CN115748790A - 一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁桩基施工技术领域，具体提供了一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注，解决了现有在地下暗河环境下的桩基施工组织过程中，由于地下暗河空间分布和水文情况不同，采用单一的针对岩溶地区的桩基施工方案，实用性和适用性不好，资源设备投入大，施工周期长，成桩质量不能保证的问题，本发明在地下暗河环境下桩基施工组织过程中，通过对地下暗河空间分布和水文情况的研究，选择合理的施工方法，保证成桩质量，最大化节约成本，创造经济效益。

Description

一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法

技术领域

本发明属于桥梁桩基施工技术领域，具体涉及一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法。

背景技术

桩基结构是桥梁应用最为广泛的基础结构形式之一，同时它也广泛的应用在厂区、房建等其他建筑领域，对于桥梁桩基的施工组织，桩基采用旋挖钻机或冲击钻成孔工艺，钢筋笼在钢筋加工厂内集中加工制作，桥位现场采用吊机分节下放，桩身混凝土采用水下导管法灌注。其中最重要的是桩基成孔工艺，桩基成孔过程中，通常采用泥浆护壁的方式保证桩基内环境稳定。利用泥浆的黏度大、不易透水和比重大于外环境中水比重的特点，通过压力差形成单向保护膜结构来维持钻孔内环境的问题，保证桩基顺利成孔。遇到岩溶地质时，利用回填片石、黏土等材料不断挤密、加固孔壁；遇到特大型岩溶空腔时，采用护筒结构实现物理隔离的方式；同样还有水泥、混凝土等有机、无机材料进行提前加固预处理，实现桩基钻进过程中孔壁稳定的需要。因此，在暗河环境下桩基施工时，如何更方便快捷的完成桩基成孔和混凝土浇筑，同时能够保证桩基质量，将是施工中需要解决的关键问题。

公开号为CN114182749A，公开日为2022年3月15日的中国专利文献公开了一种岩溶复杂地质桩基施工工艺和岩溶复杂地质桩基，施工工艺包括如下步骤：获取在待设桩基的延伸方向上排布的多个桩基施工地层的地质类型，多个桩基施工地层中至少两个桩基施工地层的地质类型不同；对多个桩基施工地层分别采取对应的桩基施工措施。能够在桩基施工前先对施工区域的地质进行检测分析，先获取桩基所横跨的多个不同地质层的参数信息，根据多种地质类型的组合设计相应的桩基施工方案，从而提高施工效率，提高施工质量。

公告号为CN102146672B，公告日为2012年9月5日的中国专利文献公开了一种在岩溶地区的桩基施工方法。该桩基施工方法是在桩基施工过程中遇到溶洞后立即采取钢护筒跟进的应急措施以防止塌孔，然后采用抛片石、粘土并挤压的方法对溶洞进行封堵及加固处理，最后再按照常规的钢筋混凝土灌注桩成型工艺完成桩基施工过程，这样不仅无需对钻孔进行回填处理，因此不会延误工期，而且施工成本低且安全可靠。

上述专利文献对岩溶地区的桩基施工，均是采用单一的桩基施工方案，在地下暗河环境下的桩基施工组织过程中，由于地下暗河空间分布和水文情况不同，若采用单一的桩基施工方案，实用性和适用性不好，资源设备投入大，施工周期长，成桩质量不能保证。

发明内容

本发明提供的一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法目的是克服现有技术中在地下暗河环境下的桩基施工组织过程中，由于地下暗河空间分布和水文情况不同，采用单一的针对岩溶地区的桩基施工方案，实用性和适用性不好，资源设备投入大，施工周期长，成桩质量不能保证的问题。

为此，本发明提供了一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注。

优选的，所述泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式为：在桩基成孔施工进入岩层前，采用泥浆护壁成孔的方式进行施工；在桩基成孔施工进入岩层后，对于暗河环境采用清水钻成孔的方式进行施工。

优选的，所述在桩基成孔施工进入岩层前，当出现护壁泥浆泄露时，需对桩底堵漏，堵漏后采用泥浆护壁成孔的方式进行施工。

优选的，所述桩底堵漏时，当暗河和溶洞的高度小于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速小于目标流速时，采用回填片石、黏土方式进行桩底堵漏；当暗河和溶洞的高度大于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速大于目标流速时，采用钢护筒跟进法进行桩底堵漏。

优选的，所述回填黏土采用编织袋装填。

优选的，所述钢护筒跟进法进行桩底堵漏时，根据桩基钻进的深度，逐节连接钢护筒并采用振桩锤打设。

优选的，所述钢护筒的上口和下口均设置连接有加劲箍。

优选的，所述护壁结构采用双层钢护筒或者复合式护壁。

优选的，所述双层钢护筒包括外筒和内筒，外筒内部连接内筒。

优选的，所述复合式护壁采用钢筋笼外骨架。

优选的，所述钢筋笼外骨架的外侧连接柔性材料。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的这种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，针对地下暗河和溶洞等不利施工条件下，在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注。桩基成孔和混凝土灌注解决了灌孔过程中内外压力不平衡，填补泥浆护壁与清水钻孔之间的空白，拓展桩基施工护壁类型，加快成孔速度，降低工程施工成本，保证成桩质量。此种适用于地下暗河环境桩基的施工方法增加了桩基成孔方式的选择和护壁结构形式，寻找最优资源配置，达到合理配备高效的施工设备，既能降低成本投入，还能保证施工质量，具有良好的施工应用前景，值得在今后类似环境下桩基施工中得到进一步的推广和应用。

2、本发明提供的这种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔，加快成孔速度，桩基钻进施工过程中，在桩基成孔施工进入岩层前，采用泥浆护壁成孔的方式进行施工，确保孔壁施工质量，不出现塌孔等情况；在桩基成孔施工进入岩层后，采用清水钻成孔的方式进行施工，如出现溶洞导致漏浆后不再进行泥浆补充，由于岩层相对较稳定，不会再出现塌孔等情况，直接采用清水钻孔施工工艺，减少桩基回填复钻施工，保证桩基成孔施工进度并减少施工成本。

3、本发明提供的这种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注；护壁结构隔离钻孔内外，满足水下混凝土灌注；护壁结构采用双层钢护筒或者复合式护壁，拓展了桩基施工护壁类型；采用双层钢护筒，能有效分隔钻孔内外环境，保证桩基成桩质量；采用复合式护壁避免溶洞填充物和暗河搬运的大颗粒物质，同时对孔壁进行加强。

附图说明

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

图1是复合式护壁的结构示意图。

附图标记说明：1、柔性材料；2、环向骨架钢筋；3、竖向骨架钢筋；4、连接固定钢筋；5、桩基钢筋笼。

具体实施方式

实施例1：

一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注。

针对地下暗河和溶洞等不利施工条件下，在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注。在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注；护壁结构隔离钻孔内外，满足水下混凝土灌注；桩基成孔和混凝土灌注解决了灌孔过程中内外压力不平衡，填补泥浆护壁与清水钻孔之间的空白，拓展桩基施工护壁类型，加快成孔速度，降低工程施工成本，保证成桩质量。此种适用于地下暗河环境桩基的施工方法增加了桩基成孔方式的选择和护壁结构形式，寻找最优资源配置，达到合理配备高效的施工设备，既能降低成本投入，还能保证施工质量，具有良好的施工应用前景，值得在今后类似环境下桩基施工中得到进一步的推广和应用。

实施例2:

在实施例1的基础上，所述泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式为：在桩基成孔施工进入岩层前，采用泥浆护壁成孔的方式进行施工；在桩基成孔施工进入岩层后，采用清水钻成孔的方式进行施工。

采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔，加快成孔速度，桩基钻进施工过程中，在桩基成孔施工进入岩层前，采用泥浆护壁成孔的方式进行施工，确保孔壁施工质量，不出现塌孔等情况；在桩基成孔施工进入岩层后，采用清水钻成孔的方式进行施工，如出现溶洞导致漏浆后不再进行泥浆补充，由于岩层相对较稳定，不会再出现塌孔等情况，直接采用清水钻孔施工工艺，减少桩基回填复钻施工，保证桩基成孔施工进度并减少施工成本。泥浆护壁成孔的具体操作方式为常规的操作，在此不对其做详细介绍。清水钻成孔的具体操作方式为常规的操作，在此不对其做详细介绍。

优选的，所述在桩基成孔施工进入岩层前，当出现护壁泥浆泄露时，需对桩底堵漏，堵漏后采用泥浆护壁成孔的方式进行施工。

由于溶洞及暗河的存在，导致护壁泥浆泄露，无法保证所需施工水头，随着钻进深度的不断加大而进入暗河范围内后，孔内泥浆无法保证正常的浆面高程而出现漏浆情况，通过对桩底堵漏，保证桩基钻孔内泥浆高程，顺利穿越暗河区域。

优选的，所述桩底堵漏时，当暗河和溶洞的高度小于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速小于目标流速时，采用回填片石、黏土方式进行桩底堵漏；当暗河和溶洞的高度大于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速大于目标流速时，采用钢护筒跟进法进行桩底堵漏。

当暗河和溶洞的高度小于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速小于目标流速时，采用回填片石、黏土方式进行桩底堵漏，通过反复冲击将片石(石块)挤压至暗河顶底之间的空隙，利用黏土与片石之间的粘结、附着作用形成封水结构，从而保证桩基钻孔内泥浆高程，顺利穿越暗河区域。当暗河和溶洞的高度大于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速大于目标流速时，采取片石、黏土反复回填挤密后仍无法形成泥石护壁时，采取钢护筒跟进法施工，实现桩基钻进过程中孔壁稳定的需要，保证桩基钻孔内泥浆高程，顺利穿越暗河区域，方便快捷的完成桩基成孔，保证桩基成孔质量。

优选的，所述回填黏土采用编织袋装填。

回填黏土采用编织袋装填，减少水流搬运效应。

优选的，所述钢护筒跟进法进行桩底堵漏时，根据桩基钻进的深度，逐节连接钢护筒并采用振桩锤打设。

根据桩基钻进的深度，确定钢护筒的节数，通过将确定节数的钢护筒逐节连接并采用振桩锤打设，满足桩底堵漏。

优选的，所述钢护筒的上口和下口均设置连接有加劲箍。

通过设置加劲箍便于钢护筒振设施工。

优选的，所述钢护筒采用20mm的Q235钢材；

Q235钢材由于含碳较低，综合性能较好，强度、刚度和焊接等性能得到较好配合，用途广泛，实用性和适用性强。

优选的，所述钢护筒进行分段接长和分段振沉；

分段接长为将桩基钻进的深度平分为多段，每段深度包括固定节数的钢护筒，一次连接一段深度的钢护筒，连接完成一段深度的钢护筒后(一段接长)，采用振桩锤打设该段深度的钢护筒(一段振沉)，提高施工进度的同时，保证堵漏质量。

实施例3:

在实施例2的基础上，所述护壁结构采用双层钢护筒或者复合式护壁。

采用清水钻成孔的方式施工成孔后的成孔桩基由于成孔孔壁不连续，存在因穿越暗河区域而导致的护壁缺失情况，桩基成孔后混凝土灌注工艺部分，采用常规水下混凝土灌注时，因缺失护壁范围无法提供有效的水下混凝土与外界环境的隔离措施，存在水下混凝土灌注严重超方且无法保证混凝土面提升的情况；故此类成孔桩基需设置水下混凝土灌注过程中的护壁结构，以解决护壁缺失的问题。

在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注；护壁结构隔离钻孔内外，满足水下混凝土灌注；护壁结构采用双层钢护筒或者复合式护壁，拓展了桩基施工护壁类型；混凝土灌注过程中设置护壁结构，一种方案是采用双层钢护筒，能有效分隔钻孔内外环境，保证桩基成桩质量；另一种方案是采用复合式护壁避免溶洞填充物和暗河搬运的大颗粒物质，同时对孔壁进行加强。

优选的，所述双层钢护筒包括外筒和内筒，外筒内部连接内筒。

清水钻成孔施工过程中设置覆盖层内外筒，成孔后在外筒内放置与桩基直径相同的内筒，有效分隔钻孔内、外环境，保证桩基成桩质量。

优选的，外筒直径大于桩基直径20cm。确保有效分隔钻孔内、外环境且最大化保证桩基成桩质量。

优选的，所述复合式护壁采用钢筋笼外骨架。

复合式护壁结构采用钢筋笼外骨架形式，外骨架支撑于孔壁，避免溶洞填充物和暗河搬运的大颗粒物质，同时对孔壁进行加强；

优选的，所述钢筋笼外骨架的外侧连接柔性材料1。

钢筋笼外骨架外侧包裹柔性材料1，避免水下混凝土扩散至钢筋笼外骨架外侧，隔断外界细颗粒物质进入桩基混凝土之内，影响成桩质量。

优选的，所述柔性材料1采用土工布。

土工布重量轻、成本低、强度高、耐腐蚀、透水性好、抗微生物性好、由于材质轻柔，故运送、铺设、施工方便。

如图1所示，优选的，所述钢筋笼外骨架包括第一骨架、多根连接固定钢筋4和桩基钢筋笼5，第一骨架和桩基钢筋笼5通过多根连接固定钢筋4连接且桩基钢筋笼5套接在第一骨架内部；第一骨架包括多根环向骨架钢筋2和多根竖向骨架钢筋3，多根竖向骨架钢筋3周向等间距竖向分布，多根竖向骨架钢筋3的外侧自上向下通过多根环向骨架钢筋2连接且多根竖向骨架钢筋3均水平设置，多根连接固定钢筋周向等间距分布，第一骨架的外侧连接柔性材料1。

该结构的钢筋笼外骨架结构简单，对孔壁的支撑性能好，强度高，稳定性好。

实施例4:

一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用双层钢护筒进行水下混凝土灌注；包括如下步骤：

1)泥浆护壁成孔施工至岩面时，下放外筒，要求外筒底标高于或者接触岩石，保证外筒不下落；

2)采用清水钻成孔的方式施工至桩基设计标高，在采用清水钻成孔的方式施工时不再处置岩溶、暗河等导致的漏浆情况，仅保证孔内水位或泥浆高于冲击钻冲程；

3)在桩基成孔后，下放内筒至目标位置，要求内筒直径与桩基直径相同；

4)采用泥浆反循环工艺进行桩基第一次清孔；

5)下放桩基钢筋笼，完成后进行桩基第二次清孔；

6)利用导管向清孔后的桩基成孔内灌注桩基混凝土，灌注时采用现有的水下混凝土灌注工艺；

7)混凝土灌注完成后，在混凝土终凝前，拔出外筒以及内筒的顶节，减少资源投入。

实施例5:

一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用复合式护壁进行水下混凝土灌注；包括如下步骤：

1)泥浆护壁成孔施工至岩面时，下放钢护筒(钢护筒直径大于桩基直径20cm)，要求外筒底标高于或者接触岩石，保证外筒不下落；

2)采用清水钻成孔的方式施工至桩基设计标高，在采用清水钻成孔的方式施工时不再处置岩溶、暗河等导致的漏浆情况，仅保证孔内水位或泥浆高于冲击钻冲程；

3)采用泥浆反循环工艺进行桩基第一次清孔；

4)制作复合式护壁(钢筋笼外骨架并在钢筋笼外骨架的外侧连接柔性材料1)，避免水下混凝土扩散至钢筋笼外骨架外侧，同时隔断外界细颗粒物质进入桩基混凝土之内；

5)下放复合式护壁，完成后进行桩基第二次清孔；

6)利用导管向清孔后的桩基成孔内灌注桩基混凝土，灌注时采用现有的水下混凝土灌注工艺；

7)混凝土灌注完成后，拔出钢护筒周转使用，减少资源投入。

本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“外”、“内”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，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、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：在地下暗河和溶洞的环境中进行桩基成孔施工，在桩基成孔施工过程中，采用泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式进行桩基成孔；在桩基成孔后，采用护壁结构进行水下混凝土灌注。

2.如权利要求1所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述泥浆护壁成孔与清水钻成孔相结合的方式为：在桩基成孔施工进入岩层前，采用泥浆护壁成孔的方式进行施工；在桩基成孔施工进入岩层后，对于暗河环境采用清水钻成孔的方式进行施工。

3.如权利要求2所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述在桩基成孔施工进入岩层前，当出现护壁泥浆泄露时，需对桩底堵漏，堵漏后采用泥浆护壁成孔的方式进行施工。

4.如权利要求3所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述桩底堵漏时，当暗河和溶洞的高度小于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速小于目标流速时，采用回填片石、黏土方式进行桩底堵漏；当暗河和溶洞的高度大于目标高度且暗河和溶洞内的水流流速大于目标流速时，采用钢护筒跟进法进行桩底堵漏。

5.如权利要求4所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述回填黏土采用编织袋装填。

6.如权利要求4所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述钢护筒跟进法进行桩底堵漏时，根据桩基钻进的深度，逐节连接钢护筒并采用振桩锤打设。

7.如权利要求6所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述钢护筒的上口和下口均设置连接有加劲箍。

8.如权利要求1所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述护壁结构采用双层钢护筒或者复合式护壁。

9.如权利要求8所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述双层钢护筒包括外筒和内筒，外筒内部设置内筒。

10.如权利要求8所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述复合式护壁采用钢筋笼外骨架。

11.如权利要求10所述的适用于地下暗河环境桩基的施工方法，其特征在于：所述钢筋笼外骨架的外侧连接柔性材料（1）。

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