一种溶洞/土洞地质条件下的钻孔复合桩结构

摘要

本发明公开了一种溶洞/土洞地质条件下的钻孔复合桩结构，属于建筑桩基工程技术领域。本发明由钻孔、预制桩、护笼、黏土水泥浆液、注浆管、溶洞（土洞）、护笼纵筋、护笼箍筋及土工布组成。溶洞地质条件下的钻孔灌注桩施工往往存在较大困难，可采用钻孔的方法植入预制桩，然后在预制桩与钻孔之间填充黏土水泥浆液。即：首先在设计桩位处钻孔，同时，根据桩位下的溶洞（土洞）埋深高度在预制桩上相应位置固定护笼，护笼由多根护笼纵筋、位于护笼纵筋外围且呈环状的护笼箍筋以及箍筋外围的土工布组成；然后将预制桩吊放入孔，确保预制桩中心与钻孔中心重合；最后通过注浆管把黏土水泥浆液注入到桩与钻孔之间的空隙中，待黏土水泥浆液凝固稳定后即形成了钻孔复合桩。

说明书

技术领域

本发明涉及一种溶洞（土洞）地质条件下的钻孔复合桩结构，属于建筑桩基工程领域。

背景技术

溶洞是指可溶性岩层，如白云岩、石灰岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等，经过水的化学以及机械作用后产生的沟槽、裂缝、空洞以及因为空洞顶部塌落导致的地表陷穴、洼地等类现象及作用。土洞是由于地表水和地下水对上层的溶蚀和冲刷而产生空洞，空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。

随着我国社会经济建设的发展，城市化进程的加快，城市用地日益紧张，城市不断向空中和地下索要发展空间。于是，建筑物的上部结构越建越高，因此它对下部基础的要求也越来越高。桩基础作为一种深基础形式发挥着越来越重要的作用。然而，溶洞（土洞）地质在我国分布较为广泛，在桩基施工过程中不可避免地会遇到溶洞（土洞）地质。按目前的勘查技术，要想明确了解地下溶洞（土洞）的平面及立面位置、尺寸、连通状态是很困难的，甚至是不可能的。如今，这类地质虽已不再是嵌岩钻孔灌注桩施工的“禁区”，但其复杂的地质条件往往会给灌注桩的施工带来不可避免的难题，即灌注的混凝土大量流失，成桩质量难以保证。这是由于在溶洞（土洞）地层中，钻孔通常是与溶洞（土洞）连通的，在灌注混凝土时，大量的混凝土会从灌注桩侧面流出，从钻孔与溶洞（土洞）的连通处进入溶洞（土洞）内部，由于溶洞（土洞）内部通常具有较大的空间，因此，流体状的混凝土会先将溶洞（土洞）的内部空间填满，之后才会到达钻孔的顶部，也就是说，现有的这种灌注桩在溶洞（土洞）地质施工时，通常会浪费掉大量的混凝土，即混凝土超灌量大、充盈系数高，导致工程造价较高。

目前，在溶洞（土洞）地区的灌注桩施工方法主要有以下几种：

第一种是成孔过程中揭露到溶洞（土洞）时，向溶洞（土洞）抛填块石或黏土袋，然后继续进行成孔作业直到设计深度，最后下放钢筋笼和浇筑混凝土。由于溶洞（土洞）形状不规则和填充不密实，填充物难以将溶洞（土洞）完全填满填实，混凝土容易从大的空隙中流失。此外，在灌注混凝土的侧压力作用下，填充物形成的孔壁容易坍塌，导致成桩困难。

第二种施工方法是，在整个钻孔成桩后，将用厚10~20mm钢板制成的钢护筒下到钻孔中，在孔底一直到溶洞（土洞）口顶部之间的钻孔孔壁形成类似于套管的护壁体，然后放置钢筋笼和灌注混凝土。这种施工方法效果较好，但是钢护筒用钢板制成，桩长较长时，所需钢板的量较大，使成桩成本大幅增加，同时由于钢护筒的重量较大，需配备吊装和焊接设备，增加了施工难度。

第三种施工方法是，在钢筋笼四周包裹一层薄铁皮，这种方法成本低、操作简单，但是由于铁皮与孔壁之间有较大的间隙，无法灌注到混凝土，使得该段桩体侧摩阻力丧失，同时桩径也变小，导致桩的承载力降低。

第四种施工方法是，根据溶洞（土洞）口在钻孔轴向上的最大口径和溶洞（土洞）口边缘到钻孔孔口的最小距离设计一块弹性网布，在钻孔孔口位置组装弹性网布，借助锁扣，先将弹性网布安装成直径比钻孔直径小的圆筒，再将其放置到溶洞（土洞）孔所在位置并固定其在钻孔轴向上的位置，解开锁扣，弹性网布在其自身弹力的作用下展开并紧贴在溶洞（土洞）口所在位置的钻孔孔壁上形成帷幕，再进行灌注成桩。这种方法弹性网布的制作安装是难点。

发明内容

本发明的目的在于克服溶洞/土洞地质条件下的钻孔灌注桩施工难点，提供一种能有效解决溶洞（土洞）地质条件下灌注桩施工时混凝土充盈系数过大的问题，并能有效降低单桩造价，保证成桩质量的溶洞（土洞）地质条件下的钻孔复合桩结构。

本发明的技术方案是：溶洞/土洞地质条件下的钻孔复合桩结构由钻孔（1）、预制桩（2）、护笼（3）、黏土水泥浆液（4）、注浆管（5）、溶洞/土洞（6）、护笼纵筋（7）、护笼箍筋（8）及土工布（9）组成，其特征在于：在溶洞地质条件下进行钻孔灌注桩施工，首先在设计预制桩（2）桩位处所需位置钻孔，同时依据桩位下的溶洞/土洞（6）需预埋深度和高度，在预制桩（2）上相应深度和高度位置绑扎固定护笼（3）；然后将预制桩（2）吊放入钻孔内；最后通过注浆管（5）把黏土水泥浆液（4）注入到预制桩（2）与钻孔（1）之间的的空隙中，待黏土水泥浆液（4）凝固稳定后即形成了钻孔复合桩。

所述钻孔的方法包括旋挖钻孔、冲击钻孔等。

所述钻孔直径比设计桩径或边长大100~200mm。

所述预制桩（2）包括预制混凝土实心桩、预应力混凝土管桩等，预制桩截面形状可位圆形或方形。

所述预制桩（2）在对应溶洞埋深和厚度的桩身位置处预留钢筋接头。

所述护笼（3）由多根护笼纵筋、位于护笼纵筋外围且呈环状的护笼箍筋以及箍筋外围的土工布组成。

所述护笼（3），上下各边超出溶洞/土洞的边界1.0~1.5m。

所述护笼（3）时通过焊接的方法固定于桩身上的。

所述注浆管（5）为6根直径为3~5cm的PVC管或PE管，每两根一组分为三组均匀的分布在预制桩（2）的外围；每组中有一根伸入到孔底，另一根伸入到桩长一半的位置。

所述接桩的方法包括焊接、法兰连接或者硫磺胶泥锚接。

本发明有益效果是：采用钻孔的方法植入预制桩，不仅避免了在溶洞（土洞）地区施工灌注桩时直接灌入混凝土，减小了桩的充盈系数，而且避免了灌注桩的断桩、缩颈等桩身质量问题；填充材料选用黏土水泥浆液，黏土水泥浆液制作容易，价格低廉，不仅可以保证预制桩中心与钻孔中心重合，还可以使植入的预制桩发挥一部分侧摩阻力；该护笼可以将溶洞与钻孔隔离，在注入黏土水泥浆液时，黏土水泥浆液不会进入溶洞内，从而减少了黏土水泥浆液的用量。

使用本发明方法既可以保证溶洞（土洞）地层中的成桩质量，又大大降低了充盈系数，减少了混凝土的用量，降低了在溶洞（土洞）地层中桩基施工的造价。

附图说明

图1：本发明整根钻孔复合桩纵向剖面图。

图2为图1所示钻孔复合桩在溶洞（土洞）地层中的Ⅱ—Ⅱ部位横断面剖示图（未注浆之前状态）。

图3为图1所示钻孔复合桩在溶洞（土洞）地层中的Ⅱ—Ⅱ部位横断面剖示图（注浆之后状态）。

图4：本发明护笼的结构示意图。

图5：本发明钻孔复合桩成桩过程各阶段施工流程示意图。

图中各标号为：1—桩孔；2—预制桩；3—护笼；4—黏土水泥浆液；5—注浆管；6—溶洞（土洞）；7—护笼纵筋；8—护笼箍筋；9—土工布；（a）钻进成孔；（b）植入预制桩；（c）往预制桩与钻孔之间的空隙中注入黏土水泥浆液；（d）成桩，回填空孔。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。

溶洞地质条件下的钻孔灌注桩施工往往存在较大困难，本发明可采用钻孔的方法植入预制桩，然后在预制桩与桩孔之间填充黏土水泥浆液4。即：首先在设计预制桩的桩位处钻一个孔，同时，依据预制桩2的桩位下溶洞（土洞）6埋深高度在预制桩2上相应位置固定护笼3，护笼3由多根护笼纵筋、位于护笼纵筋7外围且呈环状的护笼箍筋8以及箍筋外围的土工布9组成；然后将预制桩2吊放入所钻的孔内，确保预制桩2中心与桩孔中心重合；最后通过注浆管5把黏土水泥浆液4注入到预制桩与钻孔之间的的空隙中，待黏土水泥浆液4凝固稳定后，即形成了钻孔复合桩。

所述钻孔直径比设计预制桩的直径或边长大100~200mm。

所述预制桩2包括预制混凝土实心桩、预应力混凝土管桩等，预制桩截面形状可位圆形或方形。

所述预制桩2在对应溶洞埋深和厚度的桩身位置处预留钢筋接头。

所述护笼3由多根护笼纵筋、位于护笼纵筋外围且呈环状的护笼箍筋以及箍筋外围的土工布组成。

所述护笼3，上下各边超出溶洞（土洞）的边界1.0~1.5m。

所述护笼3时通过焊接的方法固定于预制桩身上的。

所述注浆管5为6根直径为3~5cm的PVC管或PE管，每两根一组分为三组均匀的分布在预制桩2的外围；每组中有一根伸入到孔底，另一根伸入到预制桩长一半的位置。

本发明实际操作步骤如下：

（1）查明场地的工程地质和水文地质条件，清除现场障碍物，平整场地。

（2）制作预制桩。

（3）测放现场平面控制网。

（4）轴线及桩位放样。

（5）钻机就位，钻进成孔。

（6）清孔。

（7）用吊装机械植入预制桩。

（8）通过注浆管从钻孔底部开始向预制桩与钻孔之间的空隙中注入黏土水泥浆液。

（9）空孔回填。

实施例1：如图1、2、3、4、5所示，按照承载力要求在施工现场预制边长为600mm的混凝土方桩，自然养护。再以水泥、黏土与水为原料，经拌合过滤后制成黏土水泥浆。然后用钻孔机械钻一个孔，钻孔直径比预制桩边长大200mm，清完钻孔内的土壤后用吊装机械将预制桩2植入钻孔，最后用注浆管将黏土水泥浆液4注入钢筋混凝土预制桩与钻孔之间的空隙，以使预制桩的侧摩阻力得以发挥，操作时，预制桩中心应与钻孔中心重合，保证设计要求。

实施例2：如图1、2、3、4、5所示，按照设计承载力要求在施工现场预制直径为600mm、壁厚为100mm的预应力混凝土管桩，自然养护。再以水泥、黏土与水为原料，按国家标准经拌合过滤后制成黏土水泥浆。然后用钻孔机械成孔，钻孔直径比预制桩直径大200mm，清孔后用吊装机械将预制桩植入钻孔，最后用注浆管将黏土水泥浆液注入钢筋混凝土预制桩与钻孔之间的空隙，以使桩体的侧摩阻力得以发挥。预制桩中心应与钻孔中心重合。