一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，所施工钻孔桩由上至下穿越一个暗河溶洞，该方法包括步骤：一、测量放样；二、下放并固定钢护筒；三、钻进：采用冲击钻机且通过步骤二中所下放的钢护筒由上向下进行钻进，直至钻进至设计深度，且钻进过程中采用泥浆护壁；钻进过程中，当由上至下钻进至所述暗河溶洞时，先对暗河溶洞进行处理，之后再采用所述冲击钻机继续向下钻进；对暗河溶洞进行处理时，过程如下：内护筒安装孔钻取、内护筒下放、继续钻进和水源封堵。本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本较低且实现方便、施工效果好，能简便、快速、低成本且高质量完成穿越暗河溶洞的钻孔桩钻孔施工过程。
【专利说明】一种串珠式岩溶地区钻孔粧钻孔施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钻孔桩施工【技术领域】，尤其是涉及一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法。
【背景技术】
[0002]随着我国高速铁路的建设和发展，铁路运营对高平顺性和高安全性提出了更高的要求，设计和施工单位必须在路桥基础沉降控制方面要有新的创新。在我国西南及东南沿海地区地质条件复杂，岩溶遍布，但这一地区又是我国东西南北通道的大动脉，又是国家经济发展的龙头，未来在这一区域将会有更多的高速铁路穿越，形成东西南北的高铁交通网络，所以岩溶区域大口径、深水桥梁桩基施工是未来高速铁路建设的重点和难点，科学地研究和制定岩溶区域桥梁桩基基础施工方案、技术保障措施、过程控制等，对保证施工质量、进度、安全、经济效益都具有非常重要的意义。
[0003]现如今，进行岩溶区域大口径、深水桥梁桩基施工时主要存在以下几方面的缺陷和不足:第一、在桥梁桩基穿越较为复杂的岩溶区域施工中，设计单位没有给施工单位提供较为完整地、系统地理论依据和施工技术文件，施工单位摸石头过河，施工中遇到的疑难问题多、困难重重；第二、针对岩溶区域桥梁桩基设计指导性文件不够完善，缺乏系统性、全面性和可操作性；第三、对于施工技术要求高，桥梁基础沉降及承载力、稳定性标准要求严的施工项目，溶岩覆盖区域桩基施工的基础理论研究难以满足实际施工需求；如对于设计时速为350km的沪昆客专杭长湖南段境内的省界萍水特大桥、醴陵特大桥位于强岩溶发育区域，两桥仅间隔274m长的祥云隧道，桥梁桩基均处在串珠式、暗河流岩溶区域内，范围之大，数量之多，在全国客运专线桥梁建设史上尚属首例，并且在岩溶覆盖区，溶洞及溶蚀裂隙中，地下水发育，透水性好，水量大，地质构造复杂，特别是醴陵特大桥横跨萍水河，河宽180米，水深4?6米，远期通航规划为VII级，部分桩长达90米，个别桩基穿越重叠式溶洞10个，岩石强度高且岩层倾斜，同时穿越暗河流，施工难度大，危险性高，极易出现溶洞失稳，坍塌变形，稍有不慎引起卡钻、埋钻，影响工程进度；第四、为保证施工工期，同一墩台上需采用多台钻机同时施工，但由于施工区域为岩溶区域，地质构造复杂且有暗河，采用多台钻机在同一墩台钻孔桩施工，国内尚无先例。
[0004]目前，岩溶区域钻孔桩施工方法有以下四种:泥浆造壁法、静压化学注浆法、护筒跟进法和能量传递法。其中，泥浆造壁法主要适用于不大于桩径的小型溶洞，具体情况按溶洞的相对位置、围岩种类和填充物的性质因素确定。静压化学注浆法所采用的注浆材料为普通硅酸盐425水泥、水玻璃、氯化钙、铝酸钠等。护筒跟进法适合于地下水流较大的溶洞、多层溶洞、体积较大的溶洞和泥砂岩溶，首先按正常钻进至接近击穿溶洞顶板，将钻头提起，用吊机配合振动锤将钢护筒下沉穿过溶洞，使护筒底部支撑在溶洞底部或顶板，接着在护筒内继续钻孔，如果漏浆，则可采用下内护筒或采用其他方法堵漏。对于大型溶洞采用此法施工时，当冲锤击穿溶洞后，立即向洞内抛填片石与絮状物并且冲锤击压，将溶洞填满，为钢护筒跟进提供依托，保证钢护筒不出现倾斜现象，最终是钢护筒下沉到设计位置或稳定在坚固的基岩上，达到护孔成桩的作用。钢护筒制作采用的钢板厚度根据溶洞大小，桩孔长短来确定，一般采用δ =8mm?IOmm,最薄不能小于6mm,以保证护筒具有一定刚度和强度，使其不变形。钢护筒跟进法施工所需要工序和辅助设备较多，进度慢，成本高，但成孔和成桩质量稳定，施工中应综合施工难易成度和经济效益等因素考虑。能量传递法施工是针对岩溶地层，岩面倾斜，岩质软硬不均，容易造成钻头刃脚受力偏心，导致偏孔、斜孔、弯孔等故障的发生而采取的处理措施，也适用与重叠式串珠式岩溶，桩基普遍较长。能量传递法的工序原理是当冲击钻孔接近溶洞顶板进入溶洞或斜岩面时向桩孔内抛填片石和粘土块等物，填充高度一般为溶洞顶上部或斜岩上部约1.5m，抛填片石的质地坚硬并且与孔壁岩石强度同样为佳，钻机钻进过程中冲程约为0.6m?1.0m，继续冲孔作业，混合填充料经反复冲击，在溶洞内形成固结或在孔内形成柱体，具有足够传递冲击能，过孔或破碎斜岩，同时形成坚实，竖直，圆顺的过渡孔口，为以下的钻孔作业起到良好的导向作用。当斜面倾斜严重或桩位处于溶洞边缘时，在钻进中钻头偏向溶洞边缘一侧，用能量传递法无法解决偏孔或弯孔问题，遇到这种情况经检测偏移量不大，应继续向孔内抛填片石，碎石，粘土块，冲锤击压，将偏孔，弯孔修正。
[0005]按照常规施工来看，采用护筒跟进法施工，完全符合特大型溶洞的处理方法。但若需施工钻孔桩的数量较多且桩长较大时，则需加工钢护筒的长度非常大。静压化学注浆法也不适用，虽然特大型溶洞内均为潮湿塑性和流塑性填充物，使用此法效果较好，但由于溶洞太大，数量太多，因而注浆总量无法估算。综上，以上两种钻孔桩施工方法虽施工简单、便利，安全性高，便于控制，但是投入与产出的经济效益不成比例。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其方法步骤简单、设计合理、投入成本较低且实现方便、施工效果好，能简便、快速、低成本且高质量完成穿越暗河溶洞的钻孔桩钻孔施工过程。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，所施工钻孔桩由上至下穿越一个暗河溶洞，所述暗河溶洞为底部有暗河的溶洞，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0008]步骤一、测量放样:对当前所施工钻孔桩的桩位进行测量放样；
[0009]步骤二、下放并固定钢护筒:根据步骤一中的测量放线结果，下放钢护筒并对所下放钢护筒进行固定；所述钢护筒的长度大于当前所施工钻孔桩所处位置的水深；
[0010]步骤三、钻进:采用冲击钻机且通过步骤二中所下放的钢护筒由上向下进行钻进，直至钻进至设计深度，且钻进过程中采用泥浆护壁；
[0011]钻进过程中，当由上至下钻进至所述暗河溶洞时，先对所述暗河溶洞进行处理，之后再采用所述冲击钻机继续向下钻进；对所述暗河溶洞进行处理时，过程如下:
[0012]步骤301、内护筒安装孔钻取:采用所述冲击钻机在暗河的河床上钻取供内护筒安装的安装孔；
[0013]步骤二中所下放钢护筒为外护筒，所述内护筒的内径大于当前所施工第一钻孔桩的桩径且其外径小于所述外护筒的内径；
[0014]步骤302、内护筒下放:通过所述外护筒对内护筒进行下放，并将内护筒底部安装在步骤301所钻取的安装孔内；
[0015]步骤303、继续钻进:待内护筒下放到位后，再采用所述冲击钻机继续向下钻进
0.Sm?1.2m，之后将所述冲击钻机自内护筒提出；此时，所述内护筒底部留有一层由被所述冲击钻机击碎后的岩石颗粒组成的支垫层；
[0016]步骤304、水源封堵:对内护筒底部进行注浆堵水，并使得内护筒底部紧固嵌入暗河底部的岩层上。
[0017]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:所施工钻孔桩由上至下所穿越溶洞的数量为两个，两个所述溶洞包括一个所述暗河溶洞和一个位于所述暗河溶洞下方且内部没有暗河的下溶洞；步骤三中钻进过程中，当由上至下钻进至所述下溶洞时，先采用能量传递法对所述下溶洞进行处理，之后再采用所述冲击钻机继续向下钻进。
[0018]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:步骤301中所述安装孔的孔深为Im左右；步骤302中所述内护筒由多个内护筒节段拼装而成，上下相邻两个所述内护筒节段之间以焊接方式进行固定连接；对内护筒进行下放时，采用将多个所述内护筒节段逐节焊接接长的方式进行下放。
[0019]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:步骤三中钻进施工过程中，当所述冲击钻机的冲锤因需穿越溶洞顶部岩层一部分被击穿而另一部分岩层未被击穿而倾斜卡入被击穿的溶洞内时，采用松动爆破式卡钻处理装置处理卡钻；所述松动爆破式卡钻处理装置包括由上至下下放至钻孔内卡钻位置处且对被卡冲击钻头进行松动的爆破装置，所述冲击钻头为由钢丝绳吊装且冲击进入溶洞后卡在溶洞的顶部岩层内的冲锤，所述钢丝绳拉直后偏向钻孔的左侧；所述爆破装置包括炸药筒和将炸药筒垂直下放入冲锤与溶洞的顶部岩层之间的下放绳索，所述炸药筒悬吊在下放绳索的正下方，所述炸药筒固定在下放绳索的底端，所述炸药筒和下放绳索均位于钻孔的右侧；所述炸药筒包括内部装有炸药与起爆装置的纸筒和固定在所述纸筒外侧或装在所述纸筒内的配重块，所述纸筒为通过密封胶带进行密封的密封筒。
[0020]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:步骤301中进行内护筒安装孔钻取之前，先对暗河的河床是否平整进行试探；实际对暗河的河床是否平整进行试探时，将所述冲击钻机的冲锤沉入当前状态下下溶洞底部，当连接冲锤的钢丝绳摆动严重，则说明暗河的河床上有独柱石或狼牙岩，此时需先将河床上的独柱石或狼牙岩清除；反之，当连接冲锤的钢丝绳轻微摆动，则说明暗河的河床平整；步骤302中所述内护筒下放到位后，所述内护筒的顶端高度不低于所述外护筒的顶端高度，所述冲击钻机位于内护筒的内侧底部；所述内护筒与所述外护筒呈同轴布设。
[0021]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:步骤304中对内护筒底部进行注浆堵水时，所采用的注浆堵水材料为聚氨酯注浆材料或水泥水玻璃双液浆；对内护筒底部进行注浆堵水时，先将注浆管由上至下插入至内护筒底部，之后采用注浆泵且通过所述注浆管将所述注浆堵水材料泵送至内护筒底部。
[0022]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:步骤三中钻进过程中，对斜岩进行钻进施工时，将所述冲击钻机的冲锤更换为加强型冲锤；所述加强型冲锤包括呈竖直向布设的中部立柱和多个沿圆周方向均匀布设在中部立柱外侧壁上的冲齿，所述中部立柱为圆柱形实心钢柱，所述中部立柱的直径为500mm?800mm ;多个所述冲齿的结构和尺寸均相同，多个所述冲齿均为顶端焊接固定在中部立柱中上部的钢轨，多个所述钢轨的布设高度均相同；多个所述钢轨与中部立柱之间均通过筋板进行紧固连接；所述中部立柱的底端高度不低于多个所述钢轨的底端高度，多个所述钢轨均呈倾斜向布设，多个所述钢轨与中部立柱之间的夹角均为15°~20° ;所述钢轨的竖向高度H为1500mm~2000mm。
[0023]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:采用所述冲击钻机由上向下进行钻进过程中，当钻进至距离所述暗河溶洞或所述下溶洞顶部Im左右时，立即减小所述冲击钻机的冲击行程，以短冲程、快频率方式击穿所述暗河溶洞或所述下溶洞。[0024]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:步骤三中采用所述冲击钻机由上向下进行钻进过程中，泥浆护壁所采用泥浆的比重为1.2~1.5、粘度为22s~30s、含砂率≥4%、pH值为8~10且胶体率≥95% ；
[0025]钻进至设计深度后，还需对所成型钻孔进行清孔；实际进行清孔时，先将所述冲击钻机的冲锤提高至距离所成型钻孔孔底20cm左后，再将泵管插入至所成型钻孔孔底，之后通过所述泵管进行反循环清孔，直至所成型钻孔孔内泥浆密度小于1.lg/cm3。
[0026]上述一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征是:采用能量传递法对所述下溶洞进行处理时，通过向所钻钻孔内抛填填充混合物对下溶洞进行回填；所述下溶洞为洞高小于2m的小型溶洞、洞高为2m~5m的中型溶洞或洞高大于5m的大型溶洞；
[0027]当下溶洞的洞高小于2m时，所抛填的填充混合物为由片石和粘土块组成的第一填充混合物；所述第一填充混合物中片石和粘土块的质量比为(0.8~1.2): 1，所述第一填充混合物中片石的粒径为IOcm~15cm ；
[0028]当下溶洞的洞高为2m~5m且内部有流塑状填充物时，通过向步骤三中所钻钻孔内抛填第二填充混合物对下溶洞进行分层回填并夯实；每次填高1.5m~2.5m，每次填高之前先向所述钻孔内注入水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液，再向所述钻孔内抛填所述第二填充混合物，每次填高之后均采用所述冲击钻机反复冲击进行夯实，并使得所注入的水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液进入所抛填第二填充混合物内；所述第二填充混合物由片石、碎石和粘土块混合而成，所述第二填充混合物中片石、碎石和粘土块的质量比为(1.8~2.2):(0.8~1.2): 2 ;所述第二填充混合物中片石的粒径为15cm~25cm,碎石的粒径在7cm以下；
[0029]当下溶洞为洞高2m~5m且内部无填充物的空洞时，向所钻钻孔内充填混凝土对下溶洞进行回填；
[0030]当下溶洞的洞高大于5m且内部有塑状和/或流塑状填充物时，通过向所钻钻孔内抛填第三填充混合物对下溶洞进行分层回填并夯实；每次填高1.5m~2.5m，每次填高之前先向所述钻孔内注入水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液，再向所述钻孔内抛填所述第三填充混合物，每次填高之后均采用所述冲击钻机反复冲击进行夯实，并使得所注入的水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液进入所抛填第三填充混合物内；所述第三填充混合物由块石、粘土块、片石和碎石混合而成或者由块石、片石、碎石和袋装粘土混合而成，所述第三填充混合物中块石、粘土块、片石和碎石的质量比为(1.8~2.2): (1.8~2.2): (0.8~1.2): 1，且所述第三填充混合物中块石、片石、碎石和袋装粘土的质量比为(1.8~2.2): (0.8~1.2):(0.8~1.2):1 ;所述第三填充混凝土中块石的直径为40cm左右,片石的粒径为15cm~25cm,碎石的粒径为5cm左右。[0031]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0032]1、方法步骤简单、设计合理且投入施工成本较低，能有效减少人工费、材料费、机械费、间接费等各项投入成本。
[0033]2、施工进度快且施工工期能得到保证，施工简便，施工质量易于保证，并且施工过程安全、可靠。
[0034]3、溶洞处理方法设计合理、投入施工成本低且施工效果好，突破了大型溶洞采用护筒跟进法施工的传统施工方法，先采用孔口钢护筒进行泥浆护壁，之后采用能量传递法进行钻进施工，节约了大量的护筒所用钢材及加工、安装费用。
[0035]4、能量传递法所采用的填充混合料组分及配比设计合理、填充方便且填充效果好，能有效保证溶洞处理效果，并且投入成本较低。
[0036]5、穿越暗河流溶洞方法设计合理、实现方便且处理效果好，处理过程安全、可靠，采用短护筒跟进至溶洞底步嵌岩lm，封堵水源，继续钻进。
[0037]综上所述，本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本较低且实现方便、施工效果好，能简便、快速 、低成本且高质量完成穿越暗河溶洞的钻孔桩钻孔施工过程。
[0038]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明的方法流程框图。
[0040]图2为本发明的施工状态示意图。
[0041]图3为本发明加强型冲锤的结构示意图。
[0042]图4为图3的俯视图。
[0043]图5为本发明松动爆破式卡钻处理装置的使用状态示意图。
[0044]附图标记说明:
[0045]I—暗河；1-1 一中部立柱； 1-2—钢轨；
[0046]1-3—筋板；2—外护筒；2-1—炸药筒；
[0047]2-2一下放绳索； 2_3—冲击钻头； 3—内护筒；
[0048]5 一封堵层。
【具体实施方式】
[0049]如图1所示的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，所施工钻孔桩由上至下穿越一个暗河溶洞，所述暗河溶洞为底部有暗河I的溶洞，详见图2，该方法包括以下步骤:
[0050]步骤一、测量放样:对当前所施工钻孔桩的桩位进行测量放样。
[0051]实际施工时，测量放线一定要准确，桩位偏差要符合要求。按要求放线，一旦成桩后，如果桩位偏差较大，对某些桩的受力发生变化。采用全站仪放线，放线过程中反复检查，复合多点控制。再采取校正偏位，以免偏差大，造成工期滞后和资金浪费。
[0052]测量放线完成后，由于岩溶区域地质异常复杂，虽然已对地质进行了加密钻探研究，亦难以保证摸清情况，因此每个钻孔桩进行钻进施工的冲击钻机就位前铺设2对4根长IOm的钢板桩,对冲击钻机的底座进行加固，使冲击钻机平稳，以防钻孔坍塌时冲击钻机基础下沉和倾斜。[0053]步骤二、下放并固定钢护筒:根据步骤一中的测量放线结果，下放钢护筒2并对所下放钢护筒2进行固定；所述钢护筒2的长度大于当前所施工钻孔桩所处位置的水深。
[0054]本实施例中，对所下放钢护筒2进行固定时，以埋设方式对所述钢护筒2进行固定。以埋设方式对所述钢护筒2进行固定时，采用粘土将所固定钢护筒2的四周夯实，以防止所述钢护筒发生位移。
[0055]本实施例中，在各第一钻孔桩的桩孔孔口埋设钢护筒2，钢护筒2长Sm，且其长度根据地质、地下水位进行确定，所施工钻孔桩施工位置处的水深5m，施工所用围堰高出水面2m，钢护筒2的内径比所施工第一钻孔桩的桩径大20cm且其壁厚δ =10mm，钢板卷制而成，钢护筒2埋设顶端高出水面30cm，以防泥浆溢出孔外，地面水流入桩孔内。
[0056]步骤三、钻进:采用冲击钻机且通过步骤二中所下放的钢护筒2由上向下进行钻进，直至钻进至设计深度，且钻进过程中采用泥浆护壁。
[0057]钻进过程中，当由上至下钻进至所述暗河溶洞时，先对所述暗河溶洞进行处理，之后再采用所述冲击钻机继续向下钻进；对所述暗河溶洞进行处理时，过程如下:
[0058]步骤301、内护筒安装孔钻取:采用所述冲击钻机在暗河I的河床上钻取供内护筒3安装的安装孔。
[0059]步骤二中所下放钢护筒2为外护筒，所述内护筒3的内径大于当前所施工第一钻孔桩的桩径且其外径小于所述外护筒的内径。
[0060]步骤302、内护筒下放:通过所述外护筒对内护筒3进行下放，并将内护筒3底部安装在步骤301所钻取的安装孔内。
[0061]步骤303、继续钻进:待内护筒3下放到位后，再采用所述冲击钻机继续向下钻进
0.Sm?1.2m,之后将所述冲击钻机自内护筒3提出；此时，所述内护筒3底部留有一层由被所述冲击钻机击碎后的岩石颗粒组成的支垫层。同时，所述支垫层内还含有黏土。
[0062]步骤304、水源封堵:对内护筒3底部进行注浆堵水，并使得内护筒3底部紧固嵌入暗河I底部的岩层上。
[0063]本实施例中，所述冲击钻机为CZ-8冲击钻机。米用CZ-8冲击钻机的原因在于岩溶区域地质构造的特殊性，桩孔要穿越覆盖层、风化岩层、整体岩层、重叠式溶洞、串珠式溶洞，洞内有斜岩、锯齿型、狼牙型、独柱岩等形状岩面，且岩石强度相当坚硬，表面特别光滑。采用全回转冲击钻机和旋挖冲击钻机在覆盖层、风化岩层、整体岩层的钻进速度是冲击钻机4?5倍以上。当钻进岩溶后，溶洞底部高低不平，溶洞内部如上所述形状岩石千姿百态。
[0064]全回转冲击钻机和旋挖冲击钻机的钻头因受到溶洞底部高低起伏岩石的切割碰撞，加之冲击钻机本身施加的压力，使钻头产生强烈地间歇式振动；随着冲击钻机的旋转运动，钻头产生强烈地间歇式振动传递至钻杆，使钻杆扭曲变形。如果遇到斜岩或软硬不均的岩面全回转冲击钻机要好于旋挖冲击钻机，由于全回转冲击钻机的刀具置于套管下端，且套管之间是刚性连接，垂直整体强度大，虽然钻头受到间歇式振动，但套管在钻孔内壁作旋转运动，受到孔壁的制约不至于沿斜岩滑移。旋挖冲击钻机由于钻杆直径小，遇到60°斜岩面，加之斜岩面光滑，钻头间歇振动，且沿斜岩面滑移，尽管抛石纠偏，但钻杆与钻头连接处扭曲变形。因而，全回转冲击钻机和旋挖冲击钻机在钻进中存在以下几方面缺陷:第一、受到的间歇式振动所产生的力对冲击钻机旋转系统造成了严重的损害；第二、钻进过程中钻头受到强烈的撞击振动使钻头刀具很容易磨损和打掉；第三、冲击钻机钻头损坏后钻杆提升修复周期过长，每次修复时间都在10天以上；第四、旋挖冲击钻机在钻进过程中泥浆护壁不好，回填片石和泥土没有很好的固结，当提升钻杆换钻头或换钻杆时容易产生塌孔；第五、填充物没有夯实，空隙率大，浇筑混凝土时容易产生漏浆。
[0065]CZ-8型冲击式冲击钻机能弥补全回转冲击钻机和旋挖冲击钻机的缺陷和不足，在覆盖砂砾石及整体岩石钻进中冲击效率低，在岩溶区域桩基施工中效率高于全回转冲击钻机和旋挖冲击钻机，原因在于:第一、冲击钻是由动能转化成势能作功，能量转换，且势能是可控的；第二、结构简单，便于操作，成本费用低；第三、只要操作方法得当、措施得力，在溶洞钻孔过程中，各种奇形怪状的岩石都能对付了 ；第四、溶洞回填片石、泥土后在势能冲击力的作用下，填充物受外力作用，挤压移动，重新排列组合，特别是裂隙、裂缝都能填实塞满，再加上泥浆的光滑和渗透，使其形成新的整体固结，泥浆护壁好，混凝土浇筑过程中也不会漏浆。另外，冲击钻机由于构造简单，购置费用少，设备折旧费用小，维修及保养费用低，经常维修项目少。如换磨擦离合片，换钢丝绳，钻头维修补焊一下了事，操作人员少，动力为75kw，是全回转冲击钻机和旋挖冲击钻机1/4耗电量。综上，冲击钻机最实惠、最经济、最耐用、最有效的钻孔设备。
[0066]另外，根据计算得出的破碎岩石所需冲击力为42.6kN,因而选用质量为5000kg，即5T的冲锤。
[0067]本实施例中，步骤三中钻进过程中，泥浆护壁时所采用泥浆的比重为1.2~1.5、粘度为22s~30s、含砂率≤4%、pH值为8~10且胶体率≤95%。
[0068]实际进行钻进施工时，钢护筒2下沉至岩面后，用冲击钻机往复冲击，将冲孔中的土、石破碎或挤入孔壁中，用高压泥浆泵将石渣悬浮出孔。
[0069]泥浆护壁就是根据溶洞内填充物的种类不同及流塑性，在泥浆中按一定比例分别加入烧碱、水泥、锯木屑、草袋、片(碎)石等混合材料，利用钻头的冲击捣鼓作用，将填充材料同稠密的泥浆一起挤入溶洞和岩溶裂隙中，形成一定强度的连续钻孔路径，在连续钻孔工序中形成孔壁封闭环，达到泥浆护壁的效果，具体情况按溶洞的相对位置，岩石种类，填充物的性质等因素确定，不同条件下的泥浆护壁所采用泥浆的配制情况见表1:
[0070]表1泥浆护壁所采用泥浆的配制表
[0071]
【权利要求】
1.一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，所施工钻孔桩由上至下穿越一个暗河溶洞，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、测量放样:对当前所施工钻孔桩的桩位进行测量放样； 步骤二、下放并固定钢护筒:根据步骤一中的测量放线结果，下放钢护筒(2)并对所下放钢护筒(2)进行固定；所述钢护筒(2)的长度大于当前所施工钻孔桩所处位置的水深；步骤三、钻进:采用冲击钻机且通过步骤二中所下放的钢护筒(2)由上向下进行钻进，直至钻进至设计深度，且钻进过程中采用泥浆护壁； 钻进过程中，当由上至下钻进至所述暗河溶洞时，先对所述暗河溶洞进行处理，之后再采用所述冲击钻机继续向下钻进；对所述暗河溶洞进行处理时，过程如下: 步骤301、内护筒安装孔钻取:采用所述冲击钻机在暗河(I)的河床上钻取供内护筒(3)安装的安装孔； 步骤二中所下放钢护筒(2)为外护筒，所述内护筒(3)的内径大于当前所施工第一钻孔桩的桩径且其外径小于所述外护筒的内径； 步骤302、内护筒下放:通过所述外护筒对内护筒(3)进行下放，并将内护筒(3)底部安装在步骤301所钻取的安装孔内； 步骤303、继续钻进:待内护筒(3)下放到位后，再采用所述冲击钻机继续向下钻进0.Sm~1.2m，之后将所述冲击钻机自内护筒(3)提出；此时，所述内护筒(3)底部留有一层由被所述冲击钻机击碎后的岩 石颗粒组成的支垫层； 步骤304、水源封堵:对内护筒(3)底部进行注浆堵水，并使得内护筒(3)底部紧固嵌入暗河(I)底部的岩层上。
2.按照权利要求1所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:所施工钻孔桩由上至下所穿越溶洞的数量为两个，两个所述溶洞包括一个所述暗河溶洞和一个位于所述暗河溶洞下方且内部没有暗河(I)的下溶洞；步骤三中钻进过程中，当由上至下钻进至所述下溶洞时，先采用能量传递法对所述下溶洞进行处理，之后再采用所述冲击钻机继续向下钻进。
3.按照权利要求1或2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:步骤301中所述安装孔的孔深为Im左右；步骤302中所述内护筒(3)由多个内护筒节段拼装而成，上下相邻两个所述内护筒节段之间以焊接方式进行固定连接；对内护筒(3)进行下放时，采用将多个所述内护筒节段逐节焊接接长的方式进行下放。
4.按照权利要求1或2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:步骤三中钻进施工过程中，当所述冲击钻机的冲锤因需穿越溶洞顶部岩层一部分被击穿而另一部分岩层未被击穿而倾斜卡入被击穿的溶洞内时，采用松动爆破式卡钻处理装置处理卡钻；所述松动爆破式卡钻处理装置包括由上至下下放至钻孔内卡钻位置处且对被卡冲击钻头(2-3)进行松动的爆破装置，所述冲击钻头(2-3)为由钢丝绳吊装且冲击进入溶洞后卡在溶洞的顶部岩层内的冲锤，所述钢丝绳拉直后偏向钻孔的左侧；所述爆破装置包括炸药筒(2-1)和将炸药筒(2-1)垂直下放入冲锤与溶洞的顶部岩层之间的下放绳索(2-2)，所述炸药筒(2-1)悬吊在下放绳索(2-2 )的正下方，所述炸药筒(2-1)固定在下放绳索(2-2 )的底端，所述炸药筒(2-1)和下放绳索(2-2)均位于钻孔的右侧；所述炸药筒(2-1)包括内部装有炸药与起爆装置的纸筒和固定在所述纸筒外侧或装在所述纸筒内的配重块，所述纸筒为通过密封胶带进行密封的密封筒。
5.按照权利要求1或2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:步骤301中进行内护筒安装孔钻取之前，先对暗河(I)的河床是否平整进行试探；实际对暗河(I)的河床是否平整进行试探时，将所述冲击钻机的冲锤沉入当前状态下下溶洞底部，当连接冲锤的钢丝绳摆动严重，则说明暗河(I)的河床上有独柱石或狼牙岩，此时需先将河床上的独柱石或狼牙岩清除；反之，当连接冲锤的钢丝绳轻微摆动，则说明暗河(I)的河床平整；步骤302中所述内护筒(3)下放到位后，所述内护筒(3)的顶端高度不低于所述外护筒的顶端高度，所述冲击钻机位于内护筒(3)的内侧底部；所述内护筒(3)与所述外护筒呈同轴布设。
6.按照权利要求1或2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:步骤304中对内护筒(3)底部进行注浆堵水时，所采用的注浆堵水材料为聚氨酯注浆材料或水泥水玻璃双液浆；对内护筒(3)底部进行注浆堵水时，先将注浆管由上至下插入至内护筒(3)底部，之后采用注浆泵且通过所述注浆管将所述注浆堵水材料泵送至内护筒(3)底部。
7.按照权利要求1或2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:步骤三中钻进过程中，对斜岩进行钻进施工时，将所述冲击钻机的冲锤更换为加强型冲锤；所述加强型冲锤包括呈竖直向布设的中部立柱(1-1)和多个沿圆周方向均匀布设在中部立柱(1-1)外侧壁上的冲齿，所述中部立柱(1-1)为圆柱形实心钢柱，所述中部立柱(1-1)的直径为500mm~800mm ;多个所述冲齿的结构和尺寸均相同，多个所述冲齿均为顶端焊接固定在中部立柱(1-1)中上部的钢轨(1-2)，多个所述钢轨(1-2)的布设高度均相同；多个所述钢轨(1-2)与中部立柱(1-1)之间均通过筋板(1-3)进行紧固连接；所述中部立柱(1-1)的底端高度不低于多个所述钢轨(1-2)的底端高度，多个所述钢轨(1-2)均呈倾斜向布设，多个所述钢轨(1-2)与中部立柱(1-1)之间的夹角均为15°~20° ;所述钢轨(1-2)的竖向高度H为1 500mm~2000mm。
8.按照权利要求2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:采用所述冲击钻机由上向下进行钻进过程中，当钻进至距离所述暗河溶洞或所述下溶洞顶部Im左右时，立即减小所述冲击钻机的冲击行程，以短冲程、快频率方式击穿所述暗河溶洞或所述下溶洞。
9.按照权利要求1或2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:步骤三中采用所述冲击钻机由上向下进行钻进过程中，泥浆护壁所采用泥浆的比重为1.2~1.5、粘度为22s~30s、含砂率≤4%、pH值为8~10且胶体率≥95% ； 钻进至设计深度后，还需对所成型钻孔进行清孔；实际进行清孔时，先将所述冲击钻机的冲锤提高至距离所成型钻孔孔底20cm左后，再将泵管插入至所成型钻孔孔底，之后通过所述泵管进行反循环清孔，直至所成型钻孔孔内泥浆密度小于1.lg/cm3。
10.按照权利要求2所述的一种串珠式岩溶地区钻孔桩钻孔施工方法，其特征在于:采用能量传递法对所述下溶洞进行处理时，通过向所钻钻孔内抛填填充混合物对下溶洞进行回填；所述下溶洞为洞高小于2m的小型溶洞、洞高为2m~5m的中型溶洞或洞高大于5m的大型溶洞； 当下溶洞的洞高小于2m时，所抛填的填充混合物为由片石和粘土块组成的第一填充混合物；所述第一填充混合物中片石和粘土块的质量比为(0.8~1.2): 1，所述第一填充混合物中片石的粒径为IOcm~15cm ； 当下溶洞的洞高为2m~5m且内部有流塑状填充物时，通过向步骤三中所钻钻孔内抛填第二填充混合物对下溶洞进行分层回填并夯实；每次填高1.5m~2.5m，每次填高之前先向所述钻孔内注入水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液，再向所述钻孔内抛填所述第二填充混合物，每次填高之后均采用所述冲击钻机反复冲击进行夯实，并使得所注入的水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液进入所抛填第二填充混合物内；所述第二填充混合物由片石、碎石和粘土块混合而成，所述第二填充混合物中片石、碎石和粘土块的质量比为(1.8~2.2):(0.8~1.2): 2 ;所述第二填充混合物中片石的粒径为15cm~25cm,碎石的粒径在7cm以下； 当下溶洞为洞高2m~5m且内部无填充物的空洞时，向所钻钻孔内充填混凝土对下溶洞进行回填； 当下溶洞的洞高大于5m且内部有塑状和/或流塑状填充物时，通过向所钻钻孔内抛填第三填充混合物对下溶洞进行分层回填并夯实；每次填高1.5m~2.5m,每次填高之前先向所述钻孔内注入水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液，再向所述钻孔内抛填所述第三填充混合物，每次填高之后均采用所述冲击钻机反复冲击进行夯实，并使得所注入的水泥砂浆或水泥水玻璃双浆液进入所抛填第三填充混合物内；所述第三填充混合物由块石、粘土块、片石和碎石混合而成或者由块石、片石、碎石和袋装粘土混合而成，所述第三填充混合物中块石、粘土块、片石和碎石的质量比为(1.8~2.2): (1.8~2.2): (0.8~1.2): 1，且所述第三填充混合物中块石、片石、碎石和袋装粘土的质量比为(1.8~2.2): (0.8~1.2):(0.8~1.2):1 ;所述第 三填充混凝土中块石的直径为40cm左右,片石的粒径为15cm~25cm,碎石的粒径为5cm左右。
【文档编号】E02D17/18GK103485336SQ201310468728
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】侯田海, 田杰, 郭富明, 任宵, 周吉学, 崔旭, 任少强 申请人:中铁二十局集团有限公司