CN110106868B - 一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，包括以下步骤：S1、测量与定位：得桩基定位点；S2、护筒埋设；S3、冲击造孔；S4、桩基清孔：采用泥浆循环排渣清孔，泥浆比重不小于1.6，将孔底淤泥、沉渣清除干净；S5、安装钢筋笼和导管；S6、灌注混凝土：从所述导管内向所述钢筋笼中连续注入混凝土形成桩基，本发明对桩基成孔机械的选择，从实际情况出发，选取性价比最高的施工方案，优化大直径桩基冲击成孔的施工方案；提高桩基施工效率和工程质量，创造性的采用水泥煤矸石和粘土混合料回填的方案，并通过配合比的精心计算搭配，提高了溶洞处理的效率，降低施工成本。

Description

一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法

技术领域

本发明涉及桩基施工的技术领域，具体涉及一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法。

背景技术

随着我市经济基础的转型加快，城市规模日益扩大为拉大城市框架、适应经济转型，完善路网系统、方便市民出行，平顶山市政府于2017年陆续开工建设了东环路湛河桥工程、稻香路南延和稻香路湛河桥新建工程等六项道路、桥梁改扩建工程。

平顶山市稻香路湛河桥位于河南省平顶山市新建项目稻香路上，在湛北路湛南路之间跨越湛河，作为平顶山市重点工程，是连接平顶山市南北城区的重要交通枢纽。该工程桥设计为4座桥墩，桥墩下共设计桩基24根桩，其中0#、3#桥台共有8根直径1800mm钢筋混凝土桩，桩长33米；1#、2#桥墩共有16根直径1800mm钢筋混凝土桩，桩长38米。桩身混凝土强度均为C30，设计桩为磨擦桩。

在实际施工时发现该工程桩基进尺在25米左右即遇到溶洞，且溶洞分布不均，其中全填充溶洞与半填充溶洞交叉分布，地质情况复杂多变，最主要的问题有钻孔偏斜、卡钻、钻头掉落、清孔不彻底和 出现断桩和废桩现象等。由于钻机安装就位稳定性差、作业时钻机安装不稳或钻 杆弯曲、地面软弱或软硬不均匀等原因导致钻孔偏斜甚至出现坍孔现象；由于溶洞的存在，在浇筑混凝土时可能会出现溶洞被击穿，导致混凝土急剧下降，从而出现断桩和废桩现象，增加了施工难度，导致延长了施工周期。

发明内容

本发明的目的是解决现有制备方法的不足，提供一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，解决了施工过程中出现的施工难度大的问题，缩短了施工周期。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，包括以下步骤：

S1、测量与定位：得桩基定位点；

S2、护筒埋设：根据步骤S1测得的桩基定位点为基准埋设护筒，护筒埋深4~4.5m，护筒顶面高于地面280~320mm；

S3、冲击造孔：将冲击钻对准护筒中心，冲击采用低锤密击法，锤高0.4~0.6m，并及时加片石、粘土及泥浆护壁，泥浆占片石、粘土及泥浆总量的比重为1.3~1.5，冲孔时及时测定和控制泥浆密度，每冲击1~2m应排渣一次，并定时补浆，直至到达设置的深度；

S4、桩基清孔：采用泥浆循环排渣清孔，泥浆比重不小于1.6，将孔底淤泥、沉渣清除干净；

S5、安装钢筋笼和导管；

S6、灌注混凝土：从所述导管内向所述钢筋笼中连续注入混凝土形成桩基。

进一步的，步骤S1包括以下步骤：

S11、定位测量前准备：在作业前需编制桩位测量放线图，根据桩位平面布置图对所有桩位进行统一编号，桩位编号由桥梁的东北角开始，从右向左，从上而下的顺序进行编号；

S12、高程测量：桩基础测量的高程以建设单位提供的水准点为基准进行引测；

S13、定位放线：将仪器架设在控制点Ma的位置上，设置测站后，后视控制点Mb定向，反测Mb坐标，定向成孔，然后将桩位坐标输入到全站仪中，便可进行测量放样工作。

进一步的，在进行步骤S12的高程引测前，应对预案顺准点高程进行检测，确认无误后才能使用，在现场设置水准点，其位置不受施工影响，便于使用和保存，高程测量按四等水准测量方法和要求进行。

进一步的，步骤S2中的护筒的内径比桩径大180~220mm，护筒的中心轴线与桩的中心轴线重合。

进一步的，若在步骤S3的冲孔过程中出现偏孔现象，则进入步骤S31，若在冲孔过程中出现坍孔现象，则进入步骤S32，若无偏孔、坍孔现象发生，则进入S4；

S31、钻孔偏位处理：当出现钻孔偏位时，应提起钻头，向孔内抛填大小为15~25cm的片石、碎石及粘土块，回填到斜面顶或偏孔处0.5~2m后再重新钻孔，采取小冲程、低频率的方式冲孔，使钻头保持水平，钢丝绳保持竖直，浅程缓进；若一次纠偏效果不行则进行多次回填，并反复进行，直至进入均匀、稳定完整的基岩内0.8~1.2m，然后按正常施工；

S32、坍孔：当出现坍孔现象时，采用回填片石和粘土的方法，然后重新冲孔，水泥泥浆护壁。

进一步的，步骤S3中冲孔过程中每1~2m检查一次成孔的垂直度情况，如发现偏斜立即停止钻进，采取措施进行纠偏；对于变层处和易发生偏斜的部位，采取低锤轻击、间断冲击的方法穿过，以保持孔型良好，在冲击钻进阶段，应注意孔内水位高度大于地下水位1m以上。

进一步的，步骤S3中当发现桩基内泥浆面发生明显下降时应及时停钻并移开钻机，进行漏浆回填，其步骤为：采用水泥、煤矸石和粘土进行回填，回填顺序为先回填水泥，再回填煤矸石，最后回填粘土，粘土填充在煤矸石和水泥的缝隙里，回填厚度为7~8m，回填完毕后采用钻头冲击28~32次，冲击采用小冲程，尽量使回填料保持密实，冲击完成后向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入回填料缝隙内，然后采用钻头大冲程正常冲击，使煤矸石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁，若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应重复上述过程，直至完成成孔。

进一步的，漏浆回填中水泥：煤矸石：粘土的体积比为1.5:2:5~2:2:5。

本发明的有益效果主要表现如：本发明对桩基成孔机械的选择，从实际情况出发，选取性价比最高的施工方案，优化大直径桩基冲击成孔的施工方案；提高桩基施工效率和工程质量，创造性的采用水泥煤矸石和粘土混合料回填的方案，并通过配合比的精心计算搭配，提高了溶洞处理的效率，降低施工成本。

附图说明

图1是本发明的施工工艺流程图。

具体实施方式

结合实施例对本发明加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

结合本发明的施工工艺流程图，一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，包括以下步骤：

S1、测量与定位：步骤S1包括以下步骤：

S11、定位测量前准备：在作业前需编制桩位测量放线图，根据桩位平面布置图对所有桩位进行统一编号，桩位编号由桥梁的东北角开始，从右向左，从上而下的顺序进行编号；

S12、高程测量：桩基础测量的高程以建设单位提供的水准点为基准进行引测；在高程引测前，应对预案顺准点高程进行检测，确认无误后才能使用，在现场设置水准点，其位置不受施工影响，便于使用和保存。高程测量按四等水准测量方法和要求进行。

S13、定位放线：放样前先将仪器放置在室外半小时左右，使其与大气温度相一致后，将仪器架设在控制点Ma的位置上，设置测站后，后视控制点Mb定向，反测Mb坐标，定向成孔，然后将桩位坐标输入到全站仪中，得桩基定位点。输入时仔细认真，避免出错。

S2、护筒埋设：埋设护筒是桩基施工中非常重要的，起到保护孔口、定位导向，维护泥浆面、防止塌方的作用，根据步骤S1测得的桩基定位点为基准埋设护筒，护筒埋深4~4.5m，护筒顶面高于地面280~320mm；本工艺采用的高深护筒能有效的防止因多次漏浆造成的护筒下沉，护筒内径比桩径大200mm，护筒的中心轴线与桩的中心轴线重合，偏差不大于50mm；

S3、冲击造孔：将冲击钻对准护筒中心，要求偏差不大于±20mm，冲击采用低锤密击法，锤高0.4~0.6m，并及时加片石、粘土及泥浆护壁，泥浆占片石、粘土及泥浆总量的比重为1.3~1.5，冲孔时及时测定和控制泥浆密度，每冲击1~2m应排渣一次，并定时补浆，直至到达设置的深度，在冲孔过程中每1~2m检查一次成孔的垂直度情况，如发现偏斜立即停止钻进，采取措施进行纠偏；对于变层处和易发生偏斜的部位，采取低锤轻击、间断冲击的方法穿过，以保持孔型良好，在冲击钻进阶段，应注意孔内水位高度大于地下水位1m以上。

若在冲孔过程中出现偏孔现象，则进入步骤S31，若在冲孔过程中出现坍孔现象，则进入步骤S32，若无偏孔、坍孔现象发生，则进入S4；

S31、钻孔偏位处理：穿越溶洞时，对洞顶和洞底岩层倾斜、岩层厚度不均、基岩面陡倾不平整的溶洞进行钻孔施工的关键是防止偏孔和纠正偏孔，钻头穿越溶洞时要密切注意大绳的情况，以便判断是否偏孔。

基岩面大坡度倾斜且微风化层不连续，软硬不均，钻头容易沿坡面歪斜产生斜孔偏孔，当出现冲击钢丝绳摆动较大、进尺突然加大时，则预示发生偏孔，应及时停钻。处理偏孔采用回填片石的措施可有效地解决，片石的强度要强于岩层的强度，当出现钻孔偏位时，应提起钻头，向孔内抛填大小为15~25cm的片石、碎石及粘土块，回填到斜面顶或偏孔处0.5~2m后再重新钻孔，采取小冲程、低频率的方式冲孔，使钻头保持水平，钢丝绳保持竖直，浅程缓进；若一次纠偏效果不行则进行多次回填，并反复进行，直至进入均匀、稳定完整的基岩内0.8~1.2m，然后按正常施工；通过回填片石、粘土，既改变孔底虚实不均的问题，有利于保持桩孔垂直，又可造壁堵漏。当严重的岩石斜面或溶洞交汇岩层强度不一致时，上述回填石方法难以凑效，可先掏渣清孔，后向孔内灌注高强度的水下混凝土封底，将溶洞填充满或到达与倾斜岩面上缘相平大的高度，等强度达到30MPa后再重新钻进。

S32、坍孔：坍孔主要用泥浆片石法处理，为防止坍孔，护筒采用4.5m高深护筒。当出现坍孔现象时，采用回填片石和粘土的方法，然后重新冲孔，水泥泥浆护壁。

当钻孔至溶洞层时，一般护筒内泥浆会全部或部分流失，严重时会造成塌孔。当发现桩基内泥浆面发生明显下降时应及时停钻，并移开钻机，进行漏浆回填，其步骤为：采用水泥、煤矸石和粘土进行回填，漏浆回填中水泥：煤矸石：粘土的体积比为1.5:2:5~2:2:5，回填顺序为先回填水泥，再回填煤矸石，最后回填粘土，粘土填充在煤矸石和水泥的缝隙里，形成一次完整的填料过程，回填厚度为7~8m，可多次上述完整的填料过程，回填完毕后采用钻头冲击28~32次，冲击采用小冲程，尽量使回填料保持密实，回填过程如出现泥浆流失则应及时补充泥浆，冲击完成后向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入回填料缝隙内，然后采用钻头大冲程正常冲击，使煤矸石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁，若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应重复上述过程，直至完成成孔。

S4、桩基清孔：成孔后应测量检查孔深。核对无误后进行清孔，

采用泥浆循环排渣清孔，泥浆比重不小于1.6，将孔底淤泥、沉渣清除干净；密度大的泥浆借水泵用清水置换，使密度控制在1.15~1.25之间，下钢筋笼前与混凝土浇筑前各需清孔一次。

S5、安装钢筋笼和导管；

钢筋笼制作：所使用钢筋等原材料必须经检验合格后方能使用。钢筋笼加工前，主管施工员必须对工人进行详细的技术交底。钢筋笼的制作必须严格执行有关验收规范和按图施工。

制作完成后先进行自检对预制的钢筋笼应逐节检查。重点是主筋、加劲箍筋、螺旋箍筋的间距、加密区长度、主筋搭接、纵横筋交叉点的焊接质量及笼顶预留的锚固长度必须符合设计要求。然后必须进行隐蔽工程验收，经验收合格后即可进行吊装。

砼保护层：检查钢筋笼保护层支架的设置。一般沿钢筋笼长度2-4m放置一组弧形钢筋支架，每组设置4~6个，支架采用φ8圆钢制作，沿钢筋笼外圆均匀安放。保护层支架的设置即可避免笼体碰到护壁，也可保证砼保护层均匀以及钢筋笼在桩体内的位置正确。

钢筋笼吊安：钢筋笼长度长度大于10米使用吊机进行吊装就位，吊时时要合理设置适当数量的吊点等办法防止钢筋笼产生变形。采用吊车时设置4~6个起吊点，钢筋笼下放前。吊点加强焊接，确保吊装稳固。吊放时，吊直、扶稳，保证不弯曲、扭转。对准孔位后，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。 起吊钢筋笼采用扁担起吊法，起吊点设在钢筋笼箍筋与主筋连接处，且吊点对称并一次性起吊。吊放钢筋笼入孔时应对准孔位，保持垂直，轻放、慢放入孔。若遇阻碍应停止下放，查明原因进行处理，严禁高提猛落和强制下入。下放钢筋笼时，要求有技术人员在场，现场测护筒顶标高，准确计算吊筋长度，以控制钢筋笼的桩顶标高及钢筋笼上浮等问题，钢筋笼安装到位后，用水平仪测量护筒顶高程，确保钢筋笼顶端到达设计标高，随后立即固定。下放钢筋笼时，要求有技术人员在场，使用4根φ16 吊筋以控制钢筋笼的桩顶标高。 安装钢筋笼完毕到灌注混凝土时间间隔不应大于4 小时。

钢筋笼接口：在孔口连接上下两段钢筋笼时，须将钢筋笼吊直，并将上下两段钢筋笼之间的主筋位置找正整合，上下两段钢筋笼必须保持垂直，然后进行焊接。搭接长度采用单面搭接焊10d。

预埋声测管：对桩身完整性检测应按相关规范预埋超声波检测钢管，预埋钢管直径为50mm，采用可靠的螺纹连接。在预埋钢管的底端用堵头或焊接钢板密封，顶端用堵头临时封堵。埋置数量为桩基总数量的10%或根据当地质量监督部门的要求进行。

钢管可以固定在钢筋笼分布的主筋上，采用可靠的绑扎或焊接，使预埋钢管的位置准确、牢固。

S6、灌注混凝土：从所述导管内向所述钢筋笼中连续注入混凝土形成桩基。

混凝土要求：水下砼必须具备良好的和易性，配合比要通过试验确定，坍落度宜为180～220㎜。为保证水下砼具有良好的和易性，需选用性能较好的水泥，选用适当粒径的碎石，并掺入适当的外加剂提高砼的和易性及流动性，延长初凝时间和终凝时间，使之适应水下砼浇捣的工艺要求。

本工程主要采用预拌商品砼，开工前先安排有关人员联系好预拌砼的供应商，并与供应商的技术人员进行砼配合比设计及试配工作，安排好运输路线，制定好有关措施。

混凝土浇筑方式：可采用直接灌注方式或者吊斗灌注方式；

搅拌车（或汽车砼泵）直接灌注方式：对于桩位场地比较宽敞的桩孔，在铺设好场地道路的基础上，将砼搅拌车开至桩孔位置，直接将砼卸入砼漏斗中，待砼漏斗装满一斗砼后开塞，并让搅拌车的砼连续灌入漏斗中，确保砼连续灌注，满足开塞时的埋管深度要求。搅拌机无法到达的桩位，采用汽车泵灌注。

挖掘机（或吊车）吊斗灌注方式：对于桩位场地比较狭窄、搅拌车无法到达的桩孔，则采用挖掘机（或吊车）吊斗灌注方式，即用吊斗将砼一斗一斗的灌入漏斗中。开塞时，先使砼漏斗装满一斗砼，再用吊斗准备好一斗砼在漏斗上，开塞后即刻将吊斗中的砼卸入漏斗中，以使两斗砼连续灌入桩孔。

桩基混凝土导管注入应注意以下事项：

1）、采用直径250的钢管作为浇筑混凝土的导管，使用前在地面进行拼装连接，接头用法兰盘加橡胶垫连接。导管在使用前进行必要的水密性、水压力试验、接头抗拉和隔水栓通过试验，确保无漏水、渗水现象，经验收合格后方能使用。

2）、待导管下完后，利用导管选用合适的清孔方法进行二次清孔，在混凝土浇筑前须再用测绳量测孔深、孔底沉渣厚度，沉渣厚度等于冲孔的深度与孔的深度差值。本工程为端承桩，沉渣厚度不应大于50mm。直至符合设计要求后才能允许浇灌混凝土。

3）、混凝土开始浇筑时间应控制在1~3小时之内，不宜超过4小时。时间过长，导致孔底沉渣过多，应重新清孔。混凝土浇灌时应检查隔水栓是否放置。首灌混凝土量应根据计算，保证首灌埋管深度大于0.8~1.0m。

4）、在混凝土浇灌过程中，卸管时须测量混凝土面高度，以控制卸管节数，防止导管拔脱造成断桩。导管埋入混凝土内的深度愈大，则混凝土扩散愈均匀，密实性愈好，其表面也较平坦。为了防止导管拔出混凝土面和埋管太深，导管埋入混凝土深度宜为2~6m之间。尤其在混凝土面接近钢筋笼底部时，要特别注意，且提升导管速度要慢，否则混凝土面快速上升产生的浮力会把钢筋笼抬起，造成浮笼事故。为保持桩身砼质量，在砼面到达设计桩顶标高后，需留置800mm的超浇浮浆层。

5）、首批混凝土浇灌正常后，必须立即继续进行灌注，不可长时间中断。每次灌注间隙时间一般控制在15~30分钟内。要合理控制每根桩的灌注时间。

6）、每根桩灌注结束后应检查混凝土的实际灌注量，充盈系数要求大于1，根据以前的施工经验，该工程桩芯砼的充盈系数在1.1~1.4之间。

7）、在混凝土浇筑过程中，必须抽样检测混凝土的坍落度，宜控制在180-200mm之间，并在现场对混凝土试块进行见证取样。每根桩桩身混凝土应留2组标样试件，1组同条件。

本发明所列举的技术方案和实施方式并非是限制，与本发明所列举的技术方案和实施方式等同或者效果相同方案都在本发明所保护的范围内。还需要说明的是，在本文中，诸如Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、测量与定位：得桩基定位点；

S2、护筒埋设：根据步骤S1测得的桩基定位点为基准埋设护筒，护筒埋深4~4.5m，护筒顶面高于地面280~320mm；

S3、冲击造孔：将冲击钻对准护筒中心，冲击采用低锤密击法，锤高0.4~0.6m，并及时加片石、粘土及泥浆护壁，泥浆占片石、粘土及泥浆总量的比重为1.3~1.5，冲孔时及时测定和控制泥浆密度，每冲击1~2m应排渣一次，并定时补浆，直至到达设置的深度；当发现桩基内泥浆面发生明显下降时应及时停钻并移开钻机，进行漏浆回填，其步骤为：采用水泥、煤矸石和粘土进行回填，回填顺序为先回填水泥，再回填煤矸石，最后回填粘土，粘土填充在煤矸石和水泥的缝隙里，回填厚度为7~8m，回填完毕后采用钻头冲击28~32次，冲击采用小冲程，尽量使回填料保持密实，冲击完成后向钻孔内注入稠度较大的泥浆，使其自然浸入回填料缝隙内，然后采用钻头大冲程正常冲击，使煤矸石和粘土挤入溶洞内，形成泥石护壁，若溶洞内泥石护壁出现漏浆时，应重复上述过程，直至完成成孔；

S4、桩基清孔：采用泥浆循环排渣清孔，泥浆比重不小于1.6，将孔底淤泥、沉渣清除干净；

S5、安装钢筋笼和导管；

S6、灌注混凝土：从所述导管内向所述钢筋笼中连续注入混凝土形成桩基。

2.根据权利要求1所述的一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，其特征在于：步骤S1包括以下步骤：

S11、定位测量前准备：在作业前需编制桩位测量放线图，根据桩位平面布置图对所有桩位进行统一编号，桩位编号由桥梁的东北角开始，从右向左，从上而下的顺序进行编号；

S12、高程测量：桩基础测量的高程以建设单位提供的水准点为基准进行引测；

S13、定位放线：将仪器架设在控制点Ma的位置上，设置测站后，后视控制点Mb定向，反测Mb坐标，定向成孔，然后将桩位坐标输入到全站仪中，得桩基定位点。

3.根据权利要求2所述的一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，其特征在于：在进行步骤S12的高程引测前，应对预案顺准点高程进行检测，确认无误后才能使用，在现场设置水准点，其位置不受施工影响，便于使用和保存，高程测量按四等水准测量方法和要求进行。

4.根据权利要求1所述的一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，其特征在于：步骤S2中的护筒的内径比桩径大180~220mm，护筒的中心轴线与桩的中心轴线重合。

5.根据权利要求1所述的一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，其特征在于：若在步骤S3的冲孔过程中出现偏孔现象，则进入步骤S31，若在冲孔过程中出现坍孔现象，则进入步骤S32，若无偏孔、坍孔现象发生，则进入S4；

S31、钻孔偏位处理：当出现钻孔偏位时，应提起钻头，向孔内抛填大小为15~25cm的片石、碎石及粘土块，回填到斜面顶或偏孔处0.5~2m后再重新钻孔，采取小冲程、低频率的方式冲孔，使钻头保持水平，钢丝绳保持竖直，浅程缓进；若一次纠偏效果不行则进行多次回填，并反复进行，直至进入均匀、稳定完整的基岩内0.8~1.2m，然后按正常施工；

S32、坍孔：当出现坍孔现象时，采用回填片石和粘土的方法，然后重新冲孔，水泥泥浆护壁。

6.根据权利要求1所述的一种岩溶地质大直径桩基成孔工艺方法，其特征在于：步骤S3中冲孔过程中每1~2m检查一次成孔的垂直度情况，如发现偏斜立即停止钻进，采取措施进行纠偏；对于变层处和易发生偏斜的部位，采取低锤轻击、间断冲击的方法穿过，以保持孔型良好，在冲击钻进阶段，应注意孔内水位高度大于地下水位1m以上。

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