灌注之前需要检查第一桩孔2的沉渣厚度，若不满足沉渣要求则再次对第一桩孔2进行清理直至达到沉渣要求，从而保证第一桩孔2中的桩基质量，上述的大尺寸的岩溶裂隙5的尺寸以混凝土、水泥浆是否可以渗透岩溶裂隙5造成串孔为准，具体与混凝土浓度有密切关系，一般地，大尺寸的岩溶裂隙5要达到2cm以上，而且是整个连通线路上的裂隙都达到，才能存在水泥浆、碎细渣串孔影响沉渣。干法钻进成孔则不会出现上述现象。
49.需要说明的是，在进行第一桩孔2和第二桩孔3的钻进过程中，若发现存在大尺寸溶腔，则利用混凝土对溶腔进行回填，混凝土达到设计强度后再进行该处的钻孔，一般溶腔的直径达到一米以上都需要处理。
50.s5、如图2所示，利用从钻渣4中筛选出来的粘土、石屑及块石混合物对第二桩孔3进行反压封堵，采用逐段回填逐段挤密的方式，即回填一段并利用钻头挤密再进行下一段的回填；对第二桩孔3完成反压封堵后，对第一桩孔2进行混凝土灌注，注入第一桩孔2的混凝土部分会流向岩溶裂隙5，由于第二桩孔3已经被钻渣4反压封堵，混凝土无法流入第二桩孔3，从而避免了串孔，也能够提高第一桩孔2的成桩质量。
51.粘土、石屑及块石混合物具体比例以封堵效果达到最佳为准。
52.图2中仅示意了连通第一桩孔2和第二桩孔3的岩溶裂隙5，虽然注入第一桩孔2的混凝土部分会流向其他岩溶裂隙5，但是混凝土流动性有限，流入其他岩溶裂隙5的混凝土量较少，对第一桩孔2的影响较小。
53.s6、如图3所示，利用钻机对第二桩孔3进行二次钻孔，清理第二桩孔3直至达到沉渣要求；
54.s7、在第二桩孔3中吊放钢筋笼，同时进行第三桩孔的钻进。待第三桩孔钻进完成并进行了反压封堵后，对第二桩孔3灌注混凝土，如图4所示。同样地第三桩孔的钻进过程中，预留钻渣4。
55.重复上述步骤，直至完成所有桩孔作业。
56.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：s1、对施工区域进行地质勘察；s2、根据桩孔位置地质情况确定钢护筒(1)深度并埋设钢护筒(1)；s3、钻孔形成第一桩孔(2)，清理第一桩孔(2)直至达到沉渣要求；s4、钻孔形成第二桩孔(3)，同时在第一桩孔(2)中吊放钢筋笼；s5、对第二桩孔(3)进行反压封堵，对第一桩孔(2)进行混凝土灌注；s6、对第二桩孔(3)进行二次钻孔，清理第二桩孔(3)直至达到沉渣要求；s7、在第二桩孔(3)中吊放钢筋笼，同时进行下一个桩孔的钻进。2.根据权利要求1所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：所述步骤s5中，利用钻渣(4)对第二桩孔(3)进行反压封堵。3.根据权利要求2所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：所述步骤s5中，去除钻渣(4)中的大粒径钻芯，选择钻渣(4)中的粘土、石屑及块石混合物对第二桩孔(3)进行反压封堵直至孔口。4.根据权利要求2或3所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：所述步骤s5中，对第二桩孔(3)进行反压封堵时，逐段回填并利用钻头压力挤密，以保证封堵效果。5.根据权利要求1所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：若第二桩孔(3)采用湿法钻进成孔且第一桩孔(2)和第二桩孔(3)之间存在大尺寸的岩溶裂隙(5)，则在对第一桩孔(2)进行混凝土灌注之前检查第一桩孔(2)的沉渣厚度，若不满足沉渣要求则再次对第一桩孔(2)进行清理直至达到沉渣要求。6.根据权利要求1所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：若在钻孔形成桩孔的过程中发生孔口坍塌或钢护筒(1)部分悬空或钢护筒(1)变位的情况，则提起钢护筒(1)，利用钻渣(4)与水泥的混合物回填桩孔，并重新埋设钢护筒(1)，再次钻孔。7.根据权利要求1所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：若在钻孔形成桩孔的过程中发现大尺寸溶腔，则利用混凝土对溶腔进行回填，混凝土达到设计强度后再进行该处的钻孔。8.根据权利要求1所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：所述步骤s1包括：采用超前钻探、地质雷达的方式探明溶洞位置、溶洞直径、溶洞深度。9.根据权利要求3所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：所述大粒径钻芯的直径大于20cm。10.根据权利要求5所述的岩溶地层成桩施工方法，其特征在于：大尺寸的岩溶裂隙(5)的宽度大于2cm。

技术总结
本发明提供一种岩溶地层成桩施工方法，包括以下步骤：S1、对施工区域进行地质勘察；S2、根据桩孔位置地质情况确定钢护筒深度并埋设钢护筒；S3、钻孔形成第一桩孔，清理第一桩孔直至达到沉渣要求；S4、钻孔形成第二桩孔，同时在第一桩孔中吊放钢筋笼；S5、对第二桩孔进行反压封堵，对第一桩孔进行混凝土灌注；S6、对第二桩孔进行二次钻孔，清理第二桩孔直至达到沉渣要求；S7、在第二桩孔中吊放钢筋笼、灌注混凝土，同时进行下一个桩孔的钻进。该施工方法通过对第二桩孔进行反压封堵，使得对第一桩孔进行混凝土灌注时，混凝土浆液只能将连通第二桩孔和第一桩孔的岩溶裂隙填充，难以进入第二桩孔中，即避免了相邻桩孔之间的串孔。即避免了相邻桩孔之间的串孔。即避免了相邻桩孔之间的串孔。


技术研发人员：丰逍野 陈成 刘宁波 周舒 刘康 吴宗燃 袁超 张照川 石万波 李涛 薛绍 安晨辉 康彦生
受保护的技术使用者：中交第二航务工程局有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/25