一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法及装置与流程

1.本发明涉及桥梁工程领域，特别涉及一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法，本发明还涉及一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的装置。


背景技术：

2.泥浆护壁钻孔灌注桩工艺是通过桩机在泥浆护壁条件下慢速钻进，将钻渣利用泥浆带出，并保护孔壁不致坍塌，成孔后再使用水下混凝土浇筑的方法将泥浆置换出来而成的桩。泥浆护壁钻孔灌注桩按成孔工艺和成孔机械的不同，可分为冲击成孔灌注桩、冲抓成孔灌注桩、回转钻成孔灌注桩和潜水钻成孔灌注桩。其中以回转钻成孔灌注桩应用最多，为国内应用范围较广的成桩方式。回转钻机具有钻头回转切削、泥浆循环排土、泥浆保护孔壁的特点，泥浆护壁钻孔灌注桩施工是一种湿作业方式，可用于各种地质条件。
3.桩基穿越溶洞层目前的施工方法主要为填充法和全钢护筒跟进法。下面对现有技术进行说明。
4.填充法分为桩基钻进到溶洞后进行填充和桩基施工前通过注浆孔进行填充两种方式，通常采用粘土、混凝土、水泥浆等材料进行填充。1、直接钻通溶洞顶部，其后加入填充材料对溶洞进行填充，填充至溶洞层以上适当距离后，再对填充区进行钻孔，顺利穿越溶洞层后，继续施工直至达到设计深度；2、钻进前从地面使用小孔钻机钻通溶洞顶部，从孔内灌注填充材料填充溶洞。
5.填充法采用填充物对溶洞层进行填充的缺陷在于：1.直接钻进溶洞顶部后进行填充，由于溶洞无填充物支撑，溶洞顶部容易发生塌陷，易发生塌孔危险；2、填充物不易填满溶洞层，在钻孔穿越填充层时易发生填充物垮塌，桩基孔再次与溶洞贯通；3.填充物对溶洞层封闭效果较难检查和控制，桩基混凝土灌注施工时，由于压力增大容易压穿填充物，导致桩基混凝土涌入溶洞内，造成桩基混凝土超耗，甚至不能完成桩基灌注；4.对于较大的溶洞层，填充物需求量大，粘土等材料填充效果较差，采用混凝土填充费用较高。
6.全护筒跟进法指在溶洞区桩基施工时，随着桩基向下钻孔，采用钢护筒分段跟进，并穿过溶洞层，通过钢护筒隔开溶洞层的施工方法，全护筒跟进法需要钢护筒从地面开始设置，直至穿透溶洞层以下适当位置，对于溶洞层较深的情况，投入的钢护筒量较大，成本较高。
7.所以，目前亟需一种技术方案，以解决桩基施工时溶洞封堵成本高，且使用填充法施工时填充效果较难检测和控制的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于：克服现有技术中所存在的桩基施工时溶洞封堵成本高，且使用填充法施工时填充效果较难检测和控制的技术问题，提供一种桩基穿越封闭式溶洞层的施工方法及装置。
9.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法，基于泥浆护壁钻孔工艺，包括如下步骤：s1：进行地质探勘，确定溶洞层深度；s2：依据设计桩基孔径进行钻孔形成桩基孔，桩基孔成孔半径较设计桩基半径大10-20cm，在钻头距离溶洞2-3m时，停止钻进；s3：更换小孔径钻机，在桩基孔底部钻设与溶洞连通的注浆孔，在注浆孔内设置排气装置；s4：在桩基孔内持续添加泥浆，通过排气装置控制排气速度，同步检测排气压力，使泥浆通过排气装置与注浆孔的间隙缓慢流入溶洞并充满溶洞；s5：继续依据设计桩基孔径进行钻孔，钻头穿透溶洞层后继续钻入溶洞层下的密实地层，然后撤出钻头；s6：在桩基孔内放入隔断密封装置，使隔断密封装置覆盖溶洞断面，隔断密封装置两端均位于密实地层；s7：调整隔断密封装置，填充隔断密封装置与桩基孔内壁之间的间隙，完成溶洞与桩基孔的封闭隔离；s8：继续按设计工艺钻孔完成桩基孔。
10.本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法，在距离溶洞顶2-3m处开设注浆孔，使泥浆填充满溶洞，为溶洞提供支撑，保证桩基钻进过程中不发生塌孔，节约溶洞填充工序施工时间，且泥浆为流体态，大溶洞或小溶洞的填充均能适应，泥浆填充相比其他填充材料填充成本更低，可依据排气压力值变为零判断泥浆已将泥浆填充满，同时，通过在桩基孔内设置覆盖溶洞断面的密封隔离件，实现完全隔断溶洞，具有原理简单清晰，作业人员易理解的特点。
11.作为本发明的优选方案，s3中，所述注浆孔直径为15-20cm，所述排气装置包括排气管，所述排气管直径为50-100mm。通过注浆孔直径设置为15-20cm、排气管直径设置为50mm，保证注浆孔和排气管之间的间隙大小适中，易于控制泥浆填充溶洞的速度。
12.作为本发明的优选方案，s5中，钻头穿透溶洞层后继续钻入溶洞层下的密实地层的深度不小于1m。保证密封件设置在密实地层，确保密封的牢固性。
13.作为本发明的优选方案，s6中，隔断密封装置包括空心圆柱隔断件和若干密封件，所述密封件套装于所述空心圆柱隔断件，所述空心圆柱隔断件内直径比设计桩基直径大10-20cm，所述空心圆柱隔断件外壁与桩基孔壁间隙为5-10cm。空心圆柱结构和桩基孔形状适配，隔断效果更好；空心圆柱隔断件内直径比设计桩基直径大10-20cm，不会影响原有设计桩基的结构；所述空心圆柱隔断件外壁与桩基孔壁的间隙为5-10cm，留设间隙使空心圆柱隔断件位置易于调整。
14.一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，包括排气装置和隔断密封装置，所述排气装置包括排气管，所述排气管用于在桩基孔未贯穿溶洞时穿过桩基孔底部注浆孔，所述排气管一端经注浆孔伸入溶洞内、另一端设置于地面，所述排气管外壁与所述注浆孔之间留有间隙，所述隔断密封装置用于在桩基孔贯穿溶洞后覆盖溶洞断面，完成溶洞与桩基孔的封闭隔离。
15.本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，通过排气装置在控制气体
流速，使泥浆缓慢填充满溶洞，通过排气压力值判断溶洞填充情况，保证溶洞填充质量，通过隔断密封装置将溶洞断面覆盖，实现溶洞与桩基孔的完全封闭隔离。
16.作为本发明的优选方案，所述排气管设置有流量控制件。流量控制件可以更精确控制气体流速，从而控制泥浆填充速度。
17.作为本发明的优选方案，所述隔断密封装置包括空心圆柱隔断件，所述空心圆柱隔断件两端均位于密实地层，所述空心圆柱隔断件内直径大于设计桩基直径，所述空心圆柱隔断件外直径小于桩基成孔直径，所述空心圆柱隔断件位于密实地层的两端外壁均设置密封件，所述密封件用于填充空心圆柱隔断件与桩基孔内壁的间隙。空心圆柱隔断件可以完全覆盖溶洞断面，通过密封件完全隔离密封溶洞，密封件设置于密实地层，在保证密封效果的同时，也保证了隔断密封装置在桩基孔内的稳定性。
18.作为本发明的优选方案，所述密封件包括环形橡胶结构件，所述环形橡胶结构件内壁与所述空心圆柱隔断件外壁贴合，所述环形橡胶结构件外壁与桩基孔内壁贴合。提供更好的密封效果。
19.作为本发明的优选方案，所述环形橡胶结构件包括气囊结构件，所述气囊结构件表面设置充气口，所述充气口设置有止回阀，所述充气口连接充气管，所述充气管延伸至地面的桩基孔口。气囊结构件作为密封件是一种更好的选择，未充气状态下，气囊结构件不会阻碍空心圆柱隔断件在桩基孔内的位置调整，充满气体后充气口设置的止回阀防止气囊内气体从充气口泄露，在充气状态下实现密封固定效果；气囊结构件在充气未膨胀状态的环径通常为空心圆柱隔断件与桩基孔壁间隙的1.5倍，能使气囊结构件在充气膨胀状态下提供更好的密封效果。
20.作为本发明的优选方案，所述空心圆柱隔断件位于密实地层的任一端部外壁设置至少三个所述密封件。空心圆柱隔断件位于密实地层的任一端部外壁设置至少三个所述密封件，保证密封效果。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果：1、本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法，在距离溶洞顶2-3m处开设注浆孔，使泥浆填充满溶洞，为溶洞提供支撑，保证桩基钻进过程中不发生塌孔，节约溶洞填充工序施工时间，且泥浆为流体态，大溶洞或小溶洞的填充均能适应，泥浆填充相比其他填充材料填充成本更低，可依据排气压力值变为零判断泥浆已将泥浆填充满，同时，通过在桩基孔内设置覆盖溶洞断面的密封隔离件，实现完全隔断溶洞，具有原理简单清晰，作业人员易理解的特点；2、本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，通过排气装置控制气体流速，使泥浆缓慢填充满溶洞，通过排气压力值判断溶洞填充情况，保证溶洞填充质量，通过隔断密封装置将溶洞断面覆盖，实现溶洞与桩基孔的完全封闭隔离；3、本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，施工装置所需材料均为常规材料，实现难度低；4、本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法及装置，可用于多溶洞的桩基钻孔施工，与传统填充法和全护筒跟进法比较，本方案投入低，经济效果突出。
22.附图说明：图1为本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法的隔断密封装置使用
时的剖视结构示意图；图2为本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法的隔断密封装置的俯视结构示意图；图3是本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法的排气装置使用时的剖视结构示意图。
23.图中标记： 1-桩基孔，2-设计桩基，3-空心圆柱隔断件，4-密封件，5-排气管，6-泥浆，7-注浆孔。
具体实施方式
24.下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
25.实施例1本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法，使用如图1-3所示的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的装置，基于泥浆护壁钻孔工艺，所用泥浆6为水和黏土混合而成，包括如下步骤：s1：进行地质勘探，查明溶洞层深度；s2：依据设计桩基2孔径进行钻孔形成桩基孔1，桩基孔1成孔半径较设计桩基2半径大10-20cm，在钻头距离溶洞2-3m时，停止钻进；s3：更换为成孔直径15-20cm钻机，钻通保留的溶洞层，并插入直径50-100mm的排气管5，使排气管5一端位于溶洞内；s4：在桩基孔1内持续添加泥浆6的同时，控制排气管5放气速度，让泥浆6通过注浆孔7缓慢流入溶洞，直至泥浆6充满溶洞层，过程中需注意控制排气不能过快，需保证溶洞内泥浆6液面缓慢上升，防止坍孔，填充过程中需同步检测排气压力，通过判断排气压力值大小来判断溶洞是否填充满，当排气压力值与大气压力趋近时，判断溶洞已填充满；s5：泥浆6充满溶洞后，继续依据设计桩基2孔径进行钻孔，穿透溶洞层后继续钻入溶洞底部密实地层1m；s6：从桩基孔1口放入直径比设计桩基2直径大10-20cm的空心圆柱隔断件3，空心圆柱隔断件3底部和顶部均需伸入密实地层1m；s7：空心圆柱隔断件3底部的密实地层处设置三道环形封闭橡胶气囊，空心圆柱隔断件3顶部的密实地层处设置三道环形封闭橡胶气囊，随空心圆柱隔断件3一同放入孔内合适位置，通过延伸至地面的充气管从下至上依次对环形封闭橡胶气囊充气，橡胶气囊气压达到0.6-1mpa时停止充气，橡胶气囊膨胀后牢固封闭空心圆柱隔断件3与桩基孔1壁的空隙，完成溶洞层的隔离封闭；s8：继续依据设计桩基2孔径进行钻孔，完成后续桩基施工工序。
26.本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工方法，结合泥浆填充与空心圆柱隔断件3共同完成桩基工程穿越封闭式溶洞的施工，在距离溶洞顶2-3m处开设注浆孔7，使泥浆6填充满溶洞，为溶洞提供支撑，保证桩基钻进过程中不发生塌孔，节约溶洞填充工序施工时间，且泥浆6为流体态，大溶洞或小溶洞的填充均能适应，泥浆6填充相比其他填充材
料填充成本更低，同时，通过在桩基孔1内设置覆盖溶洞断面的密封隔离件，实现完全隔断溶洞，具有原理简单清晰，作业人员易理解的特点。
27.具体的，在实际施工中，通过控制排气管5的放气速度，让泥浆6通过注浆孔7缓慢流入溶洞，使泥浆6能够完全填满溶洞，且泥浆6填充过程，由于泥浆置换了溶洞内空气体积，被置换部分的空气从排气管5排出，可通过检测排气压力值，判断溶洞填充情况，当排气压力值与大气压力趋近，可判断溶洞填充完成，实现溶洞填充状态的准确获取，同时，由于溶洞空间较排气管出口更大，泥浆置换过程中将影响溶洞内气压，使溶洞内部气压相对于大气压力更大，有利于使泥浆6在压力作用下流动范围更广，对于溶洞边缘位置的填充效果更好，有利于提高泥浆6填充密实度，相对于现有溶洞填充法，能够确保填充物填满溶洞，填充效果更好，使后续桩基成孔顺利进行。
28.进一步的，在实际施工中，若桩基孔1钻进过程中在竖直纵向方向遭遇多个封闭式溶洞，则对每个封闭式溶洞分别进行封闭，空心圆柱隔断件3在桩基工程成孔的竖直方向呈分段设置，且各空心圆柱隔断件3长度与各溶洞层高度相适应，相对于全护筒跟进法不仅减少了护筒材料，且提高了施工灵活性，使桩基工程的成孔效率较高，成孔质量较好，有利于提高桩基成桩质量。
29.实施例2如图1-3所示的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，包括排气装置和隔断密封装置，所述排气装置包括排气管5，所述排气管5用于在桩基孔1未贯穿溶洞时穿过桩基孔1底部注浆孔7，所述排气管5一端经注浆孔7伸入溶洞内、另一端设置于地面，所述排气管5外壁与所述注浆孔7之间留有间隙，所述隔断密封装置用于在桩基孔1贯穿溶洞后覆盖溶洞断面，完成溶洞与桩基孔1的封闭隔离；所述排气管5设置有流量控制件；所述隔断密封装置包括空心圆柱隔断件3，所述空心圆柱隔断件3两端均位于密实地层，所述空心圆柱隔断件3内直径大于设计桩基2直径，所述空心圆柱隔断件3外直径小于桩基成孔直径，所述空心圆柱隔断件3位于密实地层的两端外壁均设置密封件4，所述密封件4用于填充空心圆柱隔断件3与桩基孔1内壁的间隙；所述密封件4包括环形橡胶结构件，所述环形橡胶结构件内壁与所述空心圆柱隔断件3外壁贴合，所述环形橡胶结构件外壁与桩基孔1内壁贴合；所述环形橡胶结构件包括气囊结构件，所述气囊结构件表面设置充气口，所述充气口设置有止回阀，所述充气口连接充气管，所述充气管延伸至地面的桩基孔1口；所述空心圆柱隔断件3位于密实地层的任一端部外壁设置至少三个所述密封件4。
30.本实施例的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，注浆孔7直径设置为15-20cm，排气装置为带排气阀的排气管5，排气管5直径为50-100mm，带排气阀的一端的排气管设置于地面，空心圆柱隔断件3为内衬钢管，内衬钢管内直径比设计桩基2直径大10-20cm，内衬钢管外壁与桩基孔1壁的间隙为5-10cm，所述密封件4为环形密封橡胶气囊，内衬钢管位于密实地层的任一端部外壁设置三个所述环形密封橡胶气囊，所述环形密封橡胶气囊充气未膨胀状态的环径为空心圆柱隔断件3与孔壁间隙的1.5倍。
31.本实施例的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，使用时，将排气管5一端插入溶洞内，通过气管上的排气阀来控制排气速度，从而控制泥浆6灌入溶洞的速度，缓慢灌注泥浆6，直至泥浆6填充满溶洞，其后继续进行桩基孔钻进，钻进至密实地层以下1m深度处撤出钻头，然后将带环形密封橡胶气囊的空心圆柱隔断件3设置于溶洞断面处，使空心圆
柱隔断件3覆盖溶洞断面，保证空心圆柱隔断件3两端设置气囊位置均位于密实地层，其后从下到上依次对橡胶气囊充气，橡胶气囊膨胀对密封空心圆柱隔断件3和桩基孔2壁的间隙，实现溶洞的隔离封闭。
32.本发明的一种桩基工程穿越封闭式溶洞层的施工装置，通过排气装置控制气体流速，使泥浆6缓慢填充满溶洞，通过压力值判断溶洞填充情况，保证溶洞填充质量，通过隔断密封装置将溶洞断面覆盖，实现溶洞与桩基孔1的完全封闭隔离。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。