CN113006117A - 一种溶洞地层桩基结构及成桩工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种溶洞地层桩基结构及成桩工艺，属于桩基施工的技术领域，其包括开设在溶洞地层上的钻孔、置于钻孔内的护筒；所述钻孔竖直穿过溶洞的顶板和溶洞的墙体后延伸至溶洞的底部岩体内，所述护筒的长度大于溶洞腔体的高度，所述护筒的顶端置于溶洞顶板的钻孔中，所述护筒的底端置于溶洞底部岩体的钻孔中，且所述钢护筒内灌注有混凝土。通过在溶洞的腔体内设置护筒，令护筒在溶洞腔体的位置形成护壁，使灌注混凝土的过程时，混凝土受到护筒的阻拦而不易向溶洞腔体中流动，以此保证混凝土的灌注量与设计量一致，不会因溶洞的存在而造成大量混凝土的浪费，也相应的提高了桩基成型后的质量。

Description

一种溶洞地层桩基结构及成桩工艺

技术领域

本申请涉及桩基施工的领域，尤其是涉及一种溶洞地层桩基结构及成桩工艺。

背景技术

在桩基施工过程时，一般是在地表上钻出钻孔后直接向钻孔内灌注混凝土，使混凝土在钻孔内凝固后形成桩基。

但是在钻孔过程中，若遇到地下溶洞，会使钻孔与溶洞腔体连通，在后续灌注混凝土时，大量的混凝土会流入溶洞的空腔中，导致灌注的混凝土量远超过设计量，不但造成混凝土材料的浪费，也会造成桩基不易成型或结构强度过低的缺陷。

发明内容

为了在遇到溶洞时桩基能够顺利成型，不造成混凝土的浪费，确保桩基的结构强度，本申请提供一种溶洞地层桩基结构及成桩工艺。

第一方面，本申请提供的一种溶洞地层桩基结构，其采用如下的技术方案：

一种溶洞地层桩基结构，包括开设在溶洞地层上的钻孔、置于钻孔内的护筒；所述钻孔竖直穿过溶洞的顶板和溶洞的墙体后延伸至溶洞的底部岩体内，所述护筒的长度大于溶洞腔体的高度，所述护筒的顶端置于溶洞顶板的钻孔中，所述护筒的底端置于溶洞底部岩体的钻孔中，且所述钢护筒内灌注有混凝土。

通过采用上述技术方案，在钻孔后，将护筒放入钻孔中，使护筒在溶洞空腔的部位形成护壁，在灌注混凝土的过程中，混凝土从溶洞顶板的钻孔中流入护筒内部，并随着护筒向下流动至溶洞底部岩层的钻孔内，在护筒的作用下，混凝土不易流入溶洞腔体内部，从而使灌注混凝土量与设计尺寸量一致，不易造成混凝土的大量浪费，同时混凝土和护筒凝固在一起形成桩基后，护筒能够加强桩基位于溶洞腔体部位的结构强度，提高桩基的施工质量。

可选的，所述护筒包括两个弧形护壁，两个弧形护壁轴对称分布，且两个弧形护壁收尾相接形成所述护筒，且两个弧形护壁的拼接处设有将两者连接在一起的连接件。

通过采用上述技术方案，卷制的弧形护壁结构强度较高，承载能力较强，并且使护筒的制作简单方便，降低施工成本。

可选的，所述连接件包括螺栓和螺母，弧形护壁沿自身圆周方向的其中一端开设有螺栓孔、另一端开设有连接孔，所述连接孔为沿弧形护壁圆周方向开设的腰型孔，两个弧形护壁连接处的侧壁搭接在一起，使其中一个弧形护壁上的螺栓孔和另一个弧形护壁上的连接孔对齐，所述螺栓穿过螺栓孔和连接孔后与螺母螺纹连接。

通过采用上述技术方案，在进入钻孔之前，令两个弧形护壁所形成的护筒外径小于钻孔直径，使护筒能够顺利的进入钻孔中，当护筒抵达钻孔的指定位置后，灌注混凝土的过程中，在混凝土的压力下，两个弧形护壁会逐渐变形，此时螺栓会相对于腰型孔移动，使两个弧形护壁所形成的护筒直径逐渐增大，直至两个弧形护壁贴合到钻孔的内侧壁中，这样就可以防止混凝土进入溶洞中。

可选的，所述护筒的长度大于溶洞腔体高度的1-2m，且护筒的两端伸出溶洞腔体的长度均不小于0.5m。

通过采用上述技术方案，保证护筒位于钻孔内的长度不会过短，同时令护筒两端距离溶洞腔体的距离也较长，使混凝土不易从护筒和钻孔的间隙中伸入到溶洞腔体内。

可选的，所述护筒内设有钢筋笼，所述钢筋笼在竖直方向上的两端均延伸出护筒外侧后置于钻孔中。

通过采用上述技术方案，钢筋笼可以加强混凝土凝固后的结构强度，同时也从护筒底部伸出的钢筋笼也能够为护筒底部起到定位的功能，使护筒底部与溶洞底部岩体上的钻孔孔底间隔一端距离，确保混凝土能够充分填充到钻孔的底部，提高桩基成型沟的稳定性。

可选的，所述钢筋笼包括多个竖向钢筋和多个环形钢筋，竖向钢筋固设在护筒内侧壁上，并沿着护筒的内侧圆周面间隔分布；所述环形钢筋套设在所有的竖向钢筋上与其固定，且环形钢筋沿着竖向钢筋的长度方向间隔分布。

通过采用上述技术方案，竖向钢筋主要用于加强桩基在高度方向上的结构强度，使桩基的承载能力提高，环形钢筋用于固定竖向钢筋的位置，提高钢筋笼的整体结构强度。

可选的，所述护筒的底端开设有斜切面，使护筒的底端开口呈逐渐向钢筋笼上靠拢的锥形。

通过采用上述技术方案，减小护筒的底端面积，有利于护筒在钢筋笼的引导向插入钻孔中，并使护筒在移动过程中不易划伤钻孔的孔壁。

可选的，所述钢筋笼上固设有托圈，所述护筒的底端抵接在托圈上。

通过采用上述技术方案，托圈为护筒起到定位作用，在使用吊机吊起钢筋笼下方到钻孔中时，护筒和钢筋笼的相对位置不易变化，并且不会干涉护筒后期受混凝土灌注时压力而产生的变形。

另一方面，本申请还提供一种溶洞地层成桩工艺，且采用如下的技术方案：

一种溶洞地层成桩工艺，用于施工上述中的桩基结构，其施工步骤为：

S1、从地表钻孔至溶洞的底部岩体内；

S2、制作护筒和钢筋笼，并将护筒和钢筋笼固定在一起；

S3、将护筒和钢筋笼下放到钻孔内，使护筒的两端分别置于溶洞顶板和溶洞底部岩体的钻孔中；

S4、向钻孔和护筒中灌注混凝土。

通过采用上述技术方案，使护筒在溶洞腔体内形成阻止混凝土流入溶洞腔体的护壁，在灌注混凝土的过程中，混凝土直接经过护筒流动到溶洞底部岩壁上的钻孔孔底中，以此不易因溶洞的存在而浪费大量的混凝土，降低了施工成本，同时令桩基的底部因固定在溶洞的底部岩体中，从而使桩基承受压力时能够将压力传递到溶洞的底部岩体内，确保桩基的承载强度较好，而位于溶洞腔体内的部位也因为护筒和钢筋笼的存在而结构强度较高，使整个桩基的施工质量较高。

可选的，在步骤S1中，钻孔过程中若遇到石牙、石笋等斜岩结构时，停止钻入，回灌混凝土至斜岩结构上方进行找平，待混凝土凝固后继续钻进。

通过采用上述技术方案，不易在钻孔过程中，钻机的钻头触碰到斜岩结构而造成钻孔偏移，也不易使钻头受力不均而损坏，有效的对钻头起到保护作用，也能保证钻孔质量较好。

可选的，所述护筒采用厚度为2-3mm的钢板卷制后焊接形成。

通过采用上述技术方案，使护筒的加工制造更简单，经济性较好，卷制成型的护筒形状也更加规则，而且钢板制成的护筒承压能力较好，相应的提高了桩基的施工质量。

可选的，所述护筒采用多块8-10mm的钢板围起后焊接固定形成。

通过采用上述技术方案，令较厚的钢板所围成的护筒侧壁厚度较大，抗压能力较强，使成型后的桩基承载能力更强。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在溶洞的腔体内设置护筒，令护筒在溶洞腔体的位置形成护壁，使灌注混凝土的过程时，混凝土受到护筒的阻拦而不易向溶洞腔体中流动，以此保证混凝土的灌注量与设计量一致，不会因溶洞的存在而造成大量混凝土的浪费，也相应的提高了桩基成型后的质量；

2.护筒中钢筋笼提高了桩基成型后的结构强度，也增加了护筒两端与钻孔侧壁之间的连接强度，令护筒处于溶洞腔体内的部位强度更高，进一步提高桩基的施工质量；

3.在施工过程中遇到石牙或石笋等斜岩结构时，采用先回填混凝土的方式找平，以防止钻头因斜岩结构而受力不均出现损坏或钻孔偏移的现象，确保了钻孔的质量较好。

附图说明

图1是表示桩基结构与溶洞位置关系的局部剖视图。

图2是表示护筒和钢筋笼连接关系的结构示意图。

图3是表示弧形护壁结构的结构示意图。

图4是表示两个弧形护壁连接关系的局部剖视图。

附图标记说明：1、钻孔；2、护筒；21、弧形护壁；211、螺栓孔；212、连接孔；22、连接件；221、螺栓；222、螺母；23、斜切面；3、钢筋笼；31、竖向钢筋；32、环形钢筋；4、托圈。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种溶洞地层桩基结构。

参照图1，桩基结构包括开设在溶洞地层上的钻孔1、置于钻孔1内的护筒2和设在护筒2中的钢筋笼3。钻孔1采用旋挖钻机由地面竖直向下开设形成，且钻孔1从溶洞上方的顶板穿过后，穿过溶洞的腔体后延伸至其底部的岩体中；护筒2呈竖直设置的圆筒状结构，且护筒2的上下两端均呈开口状，护筒2的顶端套设在溶洞顶板的钻孔1中、底端套设在溶洞底部岩体的钻孔1中，即护筒2从溶洞顶板上穿过其腔体后穿设到溶洞底部岩体内；钢筋笼3置于护筒2内，钢筋笼3的底端抵接在钻孔1底部、顶端延伸在溶洞上方顶板的钻孔1中，混凝土填充在钻孔1和护筒2中，与钢筋笼3凝固在一起，以此在溶洞地层上形成桩基。

在灌注混凝土的过程中，混凝土会从钻孔1中向下流动，并经过护筒2流入到开设在溶洞底部岩体上的钻孔1底部，混凝土从护筒2中流动而经过溶洞的腔体部位时，护筒2在溶洞的腔体中形成护壁，阻止混凝土向溶洞的腔体中流动，从而使混凝土不会流入到溶洞的空腔中，避免造成混凝土的大量浪费，使混凝土能够顺利的凝固成型为桩基。桩基的底部能够稳定的支撑在溶洞底部，以确保桩基的承载能力较好，钢筋笼3可以加强混凝土凝固后的结构强度，进一步提高桩基成型后的结构强度，提高整个桩基的施工质量。

其中，参照图2，护筒2包括两个弧形护壁21和多个连接件22，弧形护壁21采用钢板卷制制成，两个弧形护壁21沿自身轴线呈轴对称分布，且两个弧形护壁21收尾相接形成护筒2，多个连接件22均布在两个弧形护壁21的接口处，将两个弧形护壁21相互固定在一起。

参照图3和图4，连接件22包括螺栓221和螺母222，弧形护壁21沿自身圆周方向的其中一端开设有螺栓孔211、另一端开设有连接孔212，连接孔212为沿弧形护壁21圆周方向开设的腰型孔，两个弧形护壁21连接处的侧壁搭接在一起，使其中一个弧形护壁21上的螺栓孔211和另一个弧形护壁21上的连接孔212对齐，螺栓221冲护筒2内侧依次穿过螺栓孔211和连接孔212后与螺母222螺纹连接。

在进入钻孔1之前，使两个弧形护壁21所形成的护筒2外径小于钻孔1直径，使护筒2能够顺利的进入钻孔1中，当护筒2抵达钻孔1的指定位置后，灌注混凝土的过程中，在混凝土的压力下，两个弧形护壁21会逐渐变形，此时螺栓221会相对于腰型孔移动，使两个弧形护壁21所形成的护筒2直径逐渐增大，直至两个弧形护壁21贴合到钻孔1的内侧壁中，这样就可以防止混凝土进入溶洞中。

参照图1和图2，钢筋笼3包括多个竖向钢筋31和多个环形钢筋32，竖向钢筋31沿竖直方向设置，所有的环形钢筋32均沿着护筒2内侧壁的周向均匀间隔分布，且竖向钢筋31的两端均延伸出护筒2；环形钢筋32采用钢筋弯折呈环形制成，环形钢筋32套设在所有的竖向钢筋31上，多个环形钢筋32沿着竖向钢筋31的长度方向均匀间隔分布，并在环形钢筋32和竖向钢筋31的交错处点焊在一起，使多个环形钢筋32和多个竖向钢筋31固定在一起形成钢筋笼3。

钢筋笼3套设在护筒2内侧，环形钢筋32的外径小于护筒2的内径，钢筋笼3套设在护筒2中，并使护筒2与钢筋笼3焊接在一起。竖向钢筋31的长度大于护筒2的长度，即钢筋笼3的长度大于护筒2的长度，钢筋笼3的两端分别延伸出护筒2。钢筋笼3的底端抵接在钻孔1的孔底上，使护筒2底端与钻孔1孔底间隔，钢筋笼3的底端置于钻孔1中，混凝土将钢筋笼3和护筒2一同浇筑在一起。

竖向钢筋31主要用于加强桩基在高度方向上的结构强度，使桩基的承载能力提高，环形钢筋32用于固定竖向钢筋31的位置，使钢筋笼3和护筒2的相对位置固定。而护筒2底端与孔底间隔，确保混凝土能够充分填充到钻孔1的底部，提高桩基成型沟的稳定性。

参照图1，护筒2的底端开设有斜切面23，使护筒2的底端开口呈逐渐向钢筋笼3上靠拢的锥形，以减小护筒2的底端面积，因护筒2的外径需要与钻孔1直径一致，而钢筋笼3的最大直径也小于护筒2的外径，即钢筋笼3的最大外径小于钻孔1的直径，使钢筋笼3更容易插入钻孔1内，即相应的对护筒2插入钻孔1使起到导向作用，使护筒2更容易插入钻孔1中，也是护筒2在钻孔1内移动时不易划伤钻孔1的孔壁。

参照图2，钢筋笼3在护筒2的下方焊接有托圈4，托圈4同样采用钢筋弯折为环形制成，托圈4套设在所有的竖向钢筋31上，且托圈4外径大于护筒2的内径，护筒2的底端抵接在托圈4上。将钢筋笼3和护筒2一同放入钻孔1中时，需要使用吊机吊起钢筋笼3，此时护筒2在重力作用下保持与托圈4抵接的状态，在后续下放的过程中护筒2与钢筋笼3的相对位置不易产生变化，也能够确保在灌注混凝土时护筒2能够顺利的变形移动。

护筒2在钻孔1中的固定效果取决于护筒2与钻孔1侧壁的接触面积大小，即取决于护筒2顶端在溶洞顶板的钻孔1中的长度，和护筒2底端在溶洞底部岩体的钻孔1中的长度，若长度过长，虽然能够提高护筒2的连接强度，但护筒2的加工成本也会提高，若长度过短，就会使护筒2的连接强度变低，影响桩基的质量。

经验证，使护筒2的长度大于溶洞腔体高度的1-2m，护筒2的两端伸出溶洞腔体的长度均不小于0.5m，即可在确保经济性较好的前提下，保证护筒2两端与钻孔1的接触面积，也令护筒2两端距离溶洞腔体的距离也较长，使混凝土不易从护筒2和钻孔1的间隙中伸入到溶洞腔体内。

本申请实施例一种溶洞地层桩基结构的实施原理为：在护筒2和钢筋笼3的配合下，在溶洞的腔体内形成护壁，在混凝土灌注过程中不易向溶洞的腔体内流动，以此保证混凝土的灌注量与设计量一致，不会因溶洞的存在而造成大量混凝土的浪费，也相应的提高了桩基成型后的质量；钢筋笼3也提高了桩基成型后的结构强度，也增加了护筒2两端与钻孔1侧壁之间的连接强度，令护筒2处于溶洞腔体内的部位强度更高，提高桩基的施工质量。

本申请实施例还公开一种溶洞地层成桩工艺。

一种溶洞地层成桩工艺，其施工步骤为：

S1、使用旋挖钻机从地表上钻孔1至溶洞的底部岩体内，使钻孔1穿过溶洞的腔体；钻孔1过程中若遇到石牙、石笋等斜岩结构时，停止钻入，回灌混凝土至斜岩结构上方20公分进行找平，待混凝土强度到达70%后继续钻进，以防止钻头触碰到斜岩结构而造成钻孔1偏移，也不易使钻头受力不均而损坏，有效的对钻头起到保护作用，也能保证钻孔1质量较好。

S2、采用2-3mm的钢板卷制两个弧形侧壁，并在弧形侧壁沿自身圆周方向的两端分别开设对应数量的螺栓孔211和连接孔212，然后将两个弧形护壁21使用螺栓221拼接在一起形成护筒2，螺栓221和螺母222的连接扭矩不大于20N/m，确保两个弧形护壁21之间受到压力时能够产生相对移动，而钢板卷制成的弧形护壁21承压能力效果好，并且具有良好的韧性；

制作护筒2的同时焊接钢筋笼3，再将拼接好的护筒2套在钢筋笼3上，将护筒2移动到钢筋笼3的对应位置后，使用12号铅丝绑扎护筒2，使护筒2收缩至与钢筋笼3紧贴的状态，然后在钢筋笼3上焊接托圈4，使护筒2抵接在托圈4上。

S3、将护筒2和钢筋笼3使用吊机吊起后下放到钻孔1内，使护筒2的两端分别置于溶洞顶板和溶洞底部岩体的钻孔1中。

S4、向钻孔1和护筒2中灌注混凝土，两个弧形护壁21在混凝土的压力作用下逐渐变形移动，直至弧形护壁21贴合到钻孔1的内侧壁中。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：包括开设在溶洞地层上的钻孔(1)、置于钻孔(1)内的护筒(2)；所述钻孔(1)竖直穿过溶洞的顶板和溶洞的墙体后延伸至溶洞的底部岩体内，所述护筒(2)的长度大于溶洞腔体的高度，所述护筒(2)的顶端置于溶洞顶板的钻孔(1)中，所述护筒(2)的底端置于溶洞底部岩体的钻孔(1)中，且所述钢护筒(2)内灌注有混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：所述护筒(2)包括两个弧形护壁(21)，两个弧形护壁(21)轴对称分布，且两个弧形护壁(21)收尾相接形成所述护筒(2)，且两个弧形护壁(21)的拼接处设有将两者连接在一起的连接件(22)。

3.根据权利要求2所述的一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：所述连接件(22)包括螺栓(221)和螺母(222)，弧形护壁(21)沿自身圆周方向的其中一端开设有螺栓孔(211)、另一端开设有连接孔(212)，所述连接孔(212)为沿弧形护壁(21)圆周方向开设的腰型孔，两个弧形护壁(21)连接处的侧壁搭接在一起，使其中一个弧形护壁(21)上的螺栓孔(211)和另一个弧形护壁(21)上的连接孔(212)对齐，所述螺栓(221)穿过螺栓孔(211)和连接孔(212)后与螺母(222)螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：所述护筒(2)的长度大于溶洞腔体高度的1-2m，且护筒(2)的两端伸出溶洞腔体的长度均不小于0.5m。

5.根据权利要求1所述的一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：所述护筒(2)内设有钢筋笼(3)，所述钢筋笼(3)在竖直方向上的两端均延伸出护筒(2)外侧后置于钻孔(1)中。

6.根据权利要求5所述的一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：所述钢筋笼(3)包括多个竖向钢筋(31)和多个环形钢筋(32)，竖向钢筋(31)固设在护筒(2)内侧壁上，并沿着护筒(2)的内侧圆周面间隔分布；所述环形钢筋(32)套设在所有的竖向钢筋(31)上与其固定，且环形钢筋(32)沿着竖向钢筋(31)的长度方向间隔分布。

7.根据权利要求5所述的一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：所述护筒(2)的底端开设有斜切面(23)，使护筒(2)的底端开口呈逐渐向钢筋笼(3)上靠拢的锥形。

8.根据权利要求5所述的一种溶洞地层桩基结构，其特征在于：所述钢筋笼(3)上固设有托圈(4)，所述护筒(2)的底端抵接在托圈(4)上。

9.一种溶洞地层成桩工艺，其特征在于，用于施工上述权利要求1-8中任一项所述的桩基结构，其施工步骤为：

S1、从地表钻孔(1)至溶洞的底部岩体内；

S2、制作护筒(2)和钢筋笼(3)，并将护筒(2)和钢筋笼(3)固定在一起；

S3、将护筒(2)和钢筋笼(3)下放到钻孔(1)内，使护筒(2)的两端分别置于溶洞顶板和溶洞底部岩体的钻孔(1)中；

S4、向钻孔(1)和护筒(2)中灌注混凝土。

10.根据权利要求9所述的一种溶洞地层成桩工艺，其特征在于：在步骤S1中，钻孔(1)过程中若遇到石牙、石笋等斜岩结构时，停止钻入，回灌混凝土至斜岩结构上方进行找平，待混凝土凝固后继续钻进。

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