CN109208625B - 一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法 - Google Patents

一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，包括步骤(一)、超前钻：根据工程的勘察资料显示场地存在的溶洞情况，成桩前进行超前钻，超前钻深度应钻到探明桩底以下的溶洞情况；步骤(二)、开孔：把桩孔开到桩底的设计标高；步骤(三)、深钻：把微型钢管钻到溶洞底；步骤(四)、堆山，其中堆山包括清淤、下料堆填、注浆固结和复检；步骤(五)、成桩：将微型钢管穿过填料堆打到溶洞底，将制作的钢筋笼放入桩孔内，浇筑桩身混凝土成桩，完成施工。该方法可安全、快速、经济、彻底有效处理地下桩基础溶洞的危害，确保工程桩施工安全及成桩质量，满足结构的承载力、抗变形要求。

Description

一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法
技术领域
本发明涉及一种溶洞处理方法，具体是指一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法。
背景技术
随着我国城市化进程的不断加快，城市基础设施建设得到了进一步的发展，高层建筑的数量日益增加，对桩基础施工的质量安全提出了更高的要求。在桩基础施工过程中，遇到溶洞不良地质的情况并不少见，由于桩基础施工是地下隐蔽工程，溶洞给桩基础施工带来很大困难，若没有进行合理的处理，则会有以下危害：
(1)塌孔：孔壁失稳而坍塌，可能发生地层塌陷、打桩机具损坏、附加建筑物或地下管线损坏甚至人员伤亡等事故。
(2)工程桩的断桩，在灌注混凝土过程中，如果混凝土因地下有溶洞而外流，会破坏桩身混凝土的完整性，发生断桩事故。
(3)诱发地质灾害：土溶洞继续发育，会引起不均匀沉降或岩溶地面塌陷，诱发地质灾害，影响建筑物的安全使用，甚至对人民的生命财产造成威胁。
发明内容
本发明的目的是提供一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，该方法可安全、快速、经济、彻底有效处理地下桩基础溶洞的危害，确保工程桩施工安全及成桩质量，满足结构的承载力、抗变形要求。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现的：一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于，该施工方法包括如下步骤：
步骤(一)、超前钻：根据工程的勘察资料显示场地存在的溶洞情况，成桩前进行超前钻，超前钻深度应钻到探明桩底以下的溶洞情况；
步骤(二)、开孔：把桩孔开到桩底的设计标高；
步骤(三)、深钻：把微型钢管钻到溶洞底；
步骤(四)、堆山：
(41)清淤：溶洞底注入清水，然后抽取溶洞中的淤泥；
(42)下料堆填：采用填堆骨料进行填料的初次堆填，用微型钢管下料，填堆骨料采用碳纤维网袋包裏，边下料边提管抖动，以利于填料的扩散堆填，当填料堆的高度达到1～3米，暂停堆填；
(43)注浆固结：下移微型钢管至洞内填料堆的顶面，用注浆泵向填料堆上注浆，边注浆边提管，以利浆液的扩散填充；
(44)根据溶洞洞高情况，继续重复步骤(42)的下料堆填以及步骤(43)的注浆固结，每次的堆填高度也为1～3米，直至填料堆堆到桩基持力层的底标高，持力层即桩底下的岩层，当微型钢管提管至填料堆的顶部，注浆压力值达到最大值，当不再进浆时，即可终止注浆；
(45)复检：采用钻芯法检测，钻探时每隔2m进行一次标准贯入试验，检查填料堆的加固物胶结情况、浆液是否漏失以判断填料堆加固物充填是否充盈；
步骤(五)、成桩：将微型钢管穿过填料堆打到溶洞底，将制作的钢筋笼放入桩孔内，浇筑桩身混凝土成桩，完成施工。
本发明中，所述步骤(二)中，采用打桩机把桩孔开到桩底的设计标高。
本发明中，所述步骤(三)中，采用打桩机把微型钢管钻到溶洞底，微型钢管的管内直径为200～300mm。
本发明中，所述步骤(41)中，通过将注浆泵放置在溶洞内，抽取溶洞中的淤泥，溶洞内注入清水的量为保证注浆泵能抽取溶洞中的淤泥即可。
本发明中，所述步骤(42)中，所述的填堆骨料为砖渣或者碎石，所述砖渣的颗粒粒径为10～30目，所述碎石的强度低于5Mpa，颗粒粒径为30～50目。
本发明中，所述步骤(43)中，注浆先采用填充用低标号水泥砂浆灌注再用压密用低标号水泥净浆灌注固结，或者直接采用水泥浆和水玻璃浆的混合双液注浆材料灌注。
其中，所述低标号水泥砂浆中各组分及其配比为：水泥用325复合硅酸盐水泥，每立方水泥砂浆材料用量为：水泥200Kg/m3，粉煤灰100Kg/m3，砂1500Kg/m3，水350Kg/m3；所述低标号水泥净浆中各组分及其配比为：水泥用325复合硅酸盐水泥，每立方水泥净浆材料用量为：水泥600Kg/m3，粉煤灰600Kg/m3，水800Kg/m3。
所述水泥浆中各组分及其配比为：水：水泥：膨润土的质量比为：80：100：3；所述水玻璃浆中各组分及其配比为：水玻璃：粉煤灰：水的质量比为：1：2：2；所述水泥浆与水玻璃浆的体积比例为2：1～1：2。
本发明中，水泥浆与水玻璃浆的不同体积比例，可以控制浆液的凝固时间，一般凝固时间控制在1～3min之间。
本发明中，所述步骤(45)中的检测要求有两项：1)标准贯入锤击数N≥5击；2)检测浆液不漏失，两项都达到设计要求才算合格；如果检测结果达不到设计要求，则采用压密注浆补浆方法进行处理，直至检测结果达到设计要求。
本发明中，该方法适用于桩基持力层厚度不足3倍桩身直径且持力层厚度不足5米且持力层以下存在溶洞高度≥3米的桩基础施工。
本发明的施工方法适用于在岩溶强烈发育区桩基础施工，特别是桩基持力层厚度不足3倍桩身直径D且持力层厚度不足5米且持力层以下存在溶洞高度≥3米的桩基础施工，并且该方法安全、快速，操作方便。
与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：
(1)本发明可有效解决工程桩持力层厚度不够的问题。当工程桩持力层厚度≤3D(D为桩身直径)及5米时，通过种山法加强持力层底下溶洞范围承载力，使桩基持力层承载力满足上部负荷要求。
(2)本发明节省造价缩短工期。采用溶洞加强种山法，溶洞不用全洞填满，仅需在桩端持力层范围下堆填至持力层底标高。因溶洞的不规则性，溶洞加强种山法是处理溶洞的最有效和比较经济的方法，遇到大型溶洞时节省造价缩短工期效果更为明显。
(3)本发明安全可靠。溶洞埋深较深，往洞里直接抛填砖渣或者碎石容易粉碎，增加注浆量，减小堆山强度。用碳纤维网袋包裹填堆骨料后通过微型钢管放入溶洞底。可有效防止填堆骨料粉碎。分步填料注浆及复检保证堆山的固结度，填堆骨料与注浆液有效结合成一定强度的堆山，确保桩端持力层的稳定性。确保场地在建筑建成后使用年限内不发生沉陷等地质灾害。
(4)本发明能确保工程桩成桩质量。溶洞地质给桩基础施工造成很大困难，在施工桩过程中容易造成偏孔、漏浆、塌孔。溶洞段可能出现成桩质量差或不成桩，采用洞加强种山法处理后的溶洞危害基本消除，可有效防止以上情况的发生。
(5)本发明能保证工程桩桩侧摩阻力、桩端承载力按正常计算使用。工程桩顺利成桩至设计要求的持力层并对桩周提供足够的桩侧支撑力，将微型钢管打到溶洞底加强工程桩承载力。无需因溶洞影响而加大桩长或减少桩承载力。可在保证桩基质量的前提下，避免溶洞的影响，从而显著减小施工难度、加快施工进度、降低施工风险与工程造价。
(6)本发明的加固处理方法，同样适用于与此类似的地下土洞，采空区/采煤区等不良地质处理。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法的施工图，此时填堆骨料进行初次下料堆填；
图2为本发明地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法的施工图，此时注浆液进行初次注浆固结；
图3为本发明地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法的施工图，此时填堆骨料进行再次下料堆填；
图4为本发明地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法的施工图，此时注浆液进行再次注浆固结，直至注浆终止；
图5为本发明地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法的施工图，此时完成成桩，施工完成。
附图标记说明
1、桩孔；2、微型钢管；3、土层；4、持力层；5、溶洞；6、岩层；7、填堆骨料；8、注浆液；9、钢筋笼；10、混凝土。
具体实施方式
如图1至图5所示的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，该方法适用于桩基持力层厚度不足3倍桩身直径且持力层厚度不足5米且持力层以下存在溶洞高度≥3米的桩基础施工，具体包括如下步骤：
步骤(一)、超前钻：根据工程的勘察资料显示场地存在的溶洞5情况，成桩前进行超前钻，超前钻深度应钻到探明桩底以下的溶洞5情况；
步骤(二)、开孔：采用打桩机把桩孔1开到桩底的设计标高；
步骤(三)、深钻：采用打桩机把微型钢管2钻到溶洞5底，微型钢管2的管内直径为240mm；
步骤(四)、堆山：
(41)清淤：溶洞5底注入清水，通过将注浆泵放置在溶洞5内，然后抽取溶洞5中的淤泥，溶洞5内注入清水的量为保证注浆泵能抽取溶洞5中的淤泥即可；
(42)下料堆填：采用填堆骨料7进行填料的初次堆填，用微型钢管2下料，填堆骨料7采用碳纤维网袋包裹，边下料边提管抖动，以利于填料的扩散堆填，当填料堆的高度达到2米，暂停堆填，填堆骨料采用砖渣，砖渣的颗粒粒径为10～30目，填堆骨料也可以选用碎石，碎石的强度低于5Mpa，颗粒粒径为30～50目；
(43)注浆固结：下移微型钢管2至洞内填料堆的顶面，用注浆泵向填料堆上注浆，边注浆边提管，以利浆液的扩散填充；
注浆液8采用两种，分别为低标号水泥砂浆和低标号水泥净浆，注浆先采用填充用低标号水泥砂浆灌注再用压密用低标号水泥净浆灌注固结。
其中，低标号水泥砂浆中各组分及其配比为：水泥用325复合硅酸盐水泥，每立方水泥砂浆材料用量为：水泥200Kg/m3，粉煤灰100Kg/m3，砂1500Kg/m3，水350Kg/m3，施工配比也可以根据现场注浆施工的具体情况及效果进行调整。
低标号水泥净浆中各组分及其配比为：水泥用325复合硅酸盐水泥，每立方水泥净浆材料用量为：水泥600Kg/m3，粉煤灰600Kg/m3，水800Kg/m3，施工配比也可以根据现场注浆施工的具体情况及效果进行调整。
(44)根据溶洞洞高情况，继续重复步骤(42)的下料堆填以及步骤(43)的注浆固结，每次的堆填高度也为2米，直至填料堆堆到桩基持力层4的底标高，持力层4即桩底下的岩层，当微型钢管2提管至填料堆的顶部，注浆压力值达到最大值，当不再进浆时，即可终止注浆；
(45)复检：采用钻芯法检测，钻探时每隔2m进行一次标准贯入试验，检查填料堆的加固物胶结情况、浆液是否漏失以判断填料堆加固物充填是否充盈，检测要求有两项：1)标准贯入锤击数N≥5击；2)检测浆液不漏失，两项都达到设计要求才算合格；如果检测结果达不到设计要求，则采用压密注浆补浆方法进行处理，直至检测结果达到设计要求；
步骤(五)、成桩：将微型钢管2穿过填料堆打到溶洞5底，将制作的钢筋笼9放入桩孔1内，浇筑桩身混凝土10成桩，完成施工。
作为本实施例的变换，初次堆填的高度也可以为1～3米，后续每次堆填的高度也可以为1～3米。微型钢管2的管内直径也可以为200～300mm。
作为本实施例的变换，步骤(43)中，注浆也可以直接采用水泥浆和水玻璃浆的混合双液注浆材料灌注，采用混合双液注浆灌注时，水泥浆中各组分及其配比为：水：水泥：膨润土的质量比为：80：100：3；水玻璃浆中各组分及其配比为：水玻璃：粉煤灰：水的质量比为：1：2：2；水泥浆与水玻璃浆的体积比例为1：1。水泥浆与水玻璃浆的体积比例也可以在2：1～1：2范围内取值。
双液注浆的原理为：采用孔径大的外管套装孔径小的内管，外管和内管同时灌注两种不同的浆液，在出浆口混合。A液为主液，B液为辅液，B液的掺入量和浓度决定混合浆液的凝固时间，方便控制浆液在短时间内固化，防止不受控制扩散或流失。本实施例中，A液为水泥浆，B液为水玻璃浆，水玻璃浆的掺入量和浓度决定混合浆液的凝固时间，可根据需要控制浆液凝固时间的长短。通过地面试验确定，一般凝固时间控制在1～3min之间。
本发明的施工方法能够安全、快速、经济、彻底有效地处理地下桩基础溶洞的危害，确保工程桩施工安全及成桩质量，满足结构的承载力、抗变形要求，同样适用于与此类似的地下土洞，采空区/采煤区等不良地质处理。
本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于，该施工方法包括如下步骤：
步骤(一)、超前钻：根据工程的勘察资料显示场地存在的溶洞情况，成桩前进行超前钻，超前钻深度应钻到探明桩底以下的溶洞情况；
步骤(二)、开孔：把桩孔开到桩底的设计标高；
步骤(三)、深钻：把微型钢管钻到溶洞底；
步骤(四)、堆山：
(41)清淤：溶洞底注入清水，然后抽取溶洞中的淤泥；
(42)下料堆填：采用填堆骨料进行填料的初次堆填，用微型钢管下料，填堆骨料采用碳纤维网袋包裹，边下料边提管抖动，以利于填料的扩散堆填，当填料堆的高度达到1～3米，暂停堆填；
(43)注浆固结：下移微型钢管至洞内填料堆的顶面，用注浆泵向填料堆上注浆，边注浆边提管，以利浆液的扩散填充；
(44)根据溶洞洞高情况，继续重复步骤(42)的下料堆填以及步骤(43)的注浆固结，每次的堆填高度也为1～3米，直至填料堆堆到桩基持力层的底标高，持力层即桩底下的岩层，当微型钢管提管至填料堆的顶部，注浆压力值达到最大值，当不再进浆时，即可终止注浆；
(45)复检：采用钻芯法检测，钻探时每隔2m进行一次标准贯入试验，检查填料堆的加固物胶结情况、浆液是否漏失以判断填料堆加固物充填是否充盈；
步骤(五)、成桩：将微型钢管穿过填料堆打到溶洞底，将制作的钢筋笼放入桩孔内，浇筑桩身混凝土成桩，完成施工。
2.根据权利要求1所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述步骤(二)中，采用打桩机把桩孔开到桩底的设计标高。
3.根据权利要求1所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述步骤(三)中，采用打桩机把微型钢管钻到溶洞底，微型钢管的管内直径为200～300mm。
4.根据权利要求1所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述步骤(41)中，通过将注浆泵放置在溶洞内，抽取溶洞中的淤泥，溶洞内注入清水的量为保证注浆泵能抽取溶洞中的淤泥即可。
5.根据权利要求1所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述步骤(42)中，所述的填堆骨料为砖渣或者碎石，所述砖渣的颗粒粒径为10～30目，所述碎石的强度低于5Mpa，颗粒粒径为30～50目。
6.根据权利要求1所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述步骤(43)中，注浆先采用填充用低标号水泥砂浆灌注再用压密用低标号水泥净浆灌注固结，或者直接采用水泥浆和水玻璃浆的混合双液注浆材料灌注。
7.根据权利要求6所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述低标号水泥砂浆中各组分及其配比为：水泥用325复合硅酸盐水泥，每立方水泥砂浆材料用量为：水泥200Kg/m3，粉煤灰100Kg/m3，砂1500Kg/m3，水350Kg/m3；所述低标号水泥净浆中各组分及其配比为：水泥用325复合硅酸盐水泥，每立方水泥净浆材料用量为：水泥600Kg/m3，粉煤灰600Kg/m3，水800Kg/m3。
8.根据权利要求6所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述水泥浆中各组分及其配比为：水：水泥：膨润土的质量比为：80：100：3；所述水玻璃浆中各组分及其配比为：水玻璃：粉煤灰：水的质量比为：1：2：2；所述水泥浆与水玻璃浆的体积比例为2：1～1：2。
9.根据权利要求1所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：所述步骤(45)中的检测要求有两项：1)标准贯入锤击数N≥5击；2)检测浆液不漏失，两项都达到设计要求才算合格；如果检测结果达不到设计要求，则采用压密注浆补浆方法进行处理，直至检测结果达到设计要求。
10.根据权利要求1至9任一项所述的地下桩基础溶洞加强加固种山施工方法，其特征在于：该方法适用于桩基持力层厚度不足3倍桩身直径且持力层厚度不足5米且持力层以下存在溶洞高度≥3米的桩基础施工。
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