本发明涉及大直径桩基础钻孔方法，更具体地说，涉及一种穿越多层溶洞超深大直径桩基础钻孔方法。
背景技术：
随着建造规模及施工技术的不断发展，超深大直径(深度达到90m及以上,直径达到2.5m及以上)桩基础被越来越多应用在各类工程中去，而岩溶地质在国内分布极为广泛，岩溶地区超深大直径桩基础具有入岩较深、岩石强度极高、钻进时穿越多层溶洞等难点。目前国内此类桩基础常用施工方法为冲击钻施工，溶洞处理方法为反复填冲，但此方法施工进度极为缓慢、串状或大中型溶洞处理效果低微。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种效率高、施工周期短且能保证工程质量的穿越多层溶洞超深大直径桩基础钻孔方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明的一种穿越多层溶洞超深大直径桩基础钻孔方法，包括以下步骤：
(1)根据桩基础的相关地质勘探报告，确定桩基础施工过程中溶洞的位置、溶洞顶板和底板标高、溶洞类型、溶洞体积、溶洞在立面上的分布层数以及覆土层厚度；
(2)确定下放钢护筒参数，具体步骤如下：
(a)根据溶洞层数，确定需下放钢护筒的层数和各层钢护筒的直径，待下放钢护筒的层数确定方法为：每层溶洞均下放一根钢护筒，且旋挖钻施工时设置工作钢护筒，工作钢护筒穿过覆土层，溶洞层数为i，则钢护筒共有i+1级，钢护筒从外到内依次命名为t1、t2、t3…ti、ti+1，其中t1为工作钢护筒，ti+1为对应第i层溶洞的钢护筒，与各级钢护筒对应的钢护筒直径命名为d1、d2、d3…di、di+1，其中d1＞d2＞d3＞…di＞di+1＞d，所述的d代表桩基础设计直径；
(b)根据覆土层的厚度、溶洞的底板标高及溶洞大小参数确定各级钢护筒的长度和钢护筒壁厚，钢护筒的长度确定原则是各钢护筒底口低于对应层的溶洞底面或覆盖土层底面，确保钢护筒能把溶洞或覆盖土层全部隔离；钢护筒壁厚确定原则是考虑钢护筒最不利受力状态所对应的钢护筒壁厚；
(3)根据各级钢护筒直径与各级钻孔整体直径分别对应的原则确定各级钻孔整体直径，设定钢护筒t1、t2、t3…ti、ti+1依次对应钻孔整体直径为d1、d2、d3…di、di+1,其中d1＝d1，在d2、d3…di、di+1中di+1＞di+1且di+1＜di，则各级钻孔整体直径依次为d1、d2、d3…di、di+1、d，其中d1＞d2＞d3＞…di＞di+1＞d；
(4)岩石地层内的各级钻孔均采用分次钻孔的方式进行，最终使钻孔直径达到确定的各级钻孔整体直径；
(5)根据测量放样的桩孔中心及工作钢护筒所对应的钻孔整体直径，利用旋挖钻进行钻孔施工，直至钻孔穿过覆土层，将斜岩面磨平，进入覆土层以下的岩面；
(6)下放工作钢护筒，采用振动锤配合导向架的工艺将工作钢护筒下放至覆土层以下的岩面上；
(7)工作钢护筒下放到位后，开始覆土层底标高至第一层溶洞底板标高间的岩石地层钻孔施工，具体步骤为：
采用旋挖钻分次钻孔的方法对岩石地层分次开挖，直至钻进至第一层溶洞的底板标高处，并将第一层溶洞的底板磨平，钻孔整体直径为d2，具体方法为：钻进时先采用小直径的钻头钻进，钻进一定深度后，再采用大直径钻头对该段地层扩孔，依次循环，钻孔直径从小逐次增大直至达到该层确定的钻孔整体直径d2；
(8)采用振动锤配合导向架的工艺将对应第一层溶洞的第二级钢护筒下放至第一层溶洞的底板以下的岩面上；
(9)重复步骤(7)和步骤(8)，根据与各级钢护筒直径对应的各级钻孔整体直径依次进行上下相邻两层溶洞的底板间的岩石地层钻孔，并依次下放对应的各级钢护筒t3～ti+1，直至最后一级钢护筒ti+1下放完成；
(10)所有钢护筒下放完成后继续采用分次钻孔施工方法向下钻进，此时钻孔整体直径为桩基础设计直径，且钻进深度达到设计桩基础孔底标高；
(11)当钻进至设计桩基础孔底标高，并将孔底磨平后，结束钻进，所有钻孔施工完成。
本发明的有益效果是：便于操作，效率高、可快速完成穿越多层溶洞超深大直径桩基础钻孔施工，进而加快了桩基础及整个工程的施工进度。
附图说明
图1为穿越多层溶洞超深大直径桩基础钻孔示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示的本发明的一种穿越多层溶洞超深大直径桩基础钻孔方法，包括以下步骤：
(1)根据桩基础的相关地质勘探报告，确定桩基础施工过程中溶洞3的位置、溶洞顶板和底板标高、溶洞类型、溶洞体积、溶洞在立面上的分布层数i以及覆土层1厚度。
(2)确定下放钢护筒参数，具体步骤如下：
(a)根据溶洞3层数，确定需下放钢护筒的层数和各层钢护筒的直径。待下放钢护筒的层数确定方法为：每层溶洞均下放一根钢护筒，且旋挖钻施工时需设置工作钢护筒，工作钢护筒穿过覆土层1，溶洞层数为i，则钢护筒共有i+1级，钢护筒从外到内依次命名为t1、t2、t3…ti、ti+1，其中t1为工作钢护筒，ti+1为对应第i层溶洞的钢护筒。与各级钢护筒对应的钢护筒直径命名为d1、d2、d3…di、di+1，其中d1＞d2＞d3＞…di＞di+1＞d，所述的d代表桩基础设计直径。
桩基础设计直径d没有对应的钢护筒，即当按设计直径钻进时外侧是没有钢护筒的。此时已进入正常岩石地质，孔壁情况良好，不需要钢护筒进行支护或隔绝。
(b)根据覆土层1的厚度、溶洞3的底板标高及溶洞大小参数确定各级钢护筒的长度和钢护筒壁厚。钢护筒的长度确定原则是各钢护筒底口低于对应层的溶洞底面或覆盖土层底面，确保钢护筒能把溶洞或覆盖土层全部隔离；钢护筒壁厚确定原则是考虑钢护筒最不利受力状态，一般为在溶洞最大溶腔处灌注混凝土时钢护筒能够承受的内外压力差(安全系数根据规范要求选取即可，以保证钢护筒在承受最大外力时不发生变形)所对应的钢护筒壁厚，确保钢护筒的刚度及强度满足要求。
(3)根据各级钢护筒直径与各级钻孔整体直径分别对应的原则确定各级钻孔整体直径，设定钢护筒t1、t2、t3…ti、ti+1依次对应钻孔整体直径为d1、d2、d3…di、di+1,其中d1＝d1，在d2、d3…di、di+1中di+1＞di+1且di+1＜di，则各级钻孔整体直径依次为d1、d2、d3…di、di+1、d，其中d1＞d2＞d3＞…di＞di+1＞d，d代表桩基础设计直径。
(4)岩石地层内的各级钻孔均采用分次钻孔的方式进行，根据包括钻孔深度、岩石强度、旋挖钻型号及性能在内的因素综合考虑，岩石地层分次钻孔的初次钻孔直径一般为1.5m～1.8m，两次相邻钻孔直径差值一般控制在0.5～1m之间，最终使钻孔直径达到确定的各级钻孔整体直径。
(5)根据测量放样的桩孔中心及工作钢护筒t1所对应的钻孔整体直径d1，利用旋挖钻4进行钻孔施工，直至钻孔穿过覆土层1，将斜岩面磨平，进入覆土层1以下的岩面2。
(6)下放工作钢护筒t1，采用振动锤配合导向架的工艺将工作钢护筒t1下放至覆土层1以下的岩面2上。
(7)工作钢护筒t1下放到位后，开始覆土层1底标高至第一层溶洞3底板标高间的岩石地层钻孔施工，具体步骤为：
采用旋挖钻分次钻孔的方法对岩石地层分次开挖，直至钻进至第一层溶洞3的底板标高处，并将第一层溶洞3的底板磨平，钻孔整体直径为d2，具体方法为：钻进时先采用小直径的钻头钻进，钻进一定深度后，再采用大直径钻头对该段地层扩孔，依次循环，钻孔直径从小逐次增大直至达到该层确定的钻孔整体直径d2。
(8)采用振动锤配合导向架的工艺将对应第一层溶洞3的第二级钢护筒t2下放至第一层溶洞3的底板以下的岩面2上。
(9)重复步骤(7)和步骤(8)，根据与各级钢护筒直径对应的各级钻孔整体直径依次进行上下相邻两层溶洞3的底板(第一层溶洞3的底板至第i层溶洞3的底板)间的岩石地层钻孔，并依次下放对应的各级钢护筒t3～ti+1，直至最后一级钢护筒ti+1下放完成即最后一层(第i层)溶洞处理完成。
(10)所有钢护筒下放完成后继续采用分次钻孔施工方法向下钻进，此时钻孔整体直径为桩基础设计直径d，且钻进深度达到设计桩基础孔底标高。
(11)当钻进至设计桩基础孔底标高，并将孔底磨平后，结束钻进，所有钻孔施工完成。
实施例1
(1)某项目处于岩溶发育地区，设计桩径d＝2.5m。根据桩基础的相关地质勘探报告，确定桩基础施工过程中溶洞的位置、溶洞顶板和底板标高、溶洞类型、溶洞体积，溶洞在立面上的分布层数为两层，覆土层厚度为8m，第一层溶洞深度为范围(23.5～29)m，第二层溶洞深度范围(54.8～62.9)m。
(2)确定下放钢护筒参数，具体步骤如下：
(a)根据溶洞层数，确定需下放钢护筒的层数和各层钢护筒的直径。待下放钢护筒的层数确定方法为：每层溶洞均下放一根钢护筒，且旋挖钻施工时需设置工作钢护筒。工作钢护筒穿过覆土层，溶洞层数为2，则钢护筒共有3级，钢护筒从外到内依次命名为t1、t2、t3，其中t1为工作钢护筒，t2为对应第1层溶洞的钢护筒，t3为对应第2层溶洞的钢护筒。确定各级钢护筒直径分别为d1＝3.05m,d2＝2.86m,d3＝2.65m。
(b)根据覆土层的厚度、溶洞的底板标高及溶洞大小参数确定各级钢护筒的长度和钢护筒壁厚。钢护筒的长度确定原则是各钢护筒底口低于对应层的溶洞底面或覆盖土层底面，确保钢护筒能把溶洞或覆盖土层全部隔离，即工作刚护筒下放深度为8.2m，第一层钢护筒下放深度为29.2m，第二层钢护筒下放深度为63.1m。
(3)根据各级钢护筒直径与各级钻孔整体直径分别对应的原则确定各级钻孔整体直径，设定钢护筒t1、t2、t3依次对应钻孔整体直径为d1、d2、d3,其中d1＝d1，在d2、d3中d2＞d2且d2＜d1,d3＞d3且d3＜d2，根据施工需要，确定各钻孔直径分别为d1＝3.05m，d2＝2.92m，d3＝2.73m。
(4)岩石地层内的各级钻孔均采用分次钻孔的方式进行，岩石地层分次钻孔的初次钻孔直径为1.8mm，两次相邻钻孔直径差值控制在1m，最终使钻孔直径达到确定的各级钻孔整体直径。
(5)根据测量放样的桩孔中心及工作钢护筒t1所对应的钻孔整体直径d1，利用旋挖钻4进行钻孔施工，直至钻孔穿过覆土层1，将斜岩面磨平，进入覆土层1以下的岩面2。
(6)下放工作钢护筒t1，采用振动锤配合导向架的工艺将工作钢护筒t1下放至覆土层1以下的岩面2上。
(7)工作钢护筒t1下放到位后，开始覆土层1底标高至第一层溶洞3底板标高间的岩石地层钻孔施工，具体步骤为：
采用旋挖钻分次钻孔的方法对岩石地层分次开挖，直至钻进至第一层溶洞3的底板标高处，并将第一层溶洞3的底板磨平，钻孔整体直径为d2＝2.92m，具体方法为：钻进时先采用小直径的钻头钻进，钻进一定深度后，再采用大直径钻头对该段地层扩孔，依次循环，钻孔直径从小逐次增大直至达到该层确定的钻孔整体直径d2＝2.92m。
(8)采用振动锤配合导向架的工艺将对应第一层溶洞3的第二级钢护筒t2下放至第一层溶洞3的底板以下的岩面2上。
(9)重复步骤(7)和步骤(8)，根据与各级钢护筒直径对应的各级钻孔整体直径依次进行上下相邻两层溶洞3的底板(第一层溶洞的底板至第二层溶洞的底板)间的岩石地层钻孔，下放对应的钢护筒t3，下放完成即最后一层(第二层)溶洞处理完成。
(10)所有钢护筒下放完成后继续采用分次钻孔施工方法向下钻进，此时钻孔整体直径为桩基础设计直径d＝2.5m，且钻进深度达到设计桩基础孔底标高。
(11)当钻进至设计桩基础孔底标高，并将孔底磨平后，结束钻进，所有钻孔施工完成。
经检测该种方法可操作性强，可有效解决两层溶洞桩基施工溶洞处理反复低效的问题，加快了成孔效率，提高了工程质量。
实施例2
(1)某项目处于岩溶发育地区，设计桩径d＝2.5m。根据桩基础的相关地质勘探报告，确定桩基础施工过程中溶洞的位置、溶洞顶板和底板标高、溶洞类型、溶洞体积，溶洞在立面上的分布层数为三层，覆土层厚度为8m。第一层溶洞深度为范围(22.4～23.1)m，第二层溶洞深度范围(55.8～67.7)m，第三层溶洞深度范围(74.2～78.3)m。
(2)确定下放钢护筒参数，具体步骤如下：
(a)根据溶洞层数，确定需下放钢护筒的层数和各层钢护筒的直径。待下放钢护筒的层数确定方法为：每层溶洞均下放一根钢护筒，且旋挖钻施工时需设置工作钢护筒，工作钢护筒穿过覆土层，溶洞层数为3层，则钢护筒共有4级，钢护筒从外到内依次命名为t1、t2、t3、t4，其中t1为工作钢护筒，t2为对应第1层溶洞的钢护筒，t3为对应第2层溶洞的钢护筒，t4为对应第3层溶洞的钢护筒。确定各级钢护筒直径分别为d1＝3.3m,d2＝3.05m,d3＝2.86m，d4＝2.65m。
(b)根据覆土层1的厚度、溶洞3的底板标高及溶洞大小参数确定各级钢护筒的长度和钢护筒壁厚。钢护筒的长度确定原则是各钢护筒底口低于对应层的溶洞底面或覆盖土层底面，确保钢护筒能把溶洞或覆盖土层全部隔离，即工作刚护筒下放深度为8.2m，第一层钢护筒下放深度为23.3m，第二层钢护筒下放深度为67.9m，第三层钢护筒下放深度为78.5m；
(3)根据各级钢护筒直径与各级钻孔整体直径分别对应的原则确定各级钻孔整体直径，设定钢护筒t1、t2、t3、t4依次对应钻孔整体直径为d1、d2、d3、d4,其中d1＝d1，在d2、d3、d4中d2＞d2且d2＜d1,d3＞d3且d3＜d2，d4＞d4且d4＜d3,根据施工需要，确定各钻孔直径分别为d1＝3.3m，d2＝3.14m，d3＝2.92m，d4＝2.73m。
(4)岩石地层内的各级钻孔均采用分次钻孔的方式进行，岩石地层分次钻孔的初次钻孔直径为1.5m，两次相邻钻孔直径差值一般在0.5m，最终使钻孔直径达到确定的各级钻孔整体直径。
(5)根据测量放样的桩孔中心及工作钢护筒t1所对应的钻孔整体直径d1，利用旋挖钻4进行钻孔施工，直至钻孔穿过覆土层1，将斜岩面磨平，进入覆土层1以下的岩面2。
(6)下放工作钢护筒t1，采用振动锤配合导向架的工艺将工作钢护筒t1下放至覆土层1以下的岩面2上。
(7)工作钢护筒t1下放到位后，开始覆土层1底标高至第一层溶洞3底板标高间的岩石地层钻孔施工，具体步骤为：
采用旋挖钻分次钻孔的方法对岩石地层分次开挖，直至钻进至第一层溶洞3的底板标高处，并将第一层溶洞3的底板磨平，钻孔整体直径为d2＝3.14m，具体方法为：钻进时先采用小直径的钻头钻进，钻进一定深度后，再采用大直径钻头对该段地层扩孔，依次循环，钻孔直径从小逐次增大直至达到该层确定的钻孔整体直径d2＝3.14m。
(8)采用振动锤配合导向架的工艺将对应第一层溶洞3的第二级钢护筒t2下放至第一层溶洞3的底板以下的岩面2上。
(9)重复步骤(7)和步骤(8)，根据与各级钢护筒直径对应的各级钻孔整体直径依次进行上下相邻两层溶洞3的底板(第一层溶洞的底板至第三层溶洞的底板)间的岩石地层钻孔，并依次下放对应的各级钢护筒t3～t4，直至最后一级钢护筒t4下放完成即最后一层(第三层)溶洞处理完成。
(10)所有钢护筒下放完成后继续采用分次钻孔施工方法向下钻进，此时钻孔整体直径为桩基础设计直径d＝2.5m，且钻进深度达到设计桩基础孔底标高。
(11)当钻进至设计桩基础孔底标高，并将孔底磨平后，结束钻进，所有钻孔施工完成。
经检测该种方法可操作性强，可有效解决三层溶洞桩基础溶洞处理反复低效的问题，提高了桩基成孔效率，桩基成桩质量显著提高。
实施例3
(1)某项目处于岩溶发育地区，设计桩径d＝2.5m。根据桩基础的相关地质勘探报告，确定桩基础施工过程中溶洞的位置、溶洞顶板和底板标高、溶洞类型、溶洞体积、溶洞在立面上的分布层数为4层以及覆土层厚度为8m，第一层溶洞深度为范围(24.5～27.6)m，第二层溶洞深度范围(43.1～47.6)m，第三层溶洞深度范围(59.5～62.7)m，第四层溶洞深度范围(79.5～86.7)m。
(2)确定下放钢护筒参数，具体步骤如下：
(a)根据溶洞层数，确定需下放钢护筒的层数和各层钢护筒的直径。待下放钢护筒的层数确定方法为：每层溶洞均下放一根钢护筒，且旋挖钻施工时需设置工作钢护筒，工作钢护筒穿过覆土层，溶洞层数为四层，则钢护筒共有5级，钢护筒从外到内依次命名为t1、t2、t3、t4、t5,其中t1为工作钢护筒，t2为对应第一层溶洞的钢护筒，t3为对应第二层溶洞的钢护筒，t4为对应第三层溶洞的钢护筒,t5为对应第四层溶洞的钢护筒。确定各级钢护筒直径分别为d1＝3.6m,d2＝3.3m,d3＝3.05m，d4＝2.86m，d5＝2.65m。
(b)根据覆土层1的厚度、溶洞3的底板标高及溶洞大小参数确定各级钢护筒的长度和钢护筒壁厚。钢护筒的长度确定原则是各钢护筒底口低于对应层的溶洞底面或覆盖土层底面，确保钢护筒能把溶洞或覆盖土层全部隔离；即工作刚护筒下放深度为8.2m，第一层钢护筒下放深度为27.8m，第二层钢护筒下放深度为47.8m，第三层钢护筒下放深度为62.9m,第四层钢护筒下放深度为86.9m。
(3)根据各级钢护筒直径与各级钻孔整体直径分别对应的原则确定各级钻孔整体直径，设定钢护筒t1、t2、t3、t4、t5依次对应钻孔整体直径为d1、d2、d3、d4、d5,其中d1＝d1，在d2、d3、d4、d5中d2＞d2且d2＜d1,d3＞d3且d3＜d2，d4＞d4且d4＜d3，d5＞d5且d5＜d4，根据施工需要，确定各钻孔直径分别为d1＝3.6m，d2＝3.4m，d3＝3.14m，d4＝2.92，d5＝2.73m。
(4)岩石地层内的各级钻孔均采用分次钻孔的方式进行，岩石地层分次钻孔的初次钻孔直径为1.6mm，两次相邻钻孔直径差值一般控制在0.8m之间，最终使钻孔直径达到确定的各级钻孔整体直径。
(5)根据测量放样的桩孔中心及工作钢护筒t1所对应的钻孔整体直径d1，利用旋挖钻4进行钻孔施工，直至钻孔穿过覆土层1，将斜岩面磨平，进入覆土层1以下的岩面2。
(6)下放工作钢护筒t1，采用振动锤配合导向架的工艺将工作钢护筒t1下放至覆土层1以下的岩面2上。
(7)工作钢护筒t1下放到位后，开始覆土层1底标高至第一层溶洞3底板标高间的岩石地层钻孔施工，具体步骤为：
采用旋挖钻分次钻孔的方法对岩石地层分次开挖，直至钻进至第一层溶洞3的底板标高处，并将第一层溶洞3的底板磨平，钻孔整体直径为d2＝3.4m，具体方法为：钻进时先采用小直径的钻头钻进，钻进一定深度后，再采用大直径钻头对该段地层扩孔，依次循环，钻孔直径从小逐次增大直至达到该层确定的钻孔整体直径d2＝3.4m。
(8)采用振动锤配合导向架的工艺将对应第一层溶洞3的第二级钢护筒t2下放至第一层溶洞3的底板以下的岩面2上。
(9)重复步骤(7)和步骤(8)，根据与各级钢护筒直径对应的各级钻孔整体直径依次进行上下相邻两层溶洞3的底板(第一层溶洞的底板至第四层溶洞的底板)间的岩石地层钻孔，并依次下放对应的各级钢护筒t3～t5，直至最后一级钢护筒t5下放完成即最后一层(第四层)溶洞处理完成。
(10)所有钢护筒下放完成后继续采用分次钻孔施工方法向下钻进，此时钻孔整体直径为桩基础设计直径d＝2.5m，且钻进深度达到设计桩基础孔底标高。
(11)当钻进至设计桩基础孔底标高，并将孔底磨平后，结束钻进，所有钻孔施工完成。
经检测本方法可操作性强，相比于传统桩基钻孔施工方法，可有效解决四层溶洞超深大直径桩基础施工溶洞处理反复低效的问题，桩基成孔效率及成孔质量显著提高。