CN113445498A - 复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺 - Google Patents

复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺 Download PDF

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CN113445498A
CN113445498A CN202110157825.4A CN202110157825A CN113445498A CN 113445498 A CN113445498 A CN 113445498A CN 202110157825 A CN202110157825 A CN 202110157825A CN 113445498 A CN113445498 A CN 113445498A
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刘佳银
王智勇
赵志
彭建伟
汤建和
王杰
邓存俊
田波
席利萍
龚斯昆
赵代强
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China Railway No 8 Engineering Group Co Ltd
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E02D5/38—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same making by use of mould-pipes or other moulds
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/10—Deep foundations
    • E02D27/12—Pile foundations

Abstract

本发明公开了复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法、或者采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为小型溶洞时，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为大型溶洞、或者连通型珠串溶洞群时，采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工。本发明可有效避免传统施工方法出现泥浆流失护壁失稳等状况，可有效保障施工安全，保证施工工期，同时还能降低施工成本。

Description

复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺
技术领域
本发明属于桥梁孔桩基础施工技术领域，具体涉及复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺。
背景技术
在喀斯特地貌覆盖区，其地质因素复杂多样性极大影响了工程建设的进度及投资。喀斯特地质条件下进行桥梁建设，最突出的问题是桩基础的施工建设，常规条件下桩基础施工采用旋挖钻机或冲击钻泥浆护壁成孔，水下灌注混凝土成桩，但由于喀斯特地质条件下溶洞发育，孔桩基础基本都要穿过复杂地质岩溶的溶洞，形成溶洞桩基，溶洞桩基采用上述方法进行施工，极易出现泥浆流失护壁失稳等状况，使得施工安全得不到保障，施工工期严重滞后，施工成本投入大大增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，以至少解决上述部分技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法、或者采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为小型溶洞时，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为大型溶洞、或者连通型珠串溶洞群时，采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工。
进一步地，混凝土回填溶洞桩基施工方法包括以下步骤：
步骤1、钻机就位，将钻机移至钻孔作业工况处；
步骤2、埋设单层钢护筒；
步骤3、钻孔并灌注混凝土；
在所述步骤1中，在钻机就位之前，需要先进行施工准备和孔桩基础定位测量，在施工准备时，进行孔桩基础钻孔的旋挖钻机的履盘所坐落位置需平整，坡度不大于3％，避免因场地不平整产生功率损失及倾斜位移；
在所述步骤1中，在钻机就位时，包括以下步骤：
步骤(1)、将旋挖钻机缓慢移至钻孔平台上，调整旋挖钻机，使桩孔处于旋挖钻机的工作范围之内；同时对旋挖钻机四周有效范围进行清理，保证钻孔过程中卸渣合理、操作灵便并无碰挂现象；
步骤(2)、旋挖钻机对中前，复核十字护桩中心挂线，满足规范要求后，启动电脑自动复位装置，并对旋挖钻机进行调整，使钻杆、钻头的中心与桩位中心点对准，并用垂线复核。
进一步地，在所述步骤3中，钻孔时，首先，钻头着地、旋转、钻进，按照钻孔设备技术参数控制钻进深度和提升速度，尽量减少提升次数以提高钻进效率；其次，采用一般旋挖成孔的施工方法进行钻孔施工，当钻头压力突然减小且钻进速度明显加快时，表明钻头已通过溶洞顶板，此时停止钻进并开始灌注混凝土；其中，混凝土灌注包括以下步骤：
步骤1)、混凝土填充施工时按下导管浇筑水下混凝土的方法进行混泥土浇注，混凝土采用C20素混凝土；
步骤2)、灌注混凝土需高出溶洞顶1m，用测绳随时检测混凝土浇筑高度，当达到预定浇筑高程后，暂停浇筑，隔1小时后混凝土顶面高程稳定并不再下沉即可，待混凝土强度达到70％时，重新进行旋挖钻进；
步骤3)、对于多层溶洞，则由上层至下层溶洞逐一重复步骤1和步骤2，分段进行溶洞回填；
步骤4)、溶洞回填混泥土处理完成后，按照一般旋挖桩的施工方法进行孔桩基础施工。
进一步地，双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法包括以下步骤：
步骤A、施工准备；
步骤B、全回旋钻机就位；
步骤C、外钢护筒钻进；
步骤D、旋挖钻孔取渣；
步骤E、内钢护筒安装；
步骤F、孔桩基钢筋制作与安装；
步骤G、混泥土灌注；
步骤H、外钢护筒拔出。
进一步地，在所述步骤C中，外钢护筒钻进时，利用360°全回转钻机产生的强大压力与扭矩驱动外钢护筒套管转动，利用端部呈环状排列的合金削齿对土体、岩层进行切磨作用，从而使外钢护筒钻进岩层内；外钢护筒套管一节的长度为2～4米，钻进一节安装一节，相邻外钢护筒套管接头采用双承插式、高强螺栓连接进行连接，保证足够的强度与抗变形能力；溶洞深度超过4m、洞内填充物为流塑或空洞状或遇地下暗河时，采用内外双护筒跟进成孔；外钢护筒钻进包括以下步骤：
步骤(A)、360°回旋钻机就位时，先旋挖1～1.5m深度，作为外钢护筒导向定位；在外钢护筒的平面位置远处纵、横二个方向架设水准仪进行垂直度监测；
步骤(B)、将外钢护筒和旋挖钻机的护筒驱动器相连，并将第一节外钢护筒放入导墙内准确位置；
步骤(C)、使用钻机的动力头旋转压入外钢护筒套管，切磨并进入土层；
步骤(D)、使用液泡水准仪测量，调整外钢护筒的垂直位置，在外钢护筒被旋转压入地面四米后，使用水准仪对外钢护筒的垂直度再次进行校验，外钢护筒的横轴及纵轴位置每次测量时都需校验；外钢护筒沉入允许偏差：中心偏差≤50mm、倾斜度≤1％；
步骤(E)、单节外钢护筒钻进完成后采用履带式起重机起吊并安装下一节外钢护筒，完成外钢护筒接长后全回旋钻机继续加压钻进，直至钻入最下层溶洞底并嵌入溶洞底岩层不小于1m。
进一步地，在所述步骤D中，旋挖钻孔取渣时，包括以下步骤：
步骤A)、外钢护筒钻进完成后，使用长螺旋旋挖钻机配以钻头在外钢护筒内钻渣取芯，长螺旋旋挖钻机所配置钻头最大外径小于外钢护筒内径20cm；
步骤B)、若外钢护筒套管未完全穿过最后一层溶洞区，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至外钢护筒套管底部以上0.5m处，停止长螺旋旋挖钻机作业；若外钢护筒套管已穿过最后一层溶洞区且嵌入该层溶洞底部岩层1m，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至设计桩底标高；
步骤C)、再次启动360°全回旋钻机，不加压情况下加速转动，使外护筒套管内壁上10-20cm厚薄壁岩层在扭转力作用下崩裂脱落，启动长螺旋旋挖钻机再次钻渣取土或钻渣清孔。
进一步地，在所述步骤E中，内钢护筒安装时，包括以下步骤：
步骤a)、采用旋挖钻机连接15mm厚内钢护筒，校正位置后，缓慢施压使内钢护筒直至溶洞底或桩底；
步骤b)、相邻内钢护筒之间采用焊接连接，焊缝全部采用双面开坡口进行满焊，两节内钢护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接50mm宽，10mm厚的加强钢带，以保证其尺寸准确，使内钢护筒顺直度达到要求；
步骤c)、内钢护筒安放至设计桩底或外钢护筒嵌岩1m位置后，将内外钢护筒临时刚性连接，防止上浮；
步骤d)、内钢护筒安装完成后进行最后一次清孔，并再次用测绳测量孔深，用全站仪检查桩位，用沉淀盒或标准测锤检查桩底沉碴厚度，用检孔器检测孔径和孔的倾斜度，检孔器外径等于设计孔桩基础孔径、长度等于孔桩基础孔径4倍，检孔器采用钢筋笼制作。
进一步地，在所述步骤F中，孔桩基钢筋制作与安装时，包括以下步骤：
步骤(a)、孔桩基钢筋使用前应检验合格并清除孔桩基钢筋表面的锈皮，使孔桩基钢筋表面清洁，孔桩基钢筋严格按照设计尺寸加工；
步骤(b)、在钢筋加工场内集中将孔桩基钢筋加工成钢筋笼；根据孔桩基深度分段加工，对于孔桩基长度小于或等于12m的孔桩基，钢筋笼采用整节制作，对于孔桩基长度大于12m的孔桩基，钢筋笼采用分段制作，相邻分段钢筋笼主筋接头采用滚轧直螺纹机械连接，并在钢筋笼孔口进行滚轧直螺纹套筒机械连接接长；每一截面上钢筋接头数量不超过50％，加强箍筋与其余主筋连接全部焊接，其余箍筋均采用绑扎；
步骤(c)、钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合要求，钢筋骨架的保护层厚度由定位钢筋来保证，按竖向每隔2m设一道定位钢筋，每一道定位钢筋沿圆周均匀布置4个；
步骤(d)、制好的钢筋笼放在平整、干燥的场地上，存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高方木，每个钢筋笼节段上都需挂上标示牌，标示牌上写明墩号、桩号和节号；
步骤(e)、钢筋笼加工完成后，通过25t吊车把分节钢筋笼吊到平板车上，再由平板车运输至桩孔旁；钢筋骨架需设强劲内撑架，防止钢筋骨架在运输和就位时变形；吊放时用带有卡环的
Figure BDA0002935120650000032
钢丝绳，卡环的卡连位置位于钢筋笼节点处以保证钢筋笼的结构及整体性；
步骤(f)、钢筋笼安装采用汽车起重机吊装，并在孔口牢固定位以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象，当灌注完毕的混凝土开始初凝时，取消钢筋笼竖向固定装置使钢筋笼不影响混凝土的收缩，避免钢筋混凝土的粘结力受损失；
步骤(g)、为了检测桩基混凝土结构的完整性，每根桩均预埋设4根Φ57*3.5的声测管；声测管采用箍筋直接固定在钢筋笼内，和钢筋笼一起下到孔桩基的孔里，保持声测管间平行，并防止起吊过程的声测管扭曲变形；声测管接头采用焊接，底部采用钢板焊缝封闭，顶部采用橡胶塞封闭；声测管应比孔桩基设计孔桩基长度高出0.7～1m。
进一步地，在所述步骤G中，混泥土灌注时，孔桩基混凝土灌注采用导管法进行水下自密式混凝土灌注；
首先，计算首批封底混凝土数量，使导管下口埋入混凝土1.5m深，计算首批封底混凝土数量的计算式如下：
Figure BDA0002935120650000031
其中：V为首批砼灌注计算量，单位为m3；D为孔桩基的孔径，单位为m；H1为桩孔底至导管底端间距，取值0.4m；h2为导管初次埋置深度，取值1.5m；D为导管内径，单位为m，取值0.3m；
因此，首批封底混凝土需用量VZ＝V*L，其中VZ为首批封底混凝土需用量，V为首批砼灌注计算量，L为扩孔系数，扩孔系数取值5％；
其次，水下混凝土采用钢导管灌注，导管内径为0.3m，导管使用前需进行水密承压和接头抗拉试验，进行水密试验的水压不小于孔内水深1.3倍的压力，且不能小于导管壁和接缝可能承受灌注混凝土时最大内压力P的1.3倍，P按下式计算：
P＝rchc-rwHw；
式中：P为导管可能受到的最大内压力，单位kPa；rc为混凝土拌合物的重度，取值24kN/m3；hc为导管内混凝土柱最大高度，单位m，以导管全长或预计的最大高度计；rw为桩孔内水或泥浆的重度，单位kN/m3；Hw为桩基孔内水或泥浆的深度，单位m；
导管试验压力达到1.3P并保持30min，导管不产生漏水、渗水现象，即导管水密试验合格；导管接口之间采用丝扣连接，连接时加垫密封圈或橡胶垫后再上紧丝扣；
再次，混泥土浇筑过程中需连续进行，中途停歇时间不得超过首批混凝土的初凝时间；混凝土浇筑过程中的运输时间和距离需尽量缩短，以迅速、不间断为原则，需在8h以内完成，防止在运输中产生离析；
最后，在整个浇筑过程中，及时提升钢导管，使钢导管埋深控制在2～3m，钢导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，不得碰挂钢筋笼；考虑孔桩基顶含有浮渣及浮浆，灌注时混凝土的浇筑面需高出孔桩基顶设计高程至少100cm，以保证桩顶混凝土的质量。
进一步地，在所述步骤H中，外钢护筒拔出时，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、在孔桩基灌注混泥土完毕后，采用360°全回钻对外钢护筒进行拨出，同时查验混凝土面有无下沉，内钢护筒有无上浮，以确保孔桩基质量合格；
步骤Ⅱ、采用360°全回旋挖钻机稳定缓慢将外钢护筒拔出，当拔出一节外钢护筒时，迅速解除该节外钢护筒与下一节外钢护筒之间的高强度螺栓，并配合吊车迅速吊开该节外钢护筒，转移至安全处，如此依次将外钢护筒拔出；
步骤Ⅲ、当最后一节外钢护筒拨出后检查其顶端合金刀头磨损程度，测量合金刀头磨损值，计算施工每米孔桩基合金刀头磨损值，用以推算下根孔桩基外钢护筒跟进是否需要更换合金刀头。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明设计科学合理，当溶洞桩基所在溶洞为小型溶洞时，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为大型溶洞、或者连通型珠串溶洞群时，采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工。可有效避免传统施工方法出现泥浆流失护壁失稳等状况，可有效保障施工安全，保证施工工期，同时还能降低施工成本。
本发明采用混凝土回填溶洞桩基施工方法进行溶洞孔桩基础施工时，具有高效性，特别在突发情况处理时能起到良好作用。能够在同等成本投入满足浅层溶洞及深层溶洞处理需求，工序也较传统施工更加简化，省去反复冲压挤密等过程，同等时间段内钻桩机械设备可得到充分利用。
本发明采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工时，全回旋钢套管跟进，可直接穿越溶洞区域，平稳进入溶洞底部岩层钻进施工，钢套管既作为动力钻头切割岩石，又作为钢桶护壁，一次性直接成孔，杜绝了常规钻孔中串孔、漏浆、塌孔、偏钻等不利情况。可有效降低施工成本，提高桩基一次成孔率，大大增加对基础工程的工期可控性，为喀斯特地貌下施工提供了成功的经验。
附图说明
图1为本发明实例中同城大道麦苏立交桥桩基平面布置图。
图2为本发明实例中同城大道麦苏立交桥横断面图。
图3为本发明实例中同城大道麦苏立交桥立面图(仅示出第一、二联)。
图4为本发明实例中泥浆循环系统示意图。
图5为本发明实例中双钢护筒全套管跟进桩基施工成孔流程图组图一。
图6为本发明实例中双钢护筒全套管跟进桩基施工成孔流程图组图二。
图7为本发明实例中双钢护筒全套管跟进桩基施工成孔流程图组图三。
图8为本发明实例中双钢护筒全套管跟进桩基施工成孔工艺流程图。
图9为本发明实例中声测管布置示意图。
图10为图9中A-A截面视图。
图11为本发明实例中声测管布置另一示意图。
图12为图11中的B-B截面视图。
图13为图11中的C-C截面视图。
图14为本发明实例中钢筋笼吊装示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-14所示，本发明提供的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法、或者采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为小型溶洞时，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为大型溶洞、或者连通型珠串溶洞群时，采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工。
其中，混凝土回填溶洞桩基施工方法包括以下步骤：
步骤1、钻机就位，将钻机移至钻孔作业工况处；
步骤2、埋设单层钢护筒；
步骤3、钻孔并灌注混凝土。
在所述步骤1中，在钻机就位之前，需要先进行施工准备和孔桩基础定位测量，在施工准备时，进行孔桩基础钻孔的旋挖钻机的履盘所坐落位置需平整，坡度不大于3％，避免因场地不平整产生功率损失及倾斜位移。
在所述步骤1中，在钻机就位时，包括以下步骤：
步骤(1)、将旋挖钻机缓慢移至钻孔平台上，调整旋挖钻机，使桩孔处于旋挖钻机的工作范围之内；同时对旋挖钻机四周有效范围进行清理，保证钻孔过程中卸渣合理、操作灵便并无碰挂现象；
步骤(2)、旋挖钻机对中前，复核十字护桩中心挂线，满足规范要求后，启动电脑自动复位装置，并对旋挖钻机进行调整，使钻杆、钻头的中心与桩位中心点对准，并用垂线复核。
在所述步骤3中，钻孔时，首先，钻头着地、旋转、钻进，按照钻孔设备技术参数控制钻进深度和提升速度，尽量减少提升次数以提高钻进效率；其次，采用一般旋挖成孔的施工方法进行钻孔施工，当钻头压力突然减小且钻进速度明显加快时，表明钻头已通过溶洞顶板，此时停止钻进并开始灌注混凝土；其中，混凝土灌注包括以下步骤：
步骤1)、混凝土填充施工时按下导管浇筑水下混凝土的方法进行混泥土浇注，混凝土采用C20素混凝土；
步骤2)、灌注混凝土需高出溶洞顶1m，用测绳随时检测混凝土浇筑高度，当达到预定浇筑高程后，暂停浇筑，隔1小时后混凝土顶面高程稳定并不再下沉即可，待混凝土强度达到70％时，重新进行旋挖钻进；
步骤3)、对于多层溶洞，则由上层至下层溶洞逐一重复步骤1和步骤2，分段进行溶洞回填；
步骤4)、溶洞回填混泥土处理完成后，按照一般旋挖桩的施工方法进行孔桩基础施工。
其中，双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法包括以下步骤：
步骤A、施工准备；
步骤B、全回旋钻机就位；
步骤C、外钢护筒钻进；
步骤D、旋挖钻孔取渣；
步骤E、内钢护筒安装；
步骤F、孔桩基钢筋制作与安装；
步骤G、混泥土灌注；
步骤H、外钢护筒拔出。
在所述步骤C中，外钢护筒钻进时，利用360°全回转钻机产生的强大压力与扭矩驱动外钢护筒套管转动，利用端部呈环状排列的合金削齿对土体、岩层进行切磨作用，从而使外钢护筒钻进岩层内；外钢护筒套管一节的长度为2～4米，钻进一节安装一节，相邻外钢护筒套管接头采用双承插式、高强螺栓连接进行连接，保证足够的强度与抗变形能力；溶洞深度超过4m、洞内填充物为流塑或空洞状或遇地下暗河时，采用内外双护筒跟进成孔；外钢护筒钻进包括以下步骤：
步骤(A)、360°回旋钻机就位时，先旋挖1～1.5m深度，作为外钢护筒导向定位；在外钢护筒的平面位置远处纵、横二个方向架设水准仪进行垂直度监测；
步骤(B)、将外钢护筒和旋挖钻机的护筒驱动器相连，并将第一节外钢护筒放入导墙内准确位置；
步骤(C)、使用钻机的动力头旋转压入外钢护筒套管，切磨并进入土层；
步骤(D)、使用液泡水准仪测量，调整外钢护筒的垂直位置，在外钢护筒被旋转压入地面四米后，使用水准仪对外钢护筒的垂直度再次进行校验，外钢护筒的横轴及纵轴位置每次测量时都需校验；外钢护筒沉入允许偏差：中心偏差≤50mm、倾斜度≤1％；
步骤(E)、单节外钢护筒钻进完成后采用履带式起重机起吊并安装下一节外钢护筒，完成外钢护筒接长后全回旋钻机继续加压钻进，直至钻入最下层溶洞底并嵌入溶洞底岩层不小于1m。
在所述步骤D中，旋挖钻孔取渣时，包括以下步骤：
步骤A)、外钢护筒钻进完成后，使用长螺旋旋挖钻机配以钻头在外钢护筒内钻渣取芯，长螺旋旋挖钻机所配置钻头最大外径小于外钢护筒内径20cm；
步骤B)、若外钢护筒套管未完全穿过最后一层溶洞区，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至外钢护筒套管底部以上0.5m处，停止长螺旋旋挖钻机作业；若外钢护筒套管已穿过最后一层溶洞区且嵌入该层溶洞底部岩层1m，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至设计桩底标高；
步骤C)、再次启动360°全回旋钻机，不加压情况下加速转动，使外护筒套管内壁上10-20cm厚薄壁岩层在扭转力作用下崩裂脱落，启动长螺旋旋挖钻机再次钻渣取土或钻渣清孔。
在所述步骤E中，内钢护筒安装时，包括以下步骤：
步骤a)、采用旋挖钻机连接15mm厚内钢护筒，校正位置后，缓慢施压使内钢护筒直至溶洞底或桩底；
步骤b)、相邻内钢护筒之间采用焊接连接，焊缝全部采用双面开坡口进行满焊，两节内钢护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接50mm宽，10mm厚的加强钢带，以保证其尺寸准确，使内钢护筒顺直度达到要求；
步骤c)、内钢护筒安放至设计桩底或外钢护筒嵌岩1m位置后，将内外钢护筒临时刚性连接，防止上浮；
步骤d)、内钢护筒安装完成后进行最后一次清孔，并再次用测绳测量孔深，用全站仪检查桩位，用沉淀盒或标准测锤检查桩底沉碴厚度，用检孔器检测孔径和孔的倾斜度，检孔器外径等于设计孔桩基础孔径、长度等于孔桩基础孔径4倍，检孔器采用钢筋笼制作。
在所述步骤F中，孔桩基钢筋制作与安装时，包括以下步骤：
步骤(a)、孔桩基钢筋使用前应检验合格并清除孔桩基钢筋表面的锈皮，使孔桩基钢筋表面清洁，孔桩基钢筋严格按照设计尺寸加工；
步骤(b)、在钢筋加工场内集中将孔桩基钢筋加工成钢筋笼；根据孔桩基深度分段加工，对于孔桩基长度小于或等于12m的孔桩基，钢筋笼采用整节制作，对于孔桩基长度大于12m的孔桩基，钢筋笼采用分段制作，相邻分段钢筋笼主筋接头采用滚轧直螺纹机械连接，并在钢筋笼孔口进行滚轧直螺纹套筒机械连接接长；每一截面上钢筋接头数量不超过50％，加强箍筋与其余主筋连接全部焊接，其余箍筋均采用绑扎；
步骤(c)、钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合要求，钢筋骨架的保护层厚度由定位钢筋来保证，按竖向每隔2m设一道定位钢筋，每一道定位钢筋沿圆周均匀布置4个；
步骤(d)、制好的钢筋笼放在平整、干燥的场地上，存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高方木，每个钢筋笼节段上都需挂上标示牌，标示牌上写明墩号、桩号和节号；
步骤(e)、钢筋笼加工完成后，通过25t吊车把分节钢筋笼吊到平板车上，再由平板车运输至桩孔旁；钢筋骨架需设强劲内撑架，防止钢筋骨架在运输和就位时变形；吊放时用带有卡环的
Figure BDA0002935120650000072
钢丝绳，卡环的卡连位置位于钢筋笼节点处以保证钢筋笼的结构及整体性；
步骤(f)、钢筋笼安装采用汽车起重机吊装，并在孔口牢固定位以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象，当灌注完毕的混凝土开始初凝时，取消钢筋笼竖向固定装置使钢筋笼不影响混凝土的收缩，避免钢筋混凝土的粘结力受损失；
步骤(g)、为了检测桩基混凝土结构的完整性，每根桩均预埋设4根Φ57*3.5的声测管；声测管采用箍筋直接固定在钢筋笼内，和钢筋笼一起下到孔桩基的孔里，保持声测管间平行，并防止起吊过程的声测管扭曲变形；声测管接头采用焊接，底部采用钢板焊缝封闭，顶部采用橡胶塞封闭；声测管应比孔桩基设计孔桩基长度高出0.7～1m。
在所述步骤G中，混泥土灌注时，孔桩基混凝土灌注采用导管法进行水下自密式混凝土灌注；
首先，计算首批封底混凝土数量，使导管下口埋入混凝土1.5m深，计算首批封底混凝土数量的计算式如下：
Figure BDA0002935120650000071
其中：V为首批砼灌注计算量，单位为m3；D为孔桩基的孔径，单位为m；H1为桩孔底至导管底端间距，取值0.4m；h2为导管初次埋置深度，取值1.5m；D为导管内径，单位为m，取值0.3m；
因此，首批封底混凝土需用量VZ＝V*L，其中VZ为首批封底混凝土需用量，V为首批砼灌注计算量，L为扩孔系数，扩孔系数取值5％；
其次，水下混凝土采用钢导管灌注，导管内径为0.3m，导管使用前需进行水密承压和接头抗拉试验，进行水密试验的水压不小于孔内水深1.3倍的压力，且不能小于导管壁和接缝可能承受灌注混凝土时最大内压力P的1.3倍，P按下式计算：
P＝rchc-rwHw；
式中：P为导管可能受到的最大内压力，单位kPa；rc为混凝土拌合物的重度，取值24kN/m3；hc为导管内混凝土柱最大高度，单位m，以导管全长或预计的最大高度计；rw为桩孔内水或泥浆的重度，单位kN/m3；Hw为桩基孔内水或泥浆的深度，单位m；
导管试验压力达到1.3P并保持30min，导管不产生漏水、渗水现象，即导管水密试验合格；导管接口之间采用丝扣连接，连接时加垫密封圈或橡胶垫后再上紧丝扣；
再次，混泥土浇筑过程中需连续进行，中途停歇时间不得超过首批混凝土的初凝时间；混凝土浇筑过程中的运输时间和距离需尽量缩短，以迅速、不间断为原则，需在8h以内完成，防止在运输中产生离析；
最后，在整个浇筑过程中，及时提升钢导管，使钢导管埋深控制在2～3m，钢导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，不得碰挂钢筋笼；考虑孔桩基顶含有浮渣及浮浆，灌注时混凝土的浇筑面需高出孔桩基顶设计高程至少100cm，以保证桩顶混凝土的质量。
在所述步骤H中，外钢护筒拔出时，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、在孔桩基灌注混泥土完毕后，采用360°全回钻对外钢护筒进行拨出，同时查验混凝土面有无下沉，内钢护筒有无上浮，以确保孔桩基质量合格；
步骤Ⅱ、采用360°全回旋挖钻机稳定缓慢将外钢护筒拔出，当拔出一节外钢护筒时，迅速解除该节外钢护筒与下一节外钢护筒之间的高强度螺栓，并配合吊车迅速吊开该节外钢护筒，转移至安全处，如此依次将外钢护筒拔出；
步骤Ⅲ、当最后一节外钢护筒拨出后检查其顶端合金刀头磨损程度，测量合金刀头磨损值，计算施工每米孔桩基合金刀头磨损值，用以推算下根孔桩基外钢护筒跟进是否需要更换合金刀头。
为了使本领域技术人员能够更好地理解本技术方案，现特提供以下实例进行更为详尽的阐述。
如图1-3所示，G210新增同城大道上跨麦苏路与同城大道交叉路口立交桥工程位于贵阳市沙文乡境内，起于沙文乡吊堡村，止于沙文乡凉水村，工程项目为互通式棱形立交桥梁。桥梁起点桩号K17+849，终点桩号K18+381,桥梁总长度为532m，全桥五联共16个墩台，桥梁基础均采用钻孔灌注桩基础，直径有1.5m、1.8m、2.0m三种，设计桩长7.96m-52.515m，桩基础按端承桩设计。地下岩溶地质发育复杂，且存在部分隐性溶洞。超前预注浆固结法、回填法、回填辅以钢护筒跟进法是进行桥梁桩基施工溶洞处理的有效方法。但在针对超大型溶洞群桩基施工时，传统桩基施工方法一次成孔率低，通常需反复处理，成本及工期均难以预测控制。
本工程涉及120根桩基础中，存在需岩溶整治的孔桩共119根，占总桩基数量的99％以上，大小溶洞共计143个。地下岩溶地质发育复杂，且存在部分隐性溶洞。(溶洞顶板至原地面距离10米以内视为浅层溶洞，超出10米视为深层溶洞)，其中浅层溶洞15个，占总溶洞数量的10％，深层溶洞128个，占总溶洞数量的89％。连续型溶洞共计39处；溶洞高度5-8m共计15处，溶洞高度8-30m共计28处，溶洞高度30-40m共计2处，溶洞高度40-50m共计1处。地勘资料揭示桩基溶洞统计具体见表1。
表1桩基溶洞统计表
Figure BDA0002935120650000081
Figure BDA0002935120650000091
由上表1可知，7-3#桩基溶洞竖向长度41.7米，6-6#桩基溶洞竖向长度25米，均为特大型溶洞。旋挖钻机成孔过程中，穿透溶洞顶部覆盖层后，由于泥浆一次性大量流失加大了泥浆护壁的坍塌的风险，同时也极易造成旋挖钻机的钻头被覆盖难以拔出。在穿过空腔溶洞后的旋挖钻机需重新对溶洞底部的自然面进行钻进，因底部岩层倾向易造成偏钻或偏孔现象。若按传统方法采用黄泥片石直接回填，因溶洞腔体过大，黄泥片石不能较好的形成稳定结构，在二次钻孔时黄泥片石形成的泥浆护壁也易坍塌及卡钻，在桩基混凝土灌注时因产生的更大侧压力和冲击力使得黄泥片石护壁坍塌，混凝土流失造成断桩。若采用混凝土回填，因大型溶洞体积巨大，宽度无法衡量，混凝土回填量难估算，加之大型溶洞多为裂隙严重发育，回填混凝土流失量严重，也加大了施工难度。
由上表1可知，6-3#桩基、7-2#桩基、7-5#及7-6#等多根桩基均存在高度在4米以上的溶洞、串珠状多层溶洞和连通型溶洞。这类溶洞桩基施工时，泥浆瞬间流失、反复漏浆，桩基成孔极为困难，并且易引发地陷及塌孔，对施工及附近居民出行生活产生严重安全隐患。同时需多次穿透溶洞覆盖层，旋挖钻机将出现多次自然面钻进，卡钻及偏钻几率成倍增加。若采用传统的溶洞回填方式进行处理，回填次数受溶洞个数及塌孔次数影响，二次钻孔数量增加，单桩成孔持续时间长。
贵州作为典型喀斯特地貌覆盖区，其地质因素复杂多样性极大影响了工程建设的进度及投资。喀斯特地质条件下进行桥梁建设，最突出的问题即是桩基础的施工建设，常规条件下桩基施工采用旋挖钻机或冲击钻泥浆护壁成孔，水下灌注混凝土成桩，但由于喀斯特地质条件下溶洞发育，极易出现泥浆流失护壁失稳等状况，使得施工安全得不到保障，施工工期严重滞后，施工成本投入大大增加。
上述工程项目溶洞桩基占比高达99％，其中多数桩基溶洞为单一溶洞，深度多在3米以下，但其位置在浅层及深层均有分布。溶洞底部多为侵蚀岩层，倾斜方向多不明确，存在大倾角岩层、孤石以及大型溶槽，极易造成旋挖钻偏钻、钻杆倾斜、钻头卡死，均不利于桩基孔桩形成。采用混凝土回填处理溶洞具有高效性，特别在突发情况处理时起到良好作用。能够在同等成本投入满足浅层溶洞及深层溶洞处理需求，工序也较片石黄泥回填简化，省去反复冲压挤密等过程，等强时间段内钻桩机械设备可得到充分利用。
同时，上述工程项目溶洞桩基占比高达99％，其中部分桩基(例如：6-6#桩基、7-7#桩基、6-3#桩基、7-2#桩基、7-5#桩基及7-6#桩基)存在特大型溶洞及连通型珠串溶洞群，该类桩基施工难度大，周期长，安全风险高，为基础工程控制性节点。全回旋钢套管跟进，可直接穿越溶洞区域，平稳进入溶洞底部岩层钻进施工，钢套管既作为动力钻头切割岩石，又作为钢桶护壁，一次性直接成孔，杜绝了常规钻孔中串孔、漏浆、塌孔、偏钻等不利情况。可有效降低项目施工成本，提高桩基一次成孔率，大大增加对基础工程的工期可控性，为喀斯特地貌下施工提供了成功的经验。
本发明采用双钢护筒全套管跟进成桩施工中，内钢护筒焊接增加合金钻头以切割岩层，穿过41.7及25米等超过4米高的溶洞区，实现特殊地质条件下桩基一次成孔，工期、安全、质量均可控。
本发明混凝土回填溶洞桩基施工技术，空溶洞或其洞内填充物为软塑或卵石土且溶洞不大(溶洞高度＜4m)时，可直接采用混凝土回填再钻进成孔。旋挖钻机击穿溶洞顶板遇到半边溶洞，半边岩层发生偏钻现象时，回填片石和黄土不能起到有效作用，需要回填强度不小于岩层强度的素混凝土。旋挖钻机穿透溶洞顶板后，泥浆严重流失导致溶洞上部护壁严重脱落，可采取有效的混凝土回填方式，形成稳定孔桩护壁，防止洞内坍塌失稳。本发明混凝土回填溶洞桩基施工技术的施工工艺流程为：施工准备→测量定位→钻机就位→埋设单层钢护筒(护筒长度穿过土层)→钻孔→遇溶洞穿过溶洞顶→下导管灌注C20混凝土→强度达到后继续开钻→再遇溶洞继续灌注C20混凝土→稳定后成孔下钢筋笼→灌注C30水下混凝土。
本发明混凝土回填溶洞桩基施工技术的具体施工方法：
(1)施工准备：
1)人员、机械、材料准备到位；人员须持证上岗，机械进场后及时报验，钢筋等材料进场后进行抽检及报检，合格后方可使用。
2)开钻前，针对本桥的地质特点，将桩基柱状图对施工人员进行技术交底，让施工人员详尽了解地质情况，特别是溶洞的分布情况，包括其深度、高程、填充物等，做到心中有数。
3)旋挖钻机履盘坐落的位置应平整，坡度不大于3％，避免因场地不平整，产生功率损失及倾斜位移。
4)本工程溶洞较多且规模较大，应提前与商品混凝土供应站沟通，确保混凝土供应满足施工要求，避免在处理溶洞时，混凝土供应不及时。
(2)钻机就位：
1)旋挖钻机缓慢移至钻孔平台上，调整钻机，使桩孔处于钻机的工作范围之内。同时对钻机四周有效范围进行清理，保证钻孔过程中卸渣合理、操作灵便并无碰挂现象。
2)钻机对中前，复核十字护桩中心挂线，满足规范要求后，启动电脑自动复位装置，并对钻机进行调整，使钻杆、钻头的中心与桩位中心点对准，并用垂线复核。
(3)埋设钢护筒及钻孔
1)钻头着地、旋转、钻进，严格按照设备技术参数控制钻进深度和提升速度，尽量减少提升次数，提高钻进效率。
2)按照一般旋挖成孔的施工方法进行施工，当钻头压力突然减小，且钻进速度明显加快时，表明钻头已通过溶洞顶板，结合勘察资料确定后，此时停止钻进。
(4)灌注混凝土：
1)因溶洞基本上均为深层溶洞，地下水较为丰富，混凝土填充施工时按下导管浇筑水下混凝土的方法，混凝土采用C20素混凝土。
2)灌注混凝土需高出溶洞顶1m左右，用测绳随时检测混凝土浇筑高度，当达到预定浇筑高程后，暂停浇筑，隔1小时后混凝土顶面高程稳定不再下沉即算完成；待混凝土强度达到70％时，即可重新进行旋挖钻进。
3)对于多层溶洞，则由上而下，分段进行溶洞回填，每次均按以上方法控制。
4)溶洞处理完成后，按照一般旋挖桩的施工方法进行施工。
(5)环境保护控制措施：
1)、在原有道路中央分隔带上，布置泥浆池，沿中央分隔带相邻墩位间布置2个，泥浆池尺宽度按中央分隔带宽度3m，深度1.5m，长度8m，单个泥浆池容积36m3；泥浆池采用M7.5水泥砂浆标砖砌筑，整个施工段共计设置16个泥浆池。泥浆循环系统如图4所示。
2)、泥浆运输选用性能良好、全封闭式、证件齐全的专用泥浆运输车。
3)、在泥浆运输车的罐顶和底部设置进浆口和排浆口，泥浆通过泥浆泵从进浆口打入罐内，装满后将进浆口封闭，方可驶出工地。
4)、运输车进出工地时，由专职安全员负责指挥。
5)、运输严格按照指定的路线行驶，做到不超载、不污染道路沿线环境。
6)、为防止泥浆在运输过程中的乱倒、乱弃问题，在施工过程中我标段将采用现场与处置场双向签票的办法，坚决杜绝泥浆偷排现象。
本发明双钢护筒全套管跟进桩基施工技术的成孔流程图如图5-7所示。
本发明双钢护筒全套管跟进桩基施工技术中钻孔设备选型如下：
各阶段施工所需的机械设备，30m以内桩基采用山河智能SWDM360旋挖钻机；30-50m的桩基采用山河智能SWMD420旋挖钻机；50m以上桩基采用徐工XR460D旋挖钻机；加厚型外钢护筒的埋设采用SWRC200型360度全回转套管钻机，并以80t履带式起重机进行拔桩处理。
各类型旋挖钻机性能参数见表2、表3、表4和表5：
表2山河智能SWDM360旋挖钻机性能参数表
Figure BDA0002935120650000111
表3山河智能SWDM420旋挖钻机性能参数表
Figure BDA0002935120650000121
表4徐工XR400D旋挖钻机性能参数表
Figure BDA0002935120650000122
表5山河智能SWRC200全回旋全套管钻机性能参数表
Figure BDA0002935120650000131
本发明双钢护筒全套管跟进桩基施工技术中钢护筒选择如下：
内、外钢护筒的选择，根据本工程设计1.5m、1.8m、2.0m桩径孔桩选择，一般情况下桩的深度越大、孔径越大，对内、外钢护筒的侧压力、抗扭等要求越高，在此选取1.8m、2.0m桩基作为计算标准，其他类型的孔径参考执行。计算如下：
(1)外钢护筒
外钢护筒既作为临时钢护壁结构，又为全回旋钻旋进载体工具，要有足够的刚度和强度，即钢护筒要有一定的壁厚。外钢护筒因成孔后需安放内钢护，直径应略大于桩基直径，即1.8米桩基采用内径2.0米外钢护筒，2.0米桩基采用内径2.2米外钢护，筒壁厚t按下式计算：
t≥KPD/2fc；
P＝0.5rh；
式中：K为安全系数，取1.95；N为作用在钢护筒上的压力(N/m)，N＝P*D/2；fc为钢材抗压强度，215N/mm2；D为护筒内径，2.0，2.2m；P为土和水对钢护筒的最大侧压力kN/㎡；r为机械钻孔桩范围内土体的天然重量加权值取190.5N/m2。计算得，内径2.0m时：t≥KPD/2fc＝49.89mm；内径2.2m时：t≥KPD/2fc＝45.35mm。
(2)内钢护筒
内钢护筒仅作为钢护壁结构，用于围裹桩基混凝土，不作为钻进工具，因此具有较小的壁厚。内钢护筒内径与桩基直径一致，壁厚t按下式计算：
t≥KPD/2fc；
P＝0.5rh；
式中：K为安全系数，取1.95；N为作用在钢护筒上的压力(N/m)，N＝P*D/2；fc为钢材抗压强度，215N/mm2；D为护筒内径，1.8m，2m；P为土和水对钢护筒的最大侧压力kN/㎡；r为机械钻孔桩范围内土体的天然重量加权值取61.5N/m2；计算得：内径1.8m时：t≥KPD/2fc＝14.64mm；内径2.0m时：t≥KPD/2fc＝13.17mm。
由于本工程桩基深度较深，溶洞较大，且部分位于桩基底部，施工难度大，采取内、外钢护筒跟进方式可较为经济达到施工预期目标，外钢护筒为壁厚50mm带合金刀头的专用护筒，跟进护筒为壁厚15mm的专用护筒置换外钢护筒。
如图8所示，本发明双钢护筒全套管跟进桩基施工成孔工艺流程具体为：
(1)施工准备。
(2)全回旋钻机就位。
(3)外护筒钻进：
外护筒钻进是利用360°全回转钻机产生的强大压力与扭矩，驱动外钢护筒套管转动，利用端部呈环状排列的合金削齿对土体、岩层等进行切磨作用下，进入岩层。护筒套管长度2-4米，根据距离预定钻入深度选择，钻进一节安装一节，钢护筒套管接头采用双承插式、高强螺栓连接进行接长，保证足够的强度与抗变形能力。溶洞深度超过4m、洞内填充物为流塑或空洞状或遇地下暗河时，应采用内外双护筒跟进成孔。
1)360°回旋钻机就位时，先旋挖1～1.5m深度，作为钢护筒导向定位；在钢护筒的平面位置远处纵、横二个方向(成90度角)架设水准仪进行垂直度监测。
2)护筒和旋挖钻机的护筒驱动器相连，钻机操作手将第一节钢护筒放入导墙内准确位置。
3)使用钻机的动力头旋转压入钢护筒套管，切磨并进入土层。
4)使用液泡水准仪测量，调整护筒的垂直位置。在护筒被旋转压入地面四米后，使用水准仪对护筒的垂直度再次进行校验，护筒的横轴及纵轴位置每次测量时都需要校验；钢护筒沉入允许偏差：中心偏差≤50mm、倾斜度≤1％。
5)单节跟进完成后采用履带式起重机起吊并安装下一节钢护筒，完成外钢护筒接长后全回旋钻机继续加压钻进，直至最下层溶洞底并嵌入岩层不小于1m。
(4)挖钻孔取渣：
1)单节护筒钻进完成后，使用长螺旋旋挖钻机配以小于外护筒内径20cm以上钻头在外钢护筒内钻渣取芯。
2)若外钢护筒套管未完全穿过最后一层溶洞区，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至外钢护筒套管底部以上0.5m处，停止长螺旋旋挖钻机作业；若外钢护筒套管已穿过最后一层溶洞区且嵌入岩层1m，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至设计桩底标高。
3)清孔前再次启动360°全回旋钻机，不加压情况下加速转动，使外护筒套管内壁10-20cm薄壁岩层在扭转力作用下崩裂脱落，旋挖钻机再次钻渣取土或钻渣清孔。
(5)内钢护筒安装：
1)采用旋挖钻机连接15mm厚内钢护筒，校正位置后，缓慢施压使内钢护筒直至溶洞底或桩底。
2)内钢护筒的连接采用焊接，焊缝全部采用双面开坡口进行满焊，两节护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接50mm宽，10mm厚的加强钢带，以保证其尺寸准确，使钢护筒顺直度达到要求。
3)内护筒安放至设计桩底或外钢护筒嵌岩1m位置，并将内外护筒临时刚性连接，防止上浮。
4)内护筒安装完成后进行最后一次清孔，并再次用测绳测量孔深，用检孔器检测孔径、孔的倾斜度等各项指标，检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度等于孔径的4倍。钻孔桩检验指标如表6所示。
表6钻孔桩钻孔允许偏差、检验方法及检验数量
Figure BDA0002935120650000141
Figure BDA0002935120650000151
(6)桩基钢筋制作与安装：
1)钢筋使用前应检验合格并清除钢筋表面的锈皮,使钢筋表面清洁。钢筋应严格按照设计尺寸加工。
2)钢筋笼在钢筋加工场内进行集中加工。根据孔桩深度分段加工，对于桩长小于或等于12m的桩基，钢筋笼采用整节制作，对于桩长大于12m的桩基，钢筋笼采用分段制作，主筋接头采用滚轧直螺纹机械连接。并在孔口进行滚轧直螺纹套筒机械连接接长。每一截面上钢筋接头数量不超过50％，加强箍筋与主筋连接全部焊接，其余箍筋均采用绑扎。
3)钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合要求。钢筋骨架的保护层厚度由定位钢筋来保证，按竖向每隔2m设一道，每一道沿圆周均匀布置4个；
4)制好的钢筋笼必须放在平整、干燥的场地上，存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高的方木，每个钢筋笼节段上都要挂上标示牌，写明墩号、桩号、节号。灌注桩钢筋骨架和安装质量标准如表7所示。
表7灌注桩钢筋骨架和安装质量标准
项目 允许偏差 项目 允许偏差
主筋间距(mm) ±10 保护层厚度(mm) ±20
箍筋间距(mm) ±20 中心平面位置(mm) 20
外径(mm) ±10 顶端高程(mm) ±20
倾斜度(％) 0.5 地面高程(mm) ±50
5)钢筋笼在加工完成后，现场施工员指挥25t的吊车把分节钢筋笼吊到平板车上，再由平板车运输至桩孔旁；钢筋骨架应有强劲的内撑架，防止钢筋骨架在运输和就位时变形；吊放时用带有卡环的
Figure BDA0002935120650000153
钢丝绳。卡环的卡连位置应在钢筋笼的节点处，以保证钢筋笼的结构及整体性。钢筋笼吊装如图14所示。
6)钢筋笼安装采用汽车起重机吊装，并在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。当灌注完毕的混凝土开始初凝时，即要取消钢筋笼竖向固定装置，使钢筋笼不影响混凝土的收缩，避免钢筋混凝土的粘结力受损失。
7)为了检测桩基混凝土结构的完整性，每根桩均预埋设4根Φ57*3.5的声测管。声测管采用箍筋直接固定在钢筋笼内，和钢筋笼一起下到孔里，必须保持测管间平行，还要防止起吊过程的扭曲变形。声测管接头采用焊接，底部采用钢板焊缝封闭，顶部采用橡胶塞封闭。声测管应比桩基设计桩长高出0.7～1m。声测管布置如图9-13所示。
(7)水下桩基混凝土灌注：
1)本工程桩基混凝土灌注采用导管法，进行水下自密式混凝土灌注。
2)计算首批封底混凝土数量，使导管下口埋入混凝土1.5m深。
Figure BDA0002935120650000152
其中：V为首批砼灌注量(m3)；D为桩孔直径(m)；H1为桩孔底至导管底端间距，本工程按0.4m计算；h2为导管初次埋置深度，本工程按1.5m计算；d为导管内径(m)，本施工采用0.3m。
Rc＝HwRw/Rc(m)；
Rc为砼重量(按24KN/m3计)；Hw为孔内水(泥浆)深度(m)；本工程桩孔总深度按55m计；Rw为孔内水(泥浆)重量，本工程按13KN/m3计。
①2m孔径、桩长55m首批砼灌注量计算过程：
V＝3.14×2^2×(0.4+1.5)/4+3.14×0.3^2×(55-1.9)×13/24/4＝8.0(m3)。
扩孔系数按5％计，则首批砼灌注需用量为：V＝8×1.05＝8.4m3。
②1.8m孔径、桩长55m首批砼灌注量计算过程：
V＝3.14×1.8^2×(0.4+1.5)/4+3.14×0.3^2×(55-1.9)×13/24/4＝6.85(m3)。
扩孔系数按5％计，则首批砼灌注需用量为：V＝6.85×1.05＝7.2m3。
3)水下混凝土采用钢导管灌注，导管的内径为0.3m。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验。进行水密试验的水压应不小于孔内水深1.3倍的压力，宜不应小于导管壁和接缝可
能承受灌注混凝土时最大内压力p的1.3倍，p可按下式计算：
P＝rchc-rwHw
式中：p为导管可能受到的最大内压力(kPa)；rc为混凝土拌合物的重度，取24kN/m3；hc为导管内混凝土柱最大高度(m)，以导管全长或预计的最大高度计，取55m；rw为桩孔内水或泥浆的重度(kN/m3)；Hw为桩孔内水或泥浆的深度(m)。
得：p1＝1.3*1000kg/m3*55m＝71500kg/㎡＝0.715kg/c㎡＝0.715MPa；
p2＝1.3*(2400kg/m3*55-1100kg/m3*55)＝9295kg/c㎡＝0.9295MPa；
根据计算选择不小于0.9295MPa的压力进行试压；
试验压力达到0.9295MPa并保持30min，导管不产生漏水、渗水现象，即认为水密试验合格。
4)导管接口之间采用丝扣连接，连接时必须加垫密封圈或橡胶垫，并上紧丝扣。
5)浇筑连续进行，中途停歇时间不得超过首批混凝土的初凝时间。
6)混凝土的运输时间和距离应尽量缩短，以迅速、不间断为原则，宜在8h以内完成，防止在运输中产生离析。
7)在整个浇筑过程中，及时提升导管，使导管埋深控制在2～3m。导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，不得碰挂钢筋笼。
8)考虑桩顶含有浮渣及浮浆，灌注时混凝土的浇筑面按高出桩顶设计高程不小于100cm控制，以保证桩顶混凝土的质量。
(8)外钢护筒拔出：
1)在孔桩灌注完毕后，采用360°全回钻对外钢护筒进行拨出，同时查验混凝土面有无下沉，内钢护筒有无上浮等情况，确保桩基质量合格。
2)采用360°全回旋挖钻机稳定缓慢拔出，当拔出一节外钢护筒时，工人迅速解除一节护筒与下一节护筒之间的高强度螺栓，并配合吊车迅速吊开外钢护筒，转移至安全处。
3)最后一节外钢护筒拨出后应检查顶端合金刀头磨损程度，测量合金刀头磨损值，确定施工每米孔桩刀头磨损值，用以推算下根桩基护筒跟进是否更换合金刀头。
本发明技术应用于同城大道麦苏立交桥桩基，获得了如下效益。
一、工期
在工程建设过程中，通过科学合理的组织施工，通过科技攻关，采用溶洞回填混凝土及双护筒全套管跟进等多种技术措施，积极处理复杂地质条件下的桩基成孔的问题。同时加大旋挖钻机大型机械设备的投入，同时对多个桥墩同时进行钻挖施工，缓解溶洞处理时间影响，使该工程项目工期目标进入可控状态。桩基础工程最终按业主既定工期要求完成，为全桥年底通车总工期打下了坚实基础，因出色的完成工期任务获得业主高度认可。
二、社会效益
本工程广泛采用新技术、新材料、新工艺，依托科技，通过技术攻关及深入研究，取的了良好的社会知名度，备受业主、监理及社会各界广泛好评。得到贵阳市城投集团及相关单位充分肯定，得到贵州省建筑协会大力支持，施工全过程与当地村民相处融洽，在贵阳市同城大道(G210一级公路兼城市干道)建设中树立了良好的工程口碑和工程形象。该工程项目荣获中铁八局集团2018年度安标工地称号，受到上级单位及社会各界一致好评。
三、环保效益
大桥建设全过程中，项目部严格标准化管理，始终强调以节能减排、绿色环保为理念，以高效率、高品质为大桥建设带来最佳经济效益为目标，促进经济社会的和谐发展，实现可持续性发展战略。积极采用旋挖钻钻孔绿色环保工艺进行桩基施工，建立泥浆沉淀池减少泥浆污染，采取泥浆处理后进行外运，对生态环境的影响降至最低。采用护筒跟进施工，减少了溶洞填充物清掏，大大降低泥浆及泥质填充物外运。实现了科学施工与环保节能施工的有效结合。项目依靠管理、科技、技术做好节能减排工作，得到业界高度认可。
本发明技术推广应用前景。
该施工技术在贵州、湖南、广西、云南等多地喀斯特地貌环境下的桥梁基础建设中具有较好的借鉴和推广价值。
混凝土回填溶洞桩基施工技术针对溶洞无规律分布、偏岩、孤石、塌孔等问题进行研究，为快速处理塌孔、偏钻等异常钻桩的施工积累了大量经验，科学有效地应对桩基施工中不可预见的问题。
双钢护筒全套管跟进桩基施工技术针对空腔溶洞钻孔困难、溶洞填充物多、水下混凝土灌注问题进行研究、探讨与实践，目前我单位逐步将其形成一套成熟的对应该类桩基施工的处理方案，同时能够较为准确预计此类桩基施工工期、成本投入，为今后特大型溶洞桩基工程提供了宝贵施工经验。
最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法、或者采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为小型溶洞时，采用混凝土回填溶洞桩基施工方法进行孔桩基础施工；当溶洞桩基所在溶洞为大型溶洞、或者连通型珠串溶洞群时，采用双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法进行孔桩基础施工。
2.根据权利要求1所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，混凝土回填溶洞桩基施工方法包括以下步骤：
步骤1、钻机就位，将钻机移至钻孔作业工况处；
步骤2、埋设单层钢护筒；
步骤3、钻孔并灌注混凝土；
在所述步骤1中，在钻机就位之前，需要先进行施工准备和孔桩基础定位测量，在施工准备时，进行孔桩基础钻孔的旋挖钻机的履盘所坐落位置需平整，坡度不大于3％，避免因场地不平整产生功率损失及倾斜位移；
在所述步骤1中，在钻机就位时，包括以下步骤：
步骤(1)、将旋挖钻机缓慢移至钻孔平台上，调整旋挖钻机，使桩孔处于旋挖钻机的工作范围之内；同时对旋挖钻机四周有效范围进行清理，保证钻孔过程中卸渣合理、操作灵便并无碰挂现象；
步骤(2)、旋挖钻机对中前，复核十字护桩中心挂线，满足规范要求后，启动电脑自动复位装置，并对旋挖钻机进行调整，使钻杆、钻头的中心与桩位中心点对准，并用垂线复核。
3.根据权利要求2所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，在所述步骤3中，钻孔时，首先，钻头着地、旋转、钻进，按照钻孔设备技术参数控制钻进深度和提升速度，尽量减少提升次数以提高钻进效率；其次，采用一般旋挖成孔的施工方法进行钻孔施工，当钻头压力突然减小且钻进速度明显加快时，表明钻头已通过溶洞顶板，此时停止钻进并开始灌注混凝土；其中，混凝土灌注包括以下步骤：
步骤1)、混凝土填充施工时按下导管浇筑水下混凝土的方法进行混泥土浇注，混凝土采用C20素混凝土；
步骤2)、灌注混凝土需高出溶洞顶1m，用测绳随时检测混凝土浇筑高度，当达到预定浇筑高程后，暂停浇筑，隔1小时后混凝土顶面高程稳定并不再下沉即可，待混凝土强度达到70％时，重新进行旋挖钻进；
步骤3)、对于多层溶洞，则由上层至下层溶洞逐一重复步骤1和步骤2，分段进行溶洞回填；
步骤4)、溶洞回填混泥土处理完成后，按照一般旋挖桩的施工方法进行孔桩基础施工。
4.根据权利要求1所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，双钢护筒全套管跟进桩基础施工方法包括以下步骤：
步骤A、施工准备；
步骤B、全回旋钻机就位；
步骤C、外钢护筒钻进；
步骤D、旋挖钻孔取渣；
步骤E、内钢护筒安装；
步骤F、孔桩基钢筋制作与安装；
步骤G、混泥土灌注；
步骤H、外钢护筒拔出。
5.根据权利要求4所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，在所述步骤C中，外钢护筒钻进时，利用360°全回转钻机产生的强大压力与扭矩驱动外钢护筒套管转动，利用端部呈环状排列的合金削齿对土体、岩层进行切磨作用，从而使外钢护筒钻进岩层内；外钢护筒套管一节的长度为2～4米，钻进一节安装一节，相邻外钢护筒套管接头采用双承插式、高强螺栓连接进行连接，保证足够的强度与抗变形能力；溶洞深度超过4m、洞内填充物为流塑或空洞状或遇地下暗河时，采用内外双护筒跟进成孔；外钢护筒钻进包括以下步骤：
步骤(A)、360°回旋钻机就位时，先旋挖1～1.5m深度，作为外钢护筒导向定位；在外钢护筒的平面位置远处纵、横二个方向架设水准仪进行垂直度监测；
步骤(B)、将外钢护筒和旋挖钻机的护筒驱动器相连，并将第一节外钢护筒放入导墙内准确位置；
步骤(C)、使用钻机的动力头旋转压入外钢护筒套管，切磨并进入土层；
步骤(D)、使用液泡水准仪测量，调整外钢护筒的垂直位置，在外钢护筒被旋转压入地面四米后，使用水准仪对外钢护筒的垂直度再次进行校验，外钢护筒的横轴及纵轴位置每次测量时都需校验；外钢护筒沉入允许偏差：中心偏差≤50mm、倾斜度≤1％；
步骤(E)、单节外钢护筒钻进完成后采用履带式起重机起吊并安装下一节外钢护筒，完成外钢护筒接长后全回旋钻机继续加压钻进，直至钻入最下层溶洞底并嵌入溶洞底岩层不小于1m。
6.根据权利要求4所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，在所述步骤D中，旋挖钻孔取渣时，包括以下步骤：
步骤A)、外钢护筒钻进完成后，使用长螺旋旋挖钻机配以钻头在外钢护筒内钻渣取芯，长螺旋旋挖钻机所配置钻头最大外径小于外钢护筒内径20cm；
步骤B)、若外钢护筒套管未完全穿过最后一层溶洞区，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至外钢护筒套管底部以上0.5m处，停止长螺旋旋挖钻机作业；若外钢护筒套管已穿过最后一层溶洞区且嵌入该层溶洞底部岩层1m，则利用旋挖钻机逐步钻渣取芯至设计桩底标高；
步骤C)、再次启动360°全回旋钻机，不加压情况下加速转动，使外护筒套管内壁上10-20cm厚薄壁岩层在扭转力作用下崩裂脱落，启动长螺旋旋挖钻机再次钻渣取土或钻渣清孔。
7.根据权利要求4所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，在所述步骤E中，内钢护筒安装时，包括以下步骤：
步骤a)、采用旋挖钻机连接15mm厚内钢护筒，校正位置后，缓慢施压使内钢护筒直至溶洞底或桩底；
步骤b)、相邻内钢护筒之间采用焊接连接，焊缝全部采用双面开坡口进行满焊，两节内钢护筒的接缝除施焊外，还需在接缝处焊接50mm宽，10mm厚的加强钢带，以保证其尺寸准确，使内钢护筒顺直度达到要求；
步骤c)、内钢护筒安放至设计桩底或外钢护筒嵌岩1m位置后，将内外钢护筒临时刚性连接，防止上浮；
步骤d)、内钢护筒安装完成后进行最后一次清孔，并再次用测绳测量孔深，用全站仪检查桩位，用沉淀盒或标准测锤检查桩底沉碴厚度，用检孔器检测孔径和孔的倾斜度，检孔器外径等于设计孔桩基础孔径、长度等于孔桩基础孔径4倍，检孔器采用钢筋笼制作。
8.根据权利要求4所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，在所述步骤F中，孔桩基钢筋制作与安装时，包括以下步骤：
步骤(a)、孔桩基钢筋使用前应检验合格并清除孔桩基钢筋表面的锈皮，使孔桩基钢筋表面清洁，孔桩基钢筋严格按照设计尺寸加工；
步骤(b)、在钢筋加工场内集中将孔桩基钢筋加工成钢筋笼；根据孔桩基深度分段加工，对于孔桩基长度小于或等于12m的孔桩基，钢筋笼采用整节制作，对于孔桩基长度大于12m的孔桩基，钢筋笼采用分段制作，相邻分段钢筋笼主筋接头采用滚轧直螺纹机械连接，并在钢筋笼孔口进行滚轧直螺纹套筒机械连接接长；每一截面上钢筋接头数量不超过50％，加强箍筋与其余主筋连接全部焊接，其余箍筋均采用绑扎；
步骤(c)、钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合要求，钢筋骨架的保护层厚度由定位钢筋来保证，按竖向每隔2m设一道定位钢筋，每一道定位钢筋沿圆周均匀布置4个；
步骤(d)、制好的钢筋笼放在平整、干燥的场地上，存放时，每个加劲筋与地面接触处都垫上等高方木，每个钢筋笼节段上都需挂上标示牌，标示牌上写明墩号、桩号和节号；
步骤(e)、钢筋笼加工完成后，通过25t吊车把分节钢筋笼吊到平板车上，再由平板车运输至桩孔旁；钢筋骨架需设强劲内撑架，防止钢筋骨架在运输和就位时变形；吊放时用带有卡环的
Figure FDA0002935120640000032
钢丝绳，卡环的卡连位置位于钢筋笼节点处以保证钢筋笼的结构及整体性；
步骤(f)、钢筋笼安装采用汽车起重机吊装，并在孔口牢固定位以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象，当灌注完毕的混凝土开始初凝时，取消钢筋笼竖向固定装置使钢筋笼不影响混凝土的收缩，避免钢筋混凝土的粘结力受损失；
步骤(g)、为了检测桩基混凝土结构的完整性，每根桩均预埋设4根Φ57*3.5的声测管；声测管采用箍筋直接固定在钢筋笼内，和钢筋笼一起下到孔桩基的孔里，保持声测管间平行，并防止起吊过程的声测管扭曲变形；声测管接头采用焊接，底部采用钢板焊缝封闭，顶部采用橡胶塞封闭；声测管应比孔桩基设计孔桩基长度高出0.7～1m。
9.根据权利要求4所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，在所述步骤G中，混泥土灌注时，孔桩基混凝土灌注采用导管法进行水下自密式混凝土灌注；
首先，计算首批封底混凝土数量，使导管下口埋入混凝土1.5m深，计算首批封底混凝土数量的计算式如下：
Figure FDA0002935120640000031
其中：V为首批砼灌注计算量，单位为m3；D为孔桩基的孔径，单位为m；H1为桩孔底至导管底端间距，取值0.4m；h2为导管初次埋置深度，取值1.5m；D为导管内径，单位为m，取值0.3m；
因此，首批封底混凝土需用量VZ＝V*L，其中VZ为首批封底混凝土需用量，V为首批砼灌注计算量，L为扩孔系数，扩孔系数取值5％；
其次，水下混凝土采用钢导管灌注，导管内径为0.3m，导管使用前需进行水密承压和接头抗拉试验，进行水密试验的水压不小于孔内水深1.3倍的压力，且不能小于导管壁和接缝可能承受灌注混凝土时最大内压力P的1.3倍，P按下式计算：
P＝rchc-rwHw；
式中：P为导管可能受到的最大内压力，单位kPa；rc为混凝土拌合物的重度，取值24kN/m3；hc为导管内混凝土柱最大高度，单位m，以导管全长或预计的最大高度计；rw为桩孔内水或泥浆的重度，单位kN/m3；Hw为桩基孔内水或泥浆的深度，单位m；
导管试验压力达到1.3P并保持30min，导管不产生漏水、渗水现象，即导管水密试验合格；导管接口之间采用丝扣连接，连接时加垫密封圈或橡胶垫后再上紧丝扣；
再次，混泥土浇筑过程中需连续进行，中途停歇时间不得超过首批混凝土的初凝时间；混凝土浇筑过程中的运输时间和距离需尽量缩短，以迅速、不间断为原则，需在8h以内完成，防止在运输中产生离析；
最后，在整个浇筑过程中，及时提升钢导管，使钢导管埋深控制在2～3m，钢导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升，不得碰挂钢筋笼；考虑孔桩基顶含有浮渣及浮浆，灌注时混凝土的浇筑面需高出孔桩基顶设计高程至少100cm，以保证桩顶混凝土的质量。
10.根据权利要求4所述的复杂地质岩溶孔桩基础施工工艺，其特征在于，在所述步骤H中，外钢护筒拔出时，包括以下步骤：
步骤Ⅰ、在孔桩基灌注混泥土完毕后，采用360°全回钻对外钢护筒进行拨出，同时查验混凝土面有无下沉，内钢护筒有无上浮，以确保孔桩基质量合格；
步骤Ⅱ、采用360°全回旋挖钻机稳定缓慢将外钢护筒拔出，当拔出一节外钢护筒时，迅速解除该节外钢护筒与下一节外钢护筒之间的高强度螺栓，并配合吊车迅速吊开该节外钢护筒，转移至安全处，如此依次将外钢护筒拔出；
步骤Ⅲ、当最后一节外钢护筒拨出后检查其顶端合金刀头磨损程度，测量合金刀头磨损值，计算施工每米孔桩基合金刀头磨损值，用以推算下根孔桩基外钢护筒跟进是否需要更换合金刀头。
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