CN106013177A - 一种桩基成孔钻遇岩溶的处理方法及封堵结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桩基成孔钻遇岩溶的处理方法及封堵结构，在孔内溶洞位置预先回填一部分岩屑，然后使化学浆液水玻璃与砼中的水泥发生快速化学反应，加速其硬化过程，同时利用大体积的物体及网状联接物形成交联结构，对硬化过程中的砼产生一定的保护和牵拉固定作用，使砼在孔桩内溶洞及其外围较小范围内充填并快速形成硬化固结体，形成封堵效果。本发明的适于混凝土灌注桩桩基成孔中，钻遇岩溶水流速较高的岩溶管道或孔桩侧壁发育较大溶洞，采用混凝土灌注超方严重的条件下使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于桩基在可溶岩地层成孔施工中，钻遇大流速管道型岩溶或孔桩周边发育深大溶洞时进行封堵处理的一种技术，属于桩基施工溶洞封堵成孔技术领域。
背景技术
我国西南地区岩溶极其发育。在岩溶地区市政领域桩基成孔中，目前大量采用旋挖钻成孔技术。旋挖钻在钻遇岩溶时，会出现掉钻、塌孔等，现场通常采用灌注混凝土进行处理。但在钻遇大流速岩溶管道或较大溶洞时，灌注的混凝土往往超方严重，造成成本增加，如图1和图2所示。
目前在岩溶地区桩基成孔过程中钻遇岩溶时，主要采用混凝土封堵法、钢护筒封隔法，以及在堵漏止水方面应用的模袋灌浆法和化学灌浆法。对大流速岩溶管道或较大溶洞，使用混凝土封堵法往往灌注量超方严重，成本较大且效果较差；对钢护筒封隔法由于钢护筒无法回收且现场施工工艺复杂，使用并不多见；模袋灌浆对土工布袋的缝合、现场灌浆设备及工艺均有一定要求，另外模袋对水泥浆液在溶洞中的体积外扩存在制约，旋挖钻在钻穿该段固结体后，其密封性及强度均较难得到保障，管道水可通过结石体与缝壁之间的间隙继续流向桩体，造成灌注混凝土时发生离析；化学灌浆法施工工艺较复杂，对浆液凝固时间控制要求高，且化灌材料多对环境存在污染。
发明内容
本发明的目的在于为了解决现有技术中旋挖钻成孔时存在的问题，提供一种桩基成孔钻遇岩溶的处理方法及封堵结构。
本发明是这样实现的：在孔内溶洞位置预先回填一部分岩屑，然后使化学浆液水玻璃与砼中的水泥发生快速化学反应，加速其硬化过程，同时利用大体积的物体及网状联接物形成交联结构，对硬化过程中的砼产生一定的保护和牵拉固定作用，使砼在孔桩内溶洞及其外围较小范围内充填并快速形成硬化固结体，形成封堵效果。
该方法包括如下步骤：
步骤1：将若干个装满20%浓度的水玻璃的塑料壶，用塑料绳将各塑料壶口进行串联在一起，并装入网状针织袋，并封口扎住，形成溶洞封堵组合体；
步骤2：将孔口挖桩产生的岩屑及碎块石使用旋挖钻回填至孔内；
步骤3：在孔内回填碎屑体逐步下沉至溶洞顶板位置时，通过砼泵向孔内泵入砼；
步骤4：待孔内砼面下沉至溶洞顶部以上1m高度处时，将溶洞封堵组合体放入到孔内砼面；
步骤5：下入旋挖钻至相应位置，利用旋挖钻的钻头将溶洞封堵组合体进行垂直捣破，并同时旋转钻头进行搅拌混合；
步骤6：观测孔内的砼面是否下降或直接漏失；
步骤7：若砼面10分钟内未出现明显下降，则等待0.5小时后直接继续钻穿该段封堵层，并往下部钻；若砼面出现缓慢下降，则继续泵入砼；若出现明显下降并塌至溶洞底板，则重复步骤3、4、5。
本发明采用的溶洞封堵结构是这样的：它是由两个以上的塑料壶用塑料绳将壶口绑扎串联在一起并装入网状针织袋中形成的溶洞封堵组合体，塑料壶中装满20%浓度的水玻璃。
本发明的适用条件：混凝土灌注桩桩基成孔中，钻遇岩溶水流速较高的岩溶管道或孔桩侧壁发育较大溶洞，采用混凝土灌注超方严重的条件下使用。
本发明的优点：（1）利用前期挖桩过程中产生的岩屑及岩块体进行回填，在岩溶管道及溶洞底部形成沉淀或堆积，减少了桩基开挖废渣的生产，同时也减少了后期砼的灌注量；（2）在孔底破碎装有水玻璃的物体，使其与砼中的水泥浆液在孔内发生化学反应，形成固结体，减少了管道水流对浆液的冲刷流失量；（3）在回填开挖岩屑于洞底沉积的基础上，水玻璃-砼在混合固结过程中，对孔桩溶洞外围一定范围形成充填，有利于孔桩侧壁的封隔止水；（4）主要材料及设备均取之于现场，施工方便，使用成本低，满足市政工程工期紧张的要求；（5）原材料均无毒性，对环境友好。
附图说明
图1展示了现有技术实施时因孔壁周边发育大型溶洞，灌砼漏失严重；
图2展示了现有技术实施时因地下岩溶管道水冲刷带走砼；
图3展示了本发明的溶洞封堵组合体的材料组成及组合示意简图；
图4展示了本发明实施的原理：砼固化聚结呈巨块状形成封堵作用；
图5展示了本发明实施时：泵入砼发生漏失，继续灌注超方严重；
图6展示了本发明实施时：回填孔桩开挖产生的岩屑及岩块体至洞顶1~2m；
图7展示了本发明实施时：回填料发生沉降后，泵入砼至洞顶上2m；
图8展示了本发明实施时：下入封堵组合体；
图9展示了本发明实施时：旋挖钻破坏封堵组合体、浆液外泄；
图10展示了本发明实施时：泵送砼至孔内，水玻璃与砼发生速凝，并与编织袋、塑料壶发生胶结，硬化形成块体；
图11展示了本发明实施时：钻穿溶洞段的硬化固结体，继续钻进成孔；
附图标记说明：1-水玻璃，2-塑料壶，3-塑料绳，4-针织袋，5-大型溶洞，6-孔，7-砼，8-砼泵，9-岩屑及岩块石，10-旋挖钻，11-溶洞封堵组合体，12-岩溶管道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图3所示，本发明的实施需要使用到一种溶洞封堵组合体11，该溶洞封堵组合体11是由三个塑料壶2用塑料绳3将壶口绑扎串联在一起并装入网状针织袋4中形成的，塑料壶2中装满20%浓度的水玻璃1（Na2O·nSiO2）（说明：即将水玻璃浓度40Be,模数为2.4进行稀释）。
本发明主要基于以下原理实现孔桩溶洞封堵：
（1）将前期挖桩过程中产生的岩屑及岩块石9回填至孔6内一定高度，其在岩溶管道12或大型溶洞5底部形成沉淀堆积，在管道水流作用下，会分散至孔桩外围附近。该过程形成初次回填封堵。
（2）水玻璃1与砼7中的水泥浆液发生化学反应，产生速凝效果，砼7硬化速度极快。可对散体状态的砼7产生胶结“成块”作用。砼7块体对管道水流具有抗冲刷作用，且体积越大沉积充填作用越好。由于呈块体及流体状的砼7量极大，迅速充填与底部及溶洞周边。
水玻璃与水泥浆液水化析出的氢氧化钙发生以下化学反应：
（2）破碎的塑料壶2及针织袋4在砼7加速胶结过程中，由于自身包裹其中，可对各砼7的胶结块体继续形成嵌固交联作用，有利于形成更大块体；同时由于塑料壶2自身具有一定的不规则形状，可在溶洞狭窄端口形成嵌固，减缓浆液的流失速度。网状针织袋4也具有类似的作用。
（3）由于水玻璃1为液态，具有较好的流动性，在塑料壶2破坏过程中发生泄流，可对溶洞孔壁、回填碎渣及后续泵入的砼7均具有一定粘接固化作用；由于水玻璃1量大且流散程度好，有利于逐步形成更大块体的砼块体。
（4）形成的砼7块体越大，管道水作用或其自身重力作用对其移位难度越大，可逐渐在孔6内溶洞位置及其外围小范围形成巨大块体，并最终在孔桩溶洞段形成封堵。如图4所示。
本发明首先利用挖桩产生的岩屑回填形成初步回填封堵，然后利用水玻璃1与砼7中水泥浆液发生化学反应产生快速硬化，胶结成块，同时继续与材料组成中的其他塑料壶2及针织袋4发生物理交联作用，形成更大块体进而最终封堵孔内溶洞。
本发明实施时，施工工艺如下：
（1）当发现桩基成孔施工中，发生如图5所示的泵入砼发生漏失，继续灌注超方严重的情况下，准备若干个装满20%浓度水玻璃1的塑料壶2，用塑料绳3将各塑料壶2的壶口口进行串联在一起，并装入网状针织袋4，并封口扎住，形成溶洞封堵组合体11，如图3所示。
（2）首先将孔口挖桩产生的岩屑及碎块石9使用旋挖钻10回填至孔内，高度控制在距离溶洞洞口以上1~2m，如图6所示。
（3）在孔内回填碎屑体逐步下沉至溶洞顶板位置时，通过砼泵8向孔内泵入砼7，其高度控制在距离溶洞顶部以上2m，如图7所示。
（4）待孔内砼面下沉至溶洞顶部以上1m高度处时，将装有水玻璃1的塑料壶2的网状针织袋4放入到孔6内砼面，泵送砼7至孔6内，水玻璃1与砼7发生速凝，并于针织袋4、塑料壶2发生胶结，硬化形成块体，如图8、图10所示。
（5）下入旋挖钻10至相应位置，利用旋挖钻10钻头将溶洞封堵组合体11进行垂直捣破，并同时旋转钻头进行搅拌混合，约5分钟后起钻，如图9所示。
（6）观测孔6内的砼面是否下降或直接漏失；
（7）若10分钟内未出现明显下降，则等待0.5小时（根据水玻璃与水泥的固结硬化时间确定）后可直接继续钻穿该段封堵层，并往下部钻，如图11所示；若砼面出现缓慢下降，可继续泵入砼7至孔6内溶洞顶部以上2m；若出现明显下降并塌至溶洞底板，此时可重复上述（3）、（4）、（5）步骤。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种桩基成孔钻遇岩溶的处理方法，其特征在于：在孔内溶洞位置预先回填一部分岩屑，然后使化学浆液水玻璃与砼中的水泥发生快速化学反应，加速其硬化过程，同时利用大体积的物体及网状联接物形成交联结构，对硬化过程中的砼产生一定的保护和牵拉固定作用，使砼在孔桩内溶洞及其外围较小范围内充填并快速形成硬化固结体，形成封堵效果。
2.根据权利要求2所述的桩基成孔钻遇岩溶的处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
步骤1：将若干个装满20%浓度的水玻璃（1）的塑料壶（2），用塑料绳（3）将各塑料壶口进行串联在一起，并装入网状针织袋（4），并封口扎住，形成溶洞封堵组合体（11）；
步骤2：将孔口挖桩产生的岩屑及碎块石（9）使用旋挖钻（10）回填至孔（6）内；
步骤3：在孔（6）内回填碎屑体逐步下沉至溶洞顶板位置时，通过砼泵（8）向孔（6）内泵入砼（7）；
步骤4：待孔（6）内砼面下沉至溶洞顶部以上1m高度处时，将溶洞封堵组合体（11）放入到孔（6）内砼面；
步骤5：下入旋挖钻（10）至相应位置，利用旋挖钻（10）的钻头将溶洞封堵组合体（11）进行垂直捣破，并同时旋转钻头进行搅拌混合；
步骤6：观测孔（6）内的砼面是否下降或直接漏失；
步骤7：若砼面10分钟内未出现明显下降，则等待0.5小时后直接继续钻穿该段封堵层，并往下部钻；若砼面出现缓慢下降，则继续泵入砼；若出现明显下降并塌至溶洞底板，则重复步骤3、4、5。
3.一种用于桩基成孔钻遇岩溶处理的溶洞封堵结构，其特征在于：它是由两个以上的塑料壶（2）用塑料绳（3）将壶口绑扎串联在一起并装入网状针织袋（4）中形成的溶洞封堵组合体（11），塑料壶（2）中装满20%浓度的水玻璃（1）。
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| CN106013177B (zh) | 2018-03-27 |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |