一种穿越溶洞的灌注桩施工方法与流程

本发明属于土木工程中桩基础施工技术领域，具体涉及一种穿越溶洞的灌注桩施工方法，解决了桩身穿透大型溶洞时混凝土不易灌注的问题。

背景技术：

我国岩溶地区面积辽阔，工程建设中经常会遇到岩溶地质条件，溶洞给工程的进展造成了很大的困扰。岩溶地区最常用的基础形式为桩基础，当溶洞上部覆盖层(顶板)厚度达不到承载能力要求时，需使桩身穿透溶洞以达到桩基础承载能力要求。传统施工方法需要对溶洞进行填埋，或者采用在溶洞内下放钢护筒对混凝土的浇筑起到围护作用。但上述两种穿透溶洞的桩基础施工方法均存在施工困难，成本高等问题，为解决这些问题，急需一种新颖的围护结构及施工方法。

技术实现要素：

本发明为了解决穿透溶洞的桩身混凝土不易灌注的问题，解决穿透溶洞的桩基础施工困难，造价高昂的问题，解决了施工后溶洞顶板易坍塌问题，提供了一种穿越溶洞的灌注桩施工方法，同时尽可能围护了溶洞原始生态地质环境。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种穿越溶洞的灌注桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、溶洞上部覆盖层施工，采用现有技术对溶洞上部覆盖层钻孔成孔；

步骤2、将一个未充气的气囊置于收叠状态的可扩展围护装置内，然后利用吊装设备将该可扩展围护装置下放至溶洞内；

步骤3、当可扩展围护装置下放至溶洞中间位置时，通过给气囊充气，将可扩展围护装置撑开；

步骤4、通过导管给可扩展围护装置顶部和底部打膨胀材料，使得可扩展围护装置与溶洞顶部和底部之间空隙被填充满，同时使得可扩展围护装置定型；

步骤5、膨胀材料固化后给气囊放气，回收气囊；

步骤6、对溶洞底部岩层进行桩孔成孔施工，直到钻孔深度达到桩身设计深度时停止钻进，对桩孔成孔质量进行检测，检测合格开始进行下一步；

步骤7、下放钢筋笼，利用导管对桩身进行混凝土灌注，桩身固化后，完成灌注桩施工。

作为改进，所述膨胀材料为聚氨酯发泡剂。

作为改进，所述可扩展围护装置撑开后截面为正多边形。

作为改进，所述可扩展围护装置撑开后截面大于溶洞上下的桩孔截面，使得灌注桩的桩身在溶洞区域为截面变大的咬合桩。

作为改进，所述膨胀材料也可以预先打在可扩展围护装置的顶部和底部，当可扩展围护装置下放并撑开过程中逐步膨胀。

作为改进，在步骤7中，下放钢筋笼之前通过导管对桩孔进行清孔处理。

作为改进，在步骤1中，溶洞上部覆盖层成孔时设置防止塌孔的钢护筒。

作为改进，在步骤7中，混凝土浇注时分段浇注，先浇注溶洞下方的桩身，然后浇注溶洞区域的桩身，最后浇注溶洞顶部区域的桩身，溶洞顶部区域桩身浇注时，边浇注边拔出钢护筒。

作为改进，所述可扩展围护装置包括多片钢丝网和超强土工布，所述多片钢丝网之间依次首尾铰接相连组成桩基围护，所述超强土工布包覆于桩基围护外，为可扩展围护装置提供约束力和防止浇筑混凝土外漏。

本发明有益效果是：

1.本发明利用低碳钢钢丝网包覆超强土工布代替传统桩基础施工中的钢护筒为溶洞内部桩身灌注提供围护。可大幅减低造价。

2.本发明可扩展围护装置内部利用铰接口连接，使装置具有扩缩功能，具有更强的施工适应性。

3.巧妙的利用装置的扩缩功能可以使溶洞内部桩身围护装置尺寸大于桩孔尺寸，在溶洞内部出现扩桩现象，有效提高桩身承载力并防止溶洞塌陷。

4.利用本发明可扩展围护装置避免对溶洞的全填充施工，可以最大程度的保持溶洞的原始生态地质环境。

5.相比较于传统的穿透溶洞的桩基础施工，本发明可以可以减少溶洞填充物使用量，性价比高，环境友好，施工前后对溶洞地质环境无明显影响。在施工完成后由于放置于溶洞内部的围护结构尺寸大于桩孔尺寸，在桩身浇筑后，在溶洞内形成扩径段桩身，可以有效的提高桩身承载能力并且对溶洞顶板起到支撑作用。

附图说明

图1为对溶洞上部覆盖层成孔示意图。

图2为将带有气囊的可扩展围护装置悬吊至溶洞中，并利用内部气囊膨胀使可扩展围护装置完成扩展。

图3为对带有气囊的可扩展围护装置完成扩展后平稳下放到溶洞下部岩层，使装置上下部包覆的膨胀材料膨胀，填充装置与溶洞上下岩层间的不规则空隙。

图4为对溶洞底部岩层进行成孔。

图5为桩孔成型，桩孔质量检测，下放钢筋笼，导管，利用导管进行清孔，并且浇筑混凝土。

图6为桩基础混凝土浇筑完成，将上部钢护筒拔出，整体破除桩头并将桩头钢筋打弯，灌注桩完成。

图7为可扩展围护装置第一个实施例示意图。

图8为图7中剖视图。

图9为可扩展围护装置第二个实施例示意图。

1-气囊，2-可扩展围护装置，3-膨胀材料，2.1-低碳钢钢丝网，2.2-超强土工布，2.3-铰接口，4-溶洞，5-溶洞上部覆盖层，6-溶洞底部岩层，7-钢护筒，8-桩孔，9-吊装设备，10-灌注桩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的方式和实施步骤进一步的说明。

如图7和图8所示，一种桩基施工围护结构，包括多片钢丝网和超强土工布2.2，所述多片钢丝网之间依次首尾铰接相连组成可扩展围护装置2，所述超强土工布2.2包覆于可扩展围护装置2外，为可扩展围护装置2提供约束力和防止浇筑混凝土外漏，所述钢丝网为低碳钢钢丝网2.1，低碳钢钢丝网2.1具有高强度，高抗腐蚀性，大刚度的特性，具有一定的自稳能力，保证其不会像内部倾倒；低碳钢钢丝网2.1外部包覆超强土工布2.2，其可以保证钢丝网的围护能力；低碳钢钢丝网2.1由铰接口2.3顺次连接最后闭合形成围护主体。铰接口2.3不约束低碳钢钢丝网2.1的转动，因此桩基施工围护结构主体具有扩缩能力。其工作原理是：利用低碳钢钢丝网2.1由铰接口2.3顺次连接最后闭合后包覆超强土工布2.2形成的桩基施工围护结构代替传统钢护筒7，低碳钢钢丝网2.1包覆超强土工布2.2为溶洞4内桩身灌注混凝土提供围护，图7中，所述可扩展围护装置2撑开后截面为正六边形，当然不限于正六边形，边数越多，可扩展围护装置2收起来后空间越小，下放越方便，当然考虑复杂性，一般为5到20边。

如图9所示，可扩展围护装置2的另一种实施例，由16块低碳钢钢丝网2.1首尾铰接而成。

一种穿越溶洞的灌注桩施工方法，包括以下步骤：

步骤1、如图1所示，溶洞上部覆盖层5施工，采用现有技术对溶洞上部覆盖层5钻孔成孔，对施工场地处理完成后，钻机就位，采用全套管全回转钻机施工工艺对溶洞上部覆盖层5进行桩孔8施工，此种钻孔施工方法不需要泥浆参与，可使用抓斗将孔内杂土挖出，在钻穿溶洞4顶板时可避免漏浆；

步骤2、如图2所示，溶洞上部覆盖层5桩孔成型后，将一个未充气的气囊1置于收叠状态的可扩展围护装置2内，然后利用吊装设备9将该可扩展围护装置2下放至溶洞4内，此时可扩展围护装置2处于收缩状态，尺寸小于桩孔8尺寸，可扩展围护装置2不会与桩孔8壁接触，更易下放，可扩展围护装置2高度略小于溶洞4高度；

步骤3、当可扩展围护装置2下放至溶洞4中间位置时，通过给气囊1充气，将可扩展围护装置2撑开；

步骤4、如图3所示，通过导管给可扩展围护装置2顶部和底部打膨胀材料3，使得可扩展围护装置2与溶洞4顶部和底部之间空隙被填充满，同时使得可扩展围护装置2定型，膨胀材料3完成膨胀之后可将可扩展围护装置2上下边缘与溶洞4之间的所不规则空隙完全填充，且利用膨胀材料3与溶洞4之间的接触压力为维护结构提供约束，防止可扩展围护装置2位移并保证可扩展围护装置2不会向内回缩。在桩身混凝土浇筑时可扩展围护装置2本身结构对混凝土产生约束；

步骤5、膨胀材料3固化后给气囊1放气，回收气囊1；

步骤6、如图4所示，对溶洞底部岩层6进行桩孔8成孔施工，直到钻孔深度达到桩身设计深度时停止钻进，对桩孔8成孔质量进行检测，检测合格开始进行下一步；

步骤7、如图5所示，待桩孔8成型并检验满足各项标准后，利用吊机下吊桩身钢筋笼，下放混凝土导管，并利用导管对桩孔8进行清孔处理。清孔完毕后，利用导管对桩身进行混凝土灌注，桩身固化后，完成灌注桩10施工，由于溶洞4内部的可扩展围护装置2完成扩展之后，围护结构尺寸大于装孔直径，因此在溶洞4内部会出现扩桩现象，此种现象可以有效的对溶洞上部覆盖层5产生有效的支撑力，避免溶洞4上方覆盖层坍塌，扩展桩身与溶洞4上下部岩层会产生咬合现象，可以有效提高桩身承载能力，提高桩身承载的安全性。灌注完成后灌注高度需高出设计桩高1m，保证桩身混凝土强度。溶洞4顶部桩孔8浇注完后，拔出溶洞4上部土层的钢护筒7回收，整体破除桩头，桩头钢筋打弯，成桩质量检测。桩基础施工结束。桩身完成施工，如图6所示。

本实施例中，所述膨胀材料3为聚氨酯发泡剂。

所述可扩展围护装置2撑开后截面大于溶洞4上下的桩孔8截面，使得灌注桩10的桩身在溶洞4区域为截面变大的咬合桩。

所述膨胀材料3也可以预先打在可扩展围护装置2的顶部和底部，当可扩展围护装置2下放并撑开过程中逐步膨胀。

在步骤1中，溶洞上部覆盖层5成孔时设置防止垮塌的钢护筒7。在步骤7中，混凝土浇注时分段浇注，先浇注溶洞4下放的桩身，然后浇注溶洞4区域的桩身，最后浇注溶洞4顶部区域的桩身，溶洞4顶部区域桩身浇注时，边浇注边拔出钢护筒7，钢护筒7回收后，整体破除桩头，桩头钢筋打弯，成桩质量检测。桩基础施工结束。桩身完成施工。