一种岩溶地区钻孔灌注桩结构及施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种岩溶地区钻孔灌注桩结构，其特征在于结构主要包括钻孔灌注桩、囊袋注浆体、预应力锚索；原溶洞处回填有粘土片石混合物；钻孔灌注桩顶部设置桩顶扩大桩身，溶洞位置设置囊袋注浆体；囊袋注浆体内设置挤扩钢筋笼；钻孔灌注桩周围设置预应力锚索孔，预应力锚索顶部贯穿桩顶扩大桩身。本发明不但具有施工速度快、造价低等优点，而且通过改变钻孔灌注桩作用机理，增加单桩承载能力，达到加固地基的目的。本发明还公开了上述岩溶地区钻孔灌注桩结构的施工方法。
【专利说明】一种岩溶地区钻孔灌注粧结构及施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钻孔灌注桩结构及施工方法，特别涉及一种岩溶地区的囊袋挤扩钻孔灌注桩结构和施工方法。属于基础工程领域，适用于岩溶地区基础工程。
【背景技术】
[0002]我国地域辽阔，地质条件复杂多样，众多地区分布着岩溶地区。在岩溶地区进行桩基施工非常困难，事故多，进度慢，成本高，特别是在遇到溶洞的地层，易出现漏浆、断桩、溶洞垮塌等问题。针对这一复杂特殊的地层，目前常用的桩基施工方法有挖孔桩孔壁支护施工法、钻孔灌注桩钢护筒法和护筒跟进冲孔桩施工方法。
[0003]挖孔桩孔壁支护施工法施工工艺简单，技术要求较低，所有桩孔的开挖可同时进行，施工速度快，成本低，但挖孔桩孔壁支护施工法同时也具有其局限性，桩长需在20m以内，只适用于溶洞较小(溶洞高度一般在5m以内)且溶洞水位较低的无较厚砂砾层或砂层桩基地层中使用。
[0004]钻孔施工法桩长可达25m以上，当较厚的中粗砂层、风化严重的砾石、碎石，地下涌水量较大有溶洞且溶洞较大(溶洞高度一般在5m?10m)，孔内水位较高时较为适宜，但该方法对技术要求高，施工不当易出现溶洞塌陷的危害。
[0005]护筒跟进冲孔桩施工方法是用锤机冲孔成孔，同时结合护筒跟进的方法增强护壁强度，冲孔至击穿溶洞后回填粘土片石混合物后继续采用护筒跟进冲孔成孔至设计标高，最后采用导管法浇筑庄胜混凝土。该方法适用于高度在IOm以上且呈充填、半充填状态的大溶洞，并且采用内钢护筒沉放穿过淤泥、砂砾堆积层、溶洞区域，增强桩基护壁强度，保证混凝土正常灌注，有效防止塌孔、断桩现象，但此方法对溶洞填充要求高，填充必须完全密实，填充质量将很大程度上影响桩的承载能力；采用冲孔成孔，虽然在一定程度上加强了孔壁强度，但锤击过程地基震动大，存在垂直度不易控制的缺点。
[0006]为进一步提高岩溶地区钻孔灌注桩的承载能力，目前在护筒跟进冲孔桩的基础上，结合采用支盘机在溶洞底部挤扩形成支盘状孔洞，浇筑混凝土后形成扩大桩身，通过改变桩基作用机理，加强承载能力，但该方法形成的扩大桩身处钢筋笼不易安装，扩大桩身强度不高。
[0007]综上所述，现有的岩溶地区钻孔灌注桩在虽然加快了桩基施工速度，在成孔方式上加强了孔壁强度，通过回填粘土片石混合物等方法有效地解决了岩溶地区成桩易出现漏浆、断桩、溶洞垮塌的问题，但仍存在可改善之处，主要体现在成桩过程对回填物密实度的要求较高，溶洞地区桩基承载能力可能远远达不到设计值。
[0008]鉴于此，为提高施工速度、加固桩基土层的强度，同时加强扩大桩身的强度，目前亟需发明一种施工质量可靠、施工速度快、承载能力强的新型岩溶地区钻孔灌注桩结构及施工方法。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种施工快速、施工质量便于控制、单桩承载能力强的新型岩溶地区钻孔灌注桩结构及施工方法。
[0010]为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案:
一种岩溶地区钻孔灌注桩结构，其特征在于所述结构主要包括钻孔灌注桩、囊袋注浆体、预应力锚索；原溶洞处回填有粘土片石混合物；钻孔灌注桩顶部设置桩顶扩大桩身，溶洞位置处的钻孔灌注桩上设置有囊袋注浆体，所述囊袋注浆体外包裹的囊袋上下两端均与钻孔灌注桩桩身钢筋笼绑扎固定；钻孔灌注桩的顶部周围设置有预应力锚索孔，预应力锚索顶部贯穿桩顶扩大桩身，下部贯穿粘土片石混合物，并锚固于桩底稳定持力层内。
[0011]所述囊袋注浆体内部设置有挤扩钢筋笼，挤扩钢筋笼由主筋、连接环、连接板和拉扩钢筋组成；主筋之间采用连接板连接；连接板包括上部连接板、下部连接板和侧面连接板，下部连接板中心位置焊有拉扩钢筋；上部连接板上焊有固定钢筋，固定钢筋一端与桩身钢筋笼焊接连接。
[0012]所述连接板上均匀设置有孔洞。
[0013]所述挤扩钢筋笼的主筋两端分别设置连接环，连接环与主筋采用焊接连接，连接环与连接板的孔洞相扣连接。
[0014]上部连接板中心预留孔洞，拉扩钢筋贯穿上部连接板上的预留孔洞。
[0015]一种岩溶地区钻孔灌注桩结构的施工方法，主要包括以下步骤:
1)布设桩位:根据设计要求测绘桩体位置，并在指定位置布设钻孔机；
2)溶洞以上土层护筒跟进法成孔:采用钻孔机在桩基位置钻孔，每钻孔一段距离护筒跟进一端距离，直至击穿溶洞顶部；
3)回填粘土片石混合物:向溶洞内填充粘土片石混合物，并反复用锤击夯实，直至溶洞填充密实；
4)溶洞处成孔:采用钻机在溶洞回填物处钻孔；
5)形成扩大支盘:采用吊机吊入挤扩支盘机，在设计位置挤扩旋转，形成挤扩支盘孔
洞；
6)溶洞以下土层护筒跟进法成孔:采用胡同跟进法施工方法钻孔，直至遇到下一个溶洞或钻孔深度到达设计标高，若遇到下一个溶洞，则重复采用步骤2)?5)进行钻孔施工；
7)安放主钢筋笼和挤扩钢筋笼:安放主钢筋笼，主钢筋笼挤扩支盘孔洞位置绑扎布囊袋，并将挤扩钢筋笼放置挤扩支盘孔洞位置，拉升拉扩钢筋至挤扩钢筋笼扩大，布置于整个挤扩支盘孔洞；
8)浇筑桩身混凝土并制作桩顶扩大桩身:采用导管法灌注桩身混凝土，在挤扩支盘孔洞处配合使用高压旋喷技术，使布囊袋扩大，形成囊袋注浆体；
9)桩周设置预应力锚索:钻孔灌注桩桩周钻孔，钻孔穿过溶洞，钻孔形成后安装预应力锚索，并在预应力锚索周围孔洞内灌注水泥浆。
[0016]本发明具有以下的特点和有益效果:
(I)钻孔灌注桩桩身在溶洞底部处设置囊袋注浆体，支撑在溶洞底部，充分利用桩身范围内溶洞以下部位的硬土层，扩大了基桩与硬土层的接触，发挥了支盘的端承作用，达到提闻承载力的目的。
[0017](2)囊袋注浆体内设置有挤扩钢筋笼，增强了扩大桩身与主桩身的连接强度，增强扩大桩身的抗剪切能力，进一步提高钻孔灌注桩的承载能力。
[0018](3)钻孔灌注桩周围设置预应力锚索，预应力锚索贯穿溶洞，加强了溶洞处回填的粘土片石混合物与原土层的粘结强度，增加桩基周围土体强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明岩溶地区钻孔灌注桩结构的结构示意图；
图2是溶洞处扩大桩身内部挤扩钢筋笼结构示意图；
图3是挤扩钢筋笼侧面连接板及连接详图；
图4是挤扩钢筋笼上部连接板及连接详图；
图5是挤扩钢筋笼下部连接板及连接详图。
[0020]图中:1_原土层，2-粘土片石混合物，3-钻孔灌注桩，4-囊袋注浆体，5-预应力锚索，6-桩身钢筋笼，7-挤扩钢筋笼，8-囊袋，9-桩顶扩大桩身，10-锚具，11-连接环，12-连接板，13-拉扩钢筋，14-固定钢筋，15-主筋。
【具体实施方式】
[0021]本实施方式中钻孔灌注桩主筋的绑扎和焊接施工要求、溶洞处回填粘土片石混合物施工要求、预应力锚索钻孔及安装施工要求、张力施工要求等本实施例中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。
[0022]图1是本发明岩溶地区钻孔灌注桩结构的结构示意图，图2是溶洞处扩大桩身内部挤扩钢筋笼结构示意图，参照图1、图2所示，本发明岩溶地区钻孔灌注桩结构主要由钻孔灌注桩3、囊袋注浆体4、预应力锚索5组成。
[0023]经勘察发现的原土层I中存在一个或多个溶洞，钻孔灌注桩成孔过程中在溶洞处回填粘土片石混合物2，其中粘土与片石的比例为1:1，回填粘土片石混合物2填满整个溶洞并穷实。
[0024]钻孔灌注桩3直径为800mnTl200mm，钻孔灌注桩3内安放桩身钢筋笼6，桩身钢筋笼6主筋选用HRB335螺纹钢筋，公称直径为20mm，箍筋选用直径为IOmm的HPB300钢筋，间距取200mm，主筋接头采用双面焊接，双面焊接长度为5d，且搭接的两主筋位于同一轴线上。
[0025]溶洞底部位置设置挤扩钢筋笼7，挤扩钢筋笼7可通过提拉拉扩钢筋13扩大直径，挤扩钢筋笼7主筋15采用直径为20mm的HRB335螺纹钢筋，挤扩钢筋笼7主筋15之间采用连接环11和连接板12相扣连接，连接环11采用20mm的圆钢制成，预制成圆环形，与挤扩钢筋笼7主筋15焊接连接；连接板12用强度为Q345钢板预制而成，连接板12对应位置预留20mnT23mm的预留孔，与挤扩钢筋笼主筋上的连接环11套接；挤扩钢筋笼7下部连接板上表面焊接拉扩钢筋13，拉扩钢筋13采用直径为IOmm的圆钢，并穿过上部连接板中间预留的孔洞；挤扩钢筋笼7上部连接板与桩身钢筋笼通过固定钢筋14焊接固定。
[0026]挤扩钢筋笼7外设置囊袋8，囊袋8由聚丙烯人造纤维制成的无纺织土工布料，囊袋8包裹整个挤扩钢筋笼7，囊袋8上下部分与桩身钢筋笼绑扎。
[0027]钻孔灌注桩3桩身采用C30混凝土浇筑而成，在囊袋处采用高压旋喷的方法使囊袋8扩张，形成囊袋注浆体4，桩身顶部制作厚度为1000mnTl500mm的桩顶扩大桩身9。[0028]钻孔灌注桩3周围设置4飞根预应力锚索5，预应力锚索采用一根无粘结钢绞线，公称直径为15.24mm ;预应力锚索5贯穿原土层I和粘土片石混合物2，周围采用低压多次注浆工艺定量注浆法注浆，注浆材料为纯水泥浆，水泥采用P.042.5水泥，水泥与水的配合比为1:0.55。预应力锚索5顶部贯穿桩顶扩大桩身9，用锚具10固定。
[0029]岩溶地区钻孔灌注桩结构的施工方法，主要包括以下步骤:
1)布设桩位:根据设计要求测绘桩体位置，并在指定位置布设钻孔机；
2)溶洞以上土层护筒跟进法成孔:采用钻孔机在桩基位置钻孔，每钻孔一段距离护筒跟进一端距离，直至击穿溶洞顶部；
3)回填粘土片石混合物:向溶洞内填充粘土片石混合物，并反复用锤击夯实，直至溶洞填充密实；
4)溶洞处成孔:采用钻机在溶洞回填物处钻孔；
5)形成扩大支盘:采用吊机吊入挤扩支盘机，在设计位置挤扩旋转，形成挤扩支盘孔
洞；
6)溶洞以下土层护筒跟进法成孔:采用胡同跟进法施工方法钻孔，直至遇到下一个溶洞或钻孔深度到达设计标高，若遇到下一个溶洞，则重复采用步骤2)?5)进行钻孔施工；
7)安放主钢筋笼和挤扩钢筋笼:安放主钢筋笼，主钢筋笼挤扩支盘孔洞位置绑扎布囊袋，并将挤扩钢筋笼放置挤扩支盘孔洞位置，拉升拉扩钢筋至挤扩钢筋笼扩大，布置于整个挤扩支盘孔洞；
8)浇筑桩身混凝土并制作桩顶扩大桩身:采用导管法灌注桩身混凝土，在挤扩支盘孔洞处配合使用高压旋喷技术，使布囊袋扩大，形成囊袋注浆体；
9)桩周设置预应力锚索:钻孔灌注桩桩周钻孔，钻孔穿过溶洞，钻孔形成后安装预应力锚索，并在预应力锚索周围孔洞内灌注水泥浆。
【权利要求】
1.一种岩溶地区钻孔灌注桩结构，其特征在于所述结构主要包括钻孔灌注桩、囊袋注浆体、预应力锚索；原溶洞处回填有粘土片石混合物；钻孔灌注桩顶部设置桩顶扩大桩身，溶洞位置处的钻孔灌注桩上设置有囊袋注浆体，所述囊袋注浆体外包裹的囊袋上下两端均与钻孔灌注桩桩身钢筋笼绑扎固定；钻孔灌注桩的顶部周围设置有预应力锚索孔，预应力锚索顶部贯穿桩顶扩大桩身，下部贯穿粘土片石混合物，并锚固于桩底稳定持力层内。
2.如权利要求1所述的岩溶地区钻孔灌注桩结构，其特征在于所述囊袋注浆体内部设置有挤扩钢筋笼，挤扩钢筋笼由主筋、连接环、连接板和拉扩钢筋组成；主筋之间采用连接板连接；连接板包括上部连接板、下部连接板和侧面连接板，下部连接板中心位置焊有拉扩钢筋；上部连接板上焊有固定钢筋，固定钢筋一端与桩身钢筋笼焊接连接。
3.根据权利要求2所述的岩溶地区钻孔灌注桩结构，其特征在于所述连接板上均匀设置有孔洞。
4.根据权利要求3所述的岩溶地区钻孔灌注桩结构，其特征在于所述挤扩钢筋笼的主筋两端分别设置连接环，连接环与主筋采用焊接连接，连接环与连接板的孔洞相扣连接。
5.根据权利要求2所述的岩溶地区钻孔灌注桩结构，其特征在于上部连接板中心预留孔洞，拉扩钢筋贯穿上部连接板上的预留孔洞。
6.一种岩溶地区钻孔灌注桩结构的施工方法，主要包括以下步骤: 1)布设桩位:根据设计要求测绘桩体位置，并在指定位置布设钻孔机； 2)采用钻孔机在桩基位置钻孔，每钻孔一段距离护筒跟进一端距离，直至转穿溶洞顶部; 3)回填粘土片石混合物:向溶洞内填充粘土片石混合物，并反复用锤击夯实，直至溶洞填充密实； 4)溶洞处成孔:采用钻机在溶洞回填物处钻孔； 5)形成扩大支盘:采用吊机吊入挤扩支盘机，在设计位置挤扩旋转，形成挤扩支盘孔洞； 6)溶洞以下土层护筒跟进法成孔:采用护筒跟进法施工方法钻孔，直至遇到下一个溶洞或钻孔深度到达设计标高，若遇到下一个溶洞，则重复采用步骤2)?5)进行钻孔施工； 7)安放主钢筋笼和挤扩钢筋笼:安放主钢筋笼，主钢筋笼挤扩支盘孔洞位置绑扎布囊袋，并将挤扩钢筋笼放置挤扩支盘孔洞位置，拉升拉扩钢筋使挤扩钢筋笼扩大，布置于整个挤扩支盘孔洞； 8)浇筑桩身混凝土并制作桩顶扩大桩身:采用导管法灌注桩身混凝土，在挤扩支盘孔洞处配合使用高压旋喷技术，使布囊袋扩大，形成囊袋注浆体； 9)桩周设置预应力锚索:钻孔灌注桩桩周钻孔，钻孔穿过溶洞，钻孔形成后安装预应力锚索，并在预应力锚索周围孔洞内灌注水泥浆。
【文档编号】E02D5/34GK103835284SQ201410060511
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】钱申春, 王明礼, 孙学军, 崔健, 牛奔, 彭申凯, 董宏德 申请人:安徽省公路桥梁工程有限公司