CN108487286B - 一种串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，包括以下步骤：S1、通过一桩多孔的详勘，优化确定各桩的设计标高；S2、在各桩身沿桩周均匀预埋若干竖向钢管；S3、利用钢管通道对各桩底取芯补勘，并结合详勘最终确定各桩底有无软弱层及其具体分布；S4、完成桩底持力范围内各软弱层的切割、扩孔和清洗；S5、置换桩底持力范围内的各软弱层；S6、孔口补浆；S7、孔口憋压浆。通过在设计过程中主动引入营造桩底连续持力层的思路方法，扩大了桩端持力层标高的选择范围，有效优化了设计，缩短了设计桩长；通过高压切割、清洗、双液注浆等综合工艺，形成连续持力层，主动消除嵌岩桩底潜在可能的质量安全隐患。

Description

一种串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法

技术领域

本发明涉及市政路桥工程以及岩土工程技术领域，特别涉及一种串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法。

背景技术

1、串珠状岩溶区的溶洞分布极具复杂性以及大跨桥桩的桩型桩长选择：

国内南方较多地区地质条件复杂，岩面起伏剧烈、强弱夹杂、岩溶发育。基岩内除节理、裂隙发育外，也存在较多破碎或软弱夹层；岩溶发育主要表现为溶蚀、牙笋、石钟乳、溶沟、溶槽、溶洞、暗河等，溶洞平面可成点状、网状、片状，竖向可发育成连续串珠状。溶洞的内填物、连通性、水活动性程度均有不同。

因此，串珠状岩溶区大跨径桥桩在桩型、桩长选择时，如覆盖土层较厚，且稳定持力土层也有一定厚度，桩基础可考虑设计为摩擦型的小直径多桩或钻孔灌注群桩或预应力砼管桩。如持力土层的摩擦力不足，或持力土层已邻近基岩面易软化和形成土洞，则可考虑采用端承摩擦桩或嵌岩桩设计，以较少根数的大直径桩基进入岩层。

在广东北部复杂岩溶地区，单层溶洞洞高在0.3～25m不等，竖向可存在2～10层溶洞发育。对应同一根桩基内的3～8个钻孔，在同一截面上或同一高度范围，有的未揭示溶洞发育，有的揭示为小溶洞发育，有的揭示为大溶洞，溶洞发育及基岩面起伏极其复杂。一桩多孔的勘察首先是必需的，但也只能做到尽量摸清各桩基溶洞在平面、竖向分布上的大致趋势和范围状况。

2、串珠状岩溶区大跨超长桥桩施工极具风险复杂性和工期贻误等不确定性：

一般地，串珠状岩溶区桥梁单跨跨径在30～200m不等，桩径在1.2～2.5m不等，竖向设计力值在5000～25000kN不等，40m长左右的桩基很普遍，甚至可达70～100m。嵌岩桩基在竖向穿越岩溶层的成孔施工中，易发生斜偏孔、漏浆、塌孔、卡锤、埋锤、地面裂缝塌陷等事故和危害，需辅以黄泥片石水泥冲填封堵、(多层)钢护筒跟进护壁、灌注水泥或混凝土造壁二次成孔、溶洞内预压浆固结等综合措施加以处理。

在加强勘察、施工安全措施与应急预案的前提下，可大大降低一般事故的发生概率和危害性；但地面整体塌陷、卡锤、埋锤事件的危害性和影响面往往很大。例如卡锤、埋锤事件一旦发生，则对整个结构、工程的安全与质量以及项目工期与通车时间均会造成重大影响，处理起来也费神费力耗时。采用孔内蛙人水下捞锤作业有时有效，但人身危险性很大，且打捞成功概率较少，许多工程从一开始捞锤到弃锤并更改为桩身桩底补强处理，前后历时可达一年至两年，直接造成工程工期贻误，甚至导致整个项目通车时间的推迟。

3、串珠状岩溶区大跨超长桥桩勘察设计施工的常规成熟做法：

对于溶岩区嵌岩桩，应利用地质遥感、调绘、物探、钻探等进行综合勘察；钻探宜一桩一孔，当溶洞发育强烈(如串珠状)时，尽量宜一桩多孔，以摸清各桩基溶洞在平面、竖向上的分布趋势和状况，指导桩端标高的确定和施工成孔措施。对于串珠桩溶洞，在基岩层内桩端标高的拟定，同等条件下宜高不宜低；对于一桩多孔或相邻群桩在同一高度范围内揭示溶洞有无和大小情况不一时，宜结合周边综合分析判断，以多数为主进行选定。

现行建筑地基基础设计规范及相关基桩检测规范等要求嵌岩桩端宜嵌入完整及较完整的基岩，且桩底以下3倍桩径及不小于5m范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，同时在桩底应力扩散范围内无岩体临空面。嵌岩桩的竖向承载力检测在静载试验、高应变动测法基础上，也可采用钻芯法检测桩底沉渣厚度和持力层。对于桩底持力层基岩，存在以下几种特殊情况：①桩位及周边区域基岩由上至下较长区段均较破碎，包括桩底范围在内；②个别桩基的勘察孔数不足，或勘察孔数虽足，但揭示桩底足够深度的有效孔数不足，难以判定桩底下要求深度范围内的基岩是否完整、连续；③虽然勘察孔数及有效孔数较足(如2～4个)，但反映桩底下岩层缺陷有无、多少、大小等状况均不同，较难相互映证和统一。

目前，较成熟和通常的勘设、施工处理办法为：方法一、桩基冲孔前进一步加密施工勘察或桩基终孔前实施超前钻，采用验证方法或概率统计学的方式进一步探明有无缺陷及具体分布，从而确定是否需调整原设计桩底标高或者是否需在冲孔前先对桩底持力层进行相应的加固补强处理。为满足规范对嵌岩桩底连续3d持力岩层的要求，桩底设计标高通常会取得较深，导致桩长较长甚至超长；方法二、待桩身砼浇筑后，检测方根据检测规范随机进行桩体抽芯检测，并结合现场情况与各方意见适当加密抽芯检测(如对地质或施工质量等存疑的桩身砼或桩底持力层)，从而判定桩基等级以及是否满足嵌岩桩对竖向承载力的要求和是否需进行补强处理。以上方法在施工操作上均较麻烦、困难并耗费较多的人、财、物和工期。实践中，部分工程单桩的最终勘察孔数甚至由设计阶段的2～4孔加密到了8～9孔；更重要的是，串珠状岩溶强烈发育区的桥梁桩长普遍达40m左右，甚至可达70～100m，勘察孔或超前钻较长不仅施工困难、耗时长，且因钻杆长细比过大，易发生平面偏位和串孔；此外，对桩基抽芯检测与加密检测，存在实施主体的争议、桩基质量等级认定以及问题责任归属主体等问题，而且如被动由主管部门或独立第三方进行监督检测，受检测频率、根数限制和随机抽取方式的影响，总体上仍存在部分桩底持力层有问题的桩基被遗漏、未实施检测的可能。

发明内容

本发明为背景技术所提及的相关问题提供一种设计思路与施工方法，适用于串珠状岩溶区桥梁嵌岩桩尤其大跨超长桩基的设计桩长优化和桩基施工中的桩底持力层缺陷的主动识别与置换：

1、在前期，可主动优化设计，有效缩短设计桩长，减少深层冲孔可能的遇溶风险。

2、在施工中，可主动、便捷地完成对嵌岩桩持力层的检测和对桩底持力软弱夹层、溶洞等缺陷的完全置换，主动营造连续持力层，以满足规范对嵌岩桩底持力岩层完整性、连续性和竖向传力不临空的要求以及桩基竖向设计承载力值的要求。

对于桩底持力岩层中存疑的软弱夹层、溶洞进行检测和处理方面，本发明改变了施工后被动检测发现或运营期间被动发现、被动处理的模式；改变了对桩身由上至下进行通长、多钻孔的大面积砼取芯方式；可以较为便捷地完成对嵌岩桩底持力层的检查和对软弱夹层、溶洞的完全置换。

完全置换的意义为本技术方法与后注浆混合处理存在较大的区别，是作用于嵌岩桩桩底的持力层，针对其间探出的软弱岩体、填充物，通过高压水气进行切割清洗排渣，采用高压双液旋喷注浆进行完全的替代和置换。

在桩基成孔后、桩身砼浇筑前，对于设计中或施工时各方确定个别桩基底部持力层需进行检测或加强处理的，于其桩身预埋设若干等间距大直径通长钢管；其目的既用于桩身完整性的超声波检测，也为后续桩底持力层的地质取芯检查、软弱层置换提供条件，达到“一管多能”。利用此预留通道，可直接从桩底开始，对桩底持力岩层进行地质钻探取芯，检查其是否满足规范对基岩连续和完整性的要求。如发现桩底基岩在规范要求深度(不小于3d或5m)范围内存在软弱层，可再次利用此通道，对桩底持力岩层缺陷进行高压水气切割清洗和高压双液旋喷注浆完全置换处理，在平面上大过桩向下的传力范围，在桩底以下不小于3d或5m的桩周附近区域，营造与基岩结合良好、紧密，连续、充盈的竖向传力层，形成原状基岩+连续传力层(单轴抗压强度不小于15MPa)+原状基岩的构造。

为解决背景技术提及相关问题所采用的技术方案：一种串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，包括以下步骤：

S1、通过单桩多孔，详细勘察各桩位处的地质岩层构造与溶洞在竖向上的具体分布情况，通过主动优化设计，确定各桩身的设计标高及桩长；

S2、在各桩身的钢筋笼内侧沿桩周均匀预埋若干竖向通长钢管；

S3、采用钻孔取芯的方式，利用钢管通道对各桩底持力层的岩层地质进行补充勘察，并结合详勘情况，最终确定各桩底有无软弱层及其具体分布；

S4、结合S3中的勘察情况，通过高压清水喷射、气举反循环排渣等综合工艺，完成对桩底持力范围内各软弱层的切割、扩孔和清洗；

S5、采用高压旋喷双液注浆工艺，通过单孔对桩底持力范围内某一软弱层进行完全充填置换；

S6、进行该孔孔口补浆处理，消除浆液回缩；

S7、进行该孔孔口憋压浆处理，加大桩底持力层内水泥浆的渗透影响范围；

S8、重复步骤S5、S6、S7，跳孔对称完成其余各孔对该层软弱层的置换注浆；

S9、由上至下逐层对各软弱层进行处理置换，最终形成桩底连续持力层。

进一步地，步骤S1中，相对某个持力岩层的标高值，如符合各勘察孔均显示上部桩身已进入各微风化岩层厚度累计之和不小于3倍桩身直径或已进入各中风化岩层厚度累计之和不小于6倍桩身直径；同时，在此标高以下的3倍桩径深度范围内仍为连续微风化或连续中风化以上的持力岩层、或者存在3m以内的软弱夹层或溶洞、或者仅有1～2个勘察孔、或者勘察孔数虽有3～6孔，但孔深足够的勘察孔仅有1～2个，导致桩底该深度范围内未能完全揭示和不能完全判定是否存在软弱夹层或小型溶洞，则可将该标高确定为桩底标高。

进一步地，步骤S2中所述钢管的外径为127mm，壁厚为3～4mm，钢管与钢管中心之间的间距为1.0～1.2m，钢管中心到桩周的距离为17.5～21cm，钢管的顶部焊接有顶封钢板，钢管的底部焊接有底封钢板，钢管的顶部高出桩头30cm，钢管的底部高于桩底且距离桩底15～50cm。

进一步地，对于直径为1.8～2.5m的桩身，可按均匀和间距适中原则，在其桩心附近适当增设一个或多个砼取芯孔，可按均匀和间距适中原则，在其桩心附近适当增设一个或多个砼取芯孔。

进一步地，步骤S3中遵循对称、跳孔的原则，选取3～5个预埋在桩周的且呈对称分布的钢管作为施钻孔，钻机经施钻孔探入至桩底，突破底封钢板并向下施钻，记录补充勘察的各相关参数。

进一步地，步骤S4具体包括如下施工流程：

A、注浆前在钢管上端或砼取芯孔上部埋设孔口管并安装固定孔口注浆装置，同时将安装空隙采用环氧水泥浆进行密封处理；

B、将高压旋喷钻机的喷嘴和喷杆从钢管中下放至孔底，连接导流器；

C、启动高压旋喷钻机，在旋转的同时自下而上提升，通过高压清水的冲洗、切割，实现对软弱层及不合格桩底的清洗与扩孔；

D、空压机气举反循环排渣：通过空压机压入高压空气，采用反循环方式，将软弱层中的中粗砂、砾石、岩体碎块等沉渣排出至地面；

E、高压旋喷双液注浆作业：配制好水泥浆，将注浆管***软弱层层底，启动高压注浆泵，高压喷射器于孔底回转驻喷，再逐步回转提升喷射，反复多次，直至完成该层软弱层的注浆。

进一步地，步骤C中，高压旋喷钻机的喷射压力为25～30MPa，回转速度为20～40r/min，提升速度为7～20cm/min，反复喷洗次数不少于3次。

进一步地，步骤E中，高压喷射器的喷射压力为25～30MPa，水泥浆流量90～100L/min，回转速度为10～40r/min，提升速度为7～20cm/min，在同一注浆段内由下而上完成喷浆不得少于3次，如有需要，可适当增加水玻璃用量，可孔底先进行低压驻喷或整个注浆段分层进行注浆，也可增加不同高度的多次驻喷。

进一步地，若某一软弱层的竖向跨度较大，可自下而上采取分层的方式进行高压旋喷注浆施工，使注浆体在桩周以外进行扩散。

进一步地，注浆应分序、跳孔、对称进行，分层注浆施工以及相邻孔的高压旋喷间隔时间不少于24h。

显著优点和良好效益：与现有多孔超长勘察钻探相比，以及与被动发现嵌岩桩底缺陷与安全隐患再通过桩身砼钻孔实施超长桩底持力岩层的加固补强相比，本发明方法在技术、程序和操作上，具有如下几方面的显著优点和良好效益：

1、在设计过程中，通过主动引入营造桩底连续持力层的思路方法，结合各桩位处岩层与溶洞在竖向上的地质构造和具体分布，扩大了桩长以及桩端持力层标高的选择范围，可较显著地提高部分桩基桩底标高，缩短桩长，减少冲孔施工遇溶风险，缩短桩基施工期，降低桩基工程量，节约投资。

2、将后期被动性随机抽检加固变为过程中的主动、全覆盖性排查与处理，进一步减少和尽可能地排除了桩底持力层缺陷(如遇溶等)风险；大大增强了结构和工程的质量与安全性；与此同时，大幅节省了抽检和加固处理环节的时间，提高了工作效率。在嵌岩桩底软弱层检测、发现、处理的时间与程序上，由外界的质量监督部门或独立第三方后期随机抽查、监控内化为参建各方共同参与、全过程主动排查与自行处理，可更好地统筹、协调和组织；检测规范规定嵌岩桩基抽芯频率不应少于嵌岩桩基总数的10％且不应少于10根，本技术方法在桩底软弱层揭示和处理的覆盖率、数量控制与效率上，大大优于规范要求的随机检查方式。

3、在桩身砼浇筑前预埋固设大直径钢管，在桩身内部可形成若干竖向预留通道，具有一管多用的多种功能：①兼顾桩基声测管作用，可完成桩身砼的完整性检测；②由于预设钢管通道的平面和垂直度定位均较精准，且有周边砼的良好嵌固支撑，与超长钻探勘察的常规施工方法相比，由上至下无需敷设多层套管，克服解决了钻孔钻进困难、漏浆、耗时、易倾斜跑偏等困难与问题，钻杆可快捷、顺利地直达桩底，只需对桩底的持力层进行加深钻探，大大节约了对超长桩身砼钻孔取芯的时间和费用；③作为泥浆、碎块的置换清渣通道和高压注浆、出浆通道，可完成对桩底持力软弱层的改造，以达到设计和规范要求。

4、由以往的桩底软弱层与高压水泥浆混和加固变为完全性的替代与置换。桩底一定范围持力岩层内的软弱岩体、土层通过高压水的旋转喷射切割、清洗和高压气体的托举反循环置换至地面外排出；通过高压双液旋喷注浆，在桩底主动营造出连续、良好的持力岩层。对于改造后的桩底持力层段，经工地抽芯试验证明，达到一定龄期后的水泥浆体和新鲜岩层结合良好，无断层，无空隙，紧密胶结，芯样连续；水泥浆砌体的抗压试验表明，其承载力强度完全能够达到15Mpa以上，可有效地提高基岩竖向承载力和整体稳定性，满足相关规范规定和设计要求，保证桩基施工质量和结构安全。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例桩身内大声测管横截面布设图，其中1-(1)至1-(3)适用于D120～D180cm桩基，沿桩周均匀布设3～5根；1-(3)至1-(5)适用于D180～D250cm桩基，沿桩周均匀布设5～8根，可根据工艺水平在桩心或桩心外40～60cm圆周上增设1～3个砼取芯孔；

图2为本发明实施例大声测管立面剖视图；

图3为本发明实施例持力岩层地质钻机钻孔与取芯的状态示意图；

图4为本发明实施例埋设孔口管、安装孔口注浆装置的状态示意图；

图5为本发明实施例软弱层切割清洗排渣的状态示意图；

图6为本发明实施例软弱层单孔高压旋喷双液置换注浆的状态示意图；

图7为本发明实施例软弱层单孔孔口段补浆、静压憋压浆的状态示意图；

图8为本发明实施例软弱层注浆孔封孔的状态示意图；

图9为本发明实施例桩底遭遇大溶洞时的单孔高压旋喷双液置换注浆状态示意图；

图10为本发明实施例全过程的施工步骤与工艺流程图。

附图标号说明：1-大声测管；2-砼取芯孔；3-桩身砼；4-加劲圈筋；5-地质钻机；51-钻杆；6-孔口注浆装置；7-高压清洗喷射装置；8-高压注浆喷射装置；9-软弱缺陷溶洞层；10-软弱缺陷破碎层；11-受力主筋；12-箍筋；13-顶封钢板；14-底封钢板；15-施工孔；16剩余的卵砾及碎石块；17-注浆液；18-注浆凝固体。

具体实施方式

参照图1至图10，本发明实施例一种串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，主要包括以下步骤：

S1、通过单桩多孔，详细勘察各桩位处的地质岩层构造与溶洞在竖向上的具体分布情况，通过主动优化设计，确定各桩身的设计标高及桩长；

S2、在各桩身的钢筋笼内侧沿桩周均匀预埋有若干竖向通长钢管；

S3、采用钻孔取芯的方式，利用钢管通道对各桩底持力层的岩层地质进行补充勘察，并结合详勘情况，最终确定各桩底有无软弱层及其具体分布；

S4、结合S3中的勘察情况，通过高压清洗喷射装置7实现高压清水喷射、气举反循环排渣等综合工艺，完成对桩底持力范围内各软弱层的切割、扩孔和清洗；

S5、通过高压注浆喷射装置8实现高压旋喷双液注浆工艺，通过单孔对桩底持力范围内某一软弱层进行完全充填置换；

S6、进行该孔孔口补浆处理，消除浆液回缩，现场工作人员根据孔内的水泥浆液面确定该孔的补浆时间及注浆量；

S7、进行该孔孔口憋压浆处理，孔口补浆结束后，通过注浆管连接孔口开关，采用静压注浆的方式向孔内注入较浓水泥浆，以加大桩底持力层内水泥浆的渗透影响范围。孔口憋浆泵压建议在2～4Mpa，一般在高压旋喷注浆结束后3～4小时内完成；

S8、重复步骤S5、S6、S7，跳孔对称完成其余各孔对该层软弱层的置换注浆；

S9、由上至下逐层对各软弱层进行处理置换，最终形成桩底连续持力层。

通过在设计过程中主动引入营造桩底连续持力层的思路方法，结合各桩位处岩层与溶洞在竖向上的地质构造和具体分布，扩大了桩长以及桩端持力层标高的选择范围，可较显著地提高部分桩基桩底标高，缩短桩长，从而减少冲孔遇溶风险，缩短桩基施工期，降低桩基工程量，节约投资。将后期被动性随机抽检加固变为过程中主动、全覆盖性的排查与处理，大大增强了结构和工程的质量与安全性。同时，由以往桩底的软弱缺陷溶洞层9及软弱缺陷破碎层10与高压水泥浆混和加固变为完全性的替代与置换，在桩底主动营造出连续、良好的持力岩层，可有效地提高基岩竖向承载力和整体稳定性，满足相关规范规定和设计要求，保证了桩基施工质量和结构安全。并且，在桩身砼3浇筑前预埋固设若干大直径钢管，形成桩身内部的竖向预留通道，具有一管多用的多种功能：①兼顾桩基声测管作用，可完成桩身砼3的完整性检测；②由于预设钢管通道的平面和垂直度定位均较为精准，且有周边砼的良好嵌固支撑，与超长钻探勘察的常规施工方法相比，可使钻杆51快捷、顺利地直达桩底，钻孔不会倾斜、跑偏，解决了钻进困难、漏浆、耗时等缺点；同时只需对桩底持力层进行加深钻探，大大节约了对超长桩身砼3进行砼开孔取芯的时间和费用；③作为泥浆、碎块的排渣通道和注浆出浆通道，可完成对桩底软弱缺陷溶洞层9及软弱缺陷破碎层10的置换改造，以达到设计和规范要求。

作为优选，步骤S1中，相对某个持力岩层的标高值，如符合以下情形之一，则可将该标高确定为桩底标高，无需继续往下寻找，从而达到有效缩短桩长的目的，具体为：在此标高以上，各勘察孔均显示桩身已进入各微(中)风化岩层厚度累计之和不小于3倍(6倍)桩身直径；与此同时，在此标高以下的3倍桩径深度范围虽仍为连续微风化或连续中风化以上的持力岩层，但也存在3m以内较薄的软弱夹层或并不高大的溶洞，或者已有勘察孔数不多(1～2个勘察孔)，或者勘察孔数较多(3～6个勘察孔)，但孔深足够的勘察孔仅有1～2个，导致桩底该深度范围未能完全揭示和不能完全判定是否存在软弱夹层或小型溶洞等。我们可以考虑将该标高面作为桩底标高，而不需继续往下寻找所有勘察孔均共同揭示和共同满足的嵌入中微岩层1～3d同时桩底以下还有连续中微岩层不小于3d(总计连续4～6d中微岩层)的基岩标高位置，从而达到有效优化缩短桩长的目的。

具体地，步骤S2中的钢管工艺性能和材料规格必须满足《混凝土灌注桩用钢薄壁声测管及使用要求(JT/T 705—2007)》和高压注浆环境的需求。本发明钢管也称为大声测管1，其外径一般采用D127mm，壁厚一般选取3～4mm。大声测管1一般比桩头高30cm，其顶部焊接有顶封钢板13；大声测管1的底部焊接有底封钢板14，一般比桩底短15～50cm，其中底封钢板14为盲盖或10mm厚以内的钢板。大声测管1的标准长度一般为3m、6m、9m；可采用大声测管1配套连接产品，也可采用外焊短钢套管，各连接焊缝均采用hf＝6mm角焊缝，在连接或焊接后须进行密水性和耐压性实验且不得漏浆。管壁厚度宜适中，过薄接长时易变形偏位且易焊穿孔；过厚则施工困难和不经济。

同时大声测管1的埋设根数与间距既要符合相关检测规范规定，也要结合桩径、水与水泥浆液的高压值、有效作用半径、工艺水平等进行合理确定。钢筋笼主要由桩身外侧箍筋12、桩身受力主筋11、桩身内侧加劲圈筋4组成。一般在加劲圈筋4内侧均匀绑焊布设大声测管1，间距宜1.0～1.2m，其中心距离桩周为17.5～21cm。一般地，直径1.2～1.3m桩基沿桩周布置3～4根管；直径1.5～1.6m桩基沿桩周布置4～5根管；直径1.8～2.0m桩基沿桩周布置5～6根管；直径2.2m桩基布置6～7根管，直径2.5m桩基布置7～8根管。对于大直径桩如需进行后期高压注浆处理的，直径1.8～2.2m桩基可在桩心增设一个砼取芯孔2进行加密施工；直径2.5m桩基可在桩心增设一个或离桩心0.4～0.6m距离均匀增设3个砼取芯孔2加密施工。

大声测管1一般随钢筋笼分段安装，放入桩孔时应防止钢筋笼扭曲，每固设一节均应内注清水。管体安装完毕后上口应加盖或加塞封闭，以免浇灌混凝土时落人异物，致使孔道堵塞。

绑焊固定点的间距一般不超过2m，其中大声测管1底端和接头部位宜设固定点。当采用焊接时，应避免焊液流溅至管体或接头上，应避免烧穿管壁及在内壁形成焊瘤，影响管的通直。

大声测管1如需截断，不宜电焊烧断，宜用切割机切断，并对管口进行打磨以消除内外毛刺。

被检桩基的混凝土龄期大于14天后，方可进行声测；龄期达到28天后，可进行桩底持力岩层的钻孔取芯检测和可能的置换改造。

作为优选，步骤S3中遵循对称、跳孔的原则，选取3～5个预埋在桩周且对称分布的钢管作为施钻孔，地质钻机5经施钻孔探入至桩底并向下施钻，记录勘察的相关参数。其具体施工如下：

1、确定地质钻孔的孔位和个数

为较准确地摸清和探明桩底持力层是否存在软弱层，同时能相对省时省力，可遵循对称、跳孔的原则，选取3～5孔进行施钻检查。

2、地质钻机5就位对位

水平校正钻杆51，并使其轴线垂直对准钻孔中心位置。对于直径1.8～2.5m桩身的砼孔位，放样误差应不大于5cm。

3、钻进、取芯，判断是否需要处理

采用φ91mm型(成孔)地质钻机5，通过钢管直接下放至桩底，先钻穿底封钢板14，钻进持力岩层至桩底以下不小于3d(桩身3直径)或5m，宜钻进至5d深度；如遇溶洞，且需钻进至溶洞底板基岩1m。

对于直径1.8～2.5m桩基的砼桩身孔，应采用φ101mm型(成孔)地质钻机5钻进。

钻进时应取芯留样，应详细记录孔位、地层情况、终孔深度；如遇溶洞，应准确记录溶洞顶、底板埋深及岩性、充填物、漏水、连通、钻进速度等情况。钻进或注浆暂停时，孔口应加盖保护；若时间较长，应采取措施防止坍孔。根据勘察成果分析软弱层有无及在竖向和水平面的分布、发育、连通情况。

如未发现软弱层，则将所有孔直接灌浆封闭即可。如发现软弱层，则需对所有预埋管位均进行地质钻孔和注浆处理。如果存在多层软弱缺陷溶洞层9，则先从最上面的软弱缺陷溶洞层9开始处理；上层软弱缺陷溶洞层9各孔均处理完成后，依次钻透水泥浆固结体至下一个软弱缺陷溶洞层9处理。对于直径1.8～2.5m桩基桩心的1～3个加密砼取芯孔2，为实现注浆所用，可在完成桩周预埋孔钻孔置换注浆后再予以实施。

作为优选，步骤S4具体包括如下施工流程：

A、注浆前在钢管上部及砼取芯孔2上部埋设带有开关的单管接头或混合器式孔口注浆装置6，并用环氧水泥或环氧水泥与堵水剂的混合材料将孔口注浆装置6与管壁或孔壁之间的空隙固定密封。埋设孔口管的环氧水泥砂浆固结时间为48小时，强度不小于15MPa，孔口耐压不小于5MPa。

B、将高压旋喷钻机与导流器相连，高压旋喷钻机的喷嘴和喷杆从钢管中下放至孔底。

C、启动高压清洗喷射装置7，自下而上喷射高压清水，扩大作用孔径，边回转边提升，对软弱层进行切割、清洗；桩底沉淀土如不满足规范及设计要求，也需进行切割清洗，要求搭接桩底段不少于50cm；各软弱岩层的清洗应分别进入顶底相邻好持力岩层以内20～50cm。旋喷头的喷射压力为25～30MPa，回转速度为20～40r/min，提升速度为7～20cm/min，要求反复喷洗次数不少于3～5次，直至桩基投影区域及周边传力区域切割彻底、清洗到位，以孔口返出稳定清水为准。

D、空压机气举反循环排渣：通过空压机连通高压清洗喷射装置7，压入高压空气，采用反循环方式，将软弱层中的中粗砂、砾石、岩体碎块等沉渣排出至地面，软弱层中还包括洗净剩余的卵砾及碎石块16。

E、高压旋喷双液注浆作业：在配制好注浆液17后，将注浆管***上层的软弱缺陷溶洞层9或软弱缺陷破碎层10层底。启动高压注浆泵，高压喷射器于孔底回转驻喷，再逐步提升，直至完成所有软弱层的注浆。

其具体操作过程如下：

注浆管***需处理的软弱层层底，进行水泥浆高压喷射作业。开动高压注浆泵，高压喷射器于孔底回转驻喷10分钟，再启动钻机一边回转，一边缓慢提升。旋喷头的喷射压力为25～30MPa，水泥浆流量90～100L/min，回转速度为10～40r/min。提升速度一般为7～20cm/min，首次喷浆宜按10cm/min提升，复喷宜按15cm/min提升。在注浆段内由下而上完成喷浆不得少于3～5次。鉴于溶洞、切割孔洞、裂隙大小不等，不同软弱层的水泥用量差别较大，注浆的原则是将溶洞、孔洞及裂隙填充饱满；如用量较大，在不堵管的情况下，可适当调多水玻璃用量；如所遇空洞在平面竖向上较大较高时，可从该层溶洞底自下而上分层进行高压旋喷注浆施工，使在桩周以外进行有限度的扩散；对于钻进时发生过严重漏浆的钻孔或所遇空洞在平面上很大时，可先进行孔底低压充填注浆，驻喷一段时间，然后再分层进行高压旋喷注浆甚至在不同高度上多增加几次驻喷。当注浆孔、相邻孔返出稳定、饱满的水泥浆时方可停止注浆。注浆结束后，应立即将施工机具设备冲洗干净，以防止水泥浆凝固堵塞管路。

若某一软弱层的竖向跨度较大，可自下而上采取分层的方式进行高压旋喷注浆施工，使注浆体在桩周以外进行扩散，如图9所示。

按跳孔、对称的顺序，依次完成各施工孔15对该层软弱层的置换注浆，并形成注浆凝固体18。先处理置换与桩底接触或最近的软弱层，然后由上至下逐层钻透水泥浆固结体，逐层处理置换各层软弱层。最下层软弱层在各孔口补浆憋浆后如为增加桩底与岩层的锚固连接性，可向各注浆孔内投入2～3根Φ28mm×12～15m钢筋。然后进行封孔。

该操作的注意事项如下：

(1)高压旋喷应分序跳孔、对称进行，相邻孔高压旋喷间隔时间不宜少于24h，以保证不影响相邻孔的旋喷桩浆液固结成桩。

(2)下喷射管前，应进行地面试喷和调校准确。

(3)下入、拆卸喷射管时，应采取措施防止喷嘴堵塞。

(4)当喷头下至高压旋喷注浆设计深度，应先按规定参数送浆进行驻喷。

(5)高压旋喷注浆应全孔连续作业。每当拆卸喷射管或因事故中断后恢复施工时，应进行复喷，保证搭接长度不小于0.2m。

(6)应动态监测高压旋喷双液注浆的提升速度、喷射压力、流量和密度四个参数情况。

(7)在高压旋喷注浆过程中，如出现压力突降或骤增、孔口回浆浓度或回浆量异常等情况时，应迅速查明原因，及时处理，在恢复正常情况后方可继续旋喷。

(8)施工中应如实记录各项参数、浆液材料用量、异常现象及处理情况等。

(9)根据需要，注浆可分多次进行，间歇注浆，后次注浆与前次注浆应搭接适当长度，建议在0.25～0.35m。

在进行高压旋喷双液注浆作业之前，还需要配制注浆液17，其具体配制要求如下：

注浆材料既需满足旋喷注浆施工时对浆液流动性和适时凝固性的要求，也需满足水泥浆固结体抗压强度指标的要求。作为主要注浆材料，水泥、水须应满足规范及设计要求，并由试验室试配至最佳配合比。宜采用42.5R普通硅酸盐优质水泥，水泥：水的一般配合比(重量比)范围为1:0.4～1：1，宜1：0.8；应严格控制水灰比，可采用重量或体积法称量，误差应不大于5％。所用水泥、外加剂必须符合有关质量标准,应对水泥进行抽样检查，不得使用受潮结块水泥。将水泥浆搅拌均匀，采用高速搅拌机搅拌时间不应少于3min；采用普通搅拌机不应少于5min。

使用前应通过现场试验确定各外加剂的成分与掺量。减水剂与水泥浆配比约为4‰。宜掺配适量水玻璃，以减缓高压水泥浆的扩散速度；对于平面空间很大的溶洞，应控制其扩散范围和加快其凝结。一般要求28天龄期单轴抗压强度不小于15MPa，介于15～30MPa之间。

在完成连续持力层营造后，由质量监督部门或第三方独立检测单位结合地质实际差异以及业主、监理意见，按规范规定制定检测频率、方案，进行随机抽检。

图10为本发明方法的施工步骤与工艺流程，在综合勘察(如地质遥感、调绘、物探、跨孔CT等)以及单桩详勘孔与施工勘察孔数量相对足够(2～4孔)的基础上，首先根据揭示出的单桩及相邻桩的地质缺陷体(溶洞、破碎体、裂隙、软弱夹层等)情况，确定出各单桩桩底设计标高，并确定好桩身砼3浇筑后需对哪些桩基的桩底持力层完整、连续性进行检查。在各桩终孔并完成孔底清孔后，于钢筋笼的加劲圈筋4内侧均匀地绑焊固设若干D127mm直径的大声测管1，上口加顶封钢板13、下口加底封钢板14临时封闭。14天龄期后，利用预留钢管对桩身砼3完整性进行超声波检测。约28天后，利用预留钢管通道对桩底3d或5d范围持力岩层进行加深钻探，留取岩样、记录整理钻探成果，分析确定嵌岩桩底以下不小于3d或5m深度范围内的基岩是否存在软弱层(溶洞、夹层、破碎体、裂隙等)。如基岩不满足连续和完整性的要求，则通过预留钢管通道，采用高压清水以及高压空气气举反循环工艺，对软弱层的破碎岩体、土体进行切割、清洗并排出至地面；再进行高压双液旋喷注浆置换处理，投入钢筋，补浆憋浆封闭；进而由上至下，对各层软弱层进行高压双液旋喷注浆置换处理。后期由质量监督部门和第三方独立检测单位结合实际地质差异以及业主、监理意见，按规范规定，制定随机检测频率、方案进行抽检。

通过相关工程的取出芯样和单轴抗压试验证实，水泥浆体可较好地置换充填桩底周边、清洗扩孔空间以及溶蚀裂隙、破碎岩体的微细裂缝，相互间紧密接触、良好胶结，形成密实、充盈、连续的传力层。取出的芯样较完整、饱满，呈连续、柱状，抗压强度可达15MPa以上，完全能够满足规范和设计对桩体竖向承载力的要求。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过单桩多孔，详细勘察各桩位处的地质岩层构造与溶洞在竖向上的具体分布情况，通过主动优化设计，确定各桩身的设计标高及桩长；

S2、在各桩身的钢筋笼内侧沿桩周均匀预埋若干竖向通长钢管；钢管的外径为127mm，壁厚为3~4mm，钢管与钢管中心之间的间距为1.0~1.2m，钢管中心到桩周的距离为17.5~21cm，钢管的顶部焊接有顶封钢板，钢管的底部焊接有底封钢板，钢管的顶部高出桩头30cm，钢管的底部高于桩底且距离桩底15~50cm；

S3、采用钻孔取芯的方式，对于直径为1.8~2.5m的桩身，按照均匀和间距适中原则，在其桩心附近适当增设一个或多个砼取芯孔，利用钢管通道对各桩底持力层的岩层地质进行补充勘察，并结合详勘情况，最终确定各桩底有无软弱层及其具体分布；

S4、结合S3中的勘察情况，通过高压清水喷射和气举反循环排渣综合工艺，完成对桩底持力范围内各软弱层的切割、扩孔和清洗；步骤S4具体包括如下施工流程：

A、注浆前在钢管上端或砼取芯孔上部埋设孔口管并安装固定孔口注浆装置，同时将安装空隙采用环氧水泥浆进行密封处理；

B、将高压旋喷钻机的喷嘴和喷杆从钢管中下放至孔底，连接导流器；

C、启动高压旋喷钻机，在旋转的同时自下而上提升，通过高压清水的冲洗、切割，实现对软弱层及不合格桩底的清洗与扩孔；

D、空压机气举反循环排渣：通过空压机压入高压空气，采用反循环方式，将软弱层中的中粗砂、砾石或岩体碎块排出至地面；

E、高压旋喷双液注浆作业：配制好水泥浆，将注浆管***软弱层层底，启动高压注浆泵，高压喷射器于孔底回转驻喷，再逐步回转提升喷射，反复多次，直至完成该层软弱层的注浆；

S5、采用高压旋喷双液注浆工艺，双液注浆原料为水泥、水和水玻璃，以一定重量配合比混合，以满足旋喷注浆施工对浆液流动性和固结体抗压强度指标的要求，要求水泥土固结体28天龄期单轴抗压强度不小于15MPa；根据水灰比、水泥浆、水玻璃的比例不同，水泥-水玻璃浆液凝固3天强度均能够达到 10～17MPa 不等，强度指标满足持力层要求，通过单孔对桩底持力范围内某一软弱层进行完全充填置换；

S6、进行该孔孔口补浆处理，消除浆液回缩；

S7、进行该孔孔口憋压浆处理，加大桩底持力层内水泥浆的渗透影响范围；

S8、重复步骤S5、S6、S7，跳孔对称完成其余各孔对该层软弱层的置换注浆；

S9、由上至下逐层对各软弱层进行处理置换，最终形成桩底连续持力层。

2.根据权利要求1所述的串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，其特征在于：步骤S1中，相对某个持力层的标高值，如符合各勘察孔均显示上部桩身已进入各微风化岩层厚度累计之和不小于3倍桩身直径或已进入各中风化岩层厚度累计之和不小于6倍桩身直径；同时，在此标高以下的3倍桩径深度范围内仍为连续微风化或连续中风化以上的持力层、或者存在3m以内的软弱夹层或溶洞、或者仅有1~2个勘察孔、或者勘察孔数虽有3~6孔，但孔深足够的勘察孔仅有1~2个，导致桩底该深度范围内未能完全揭示和不能完全判定是否存在软弱夹层或小型溶洞，则可将该标高确定为桩底标高。

3.根据权利要求1所述的串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，其特征在于：步骤S3中遵循对称、跳孔的原则，选取3~5个预埋在桩周的且呈对称分布的钢管作为施钻孔，钻机经施钻孔探入至桩底，突破底封钢板并向下施钻，记录补充勘察的各相关参数。

4.根据权利要求1所述的串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，其特征在于：步骤C中，高压旋喷钻机的喷射压力为25~30MPa，回转速度为20~40r/min，提升速度为7~20cm/min，反复喷洗次数不少于3次。

5.根据权利要求1所述的串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，其特征在于：步骤E中，高压喷射器的喷射压力为25~30MPa，水泥浆流量90~100L/min，回转速度为10~40r/min，提升速度为7~20cm/min，在同一注浆段内由下而上完成喷浆不得少于3次，如有需要，适当增加水玻璃用量，或孔底先进行低压驻喷或整个注浆段分层进行注浆，或增加不同高度的多次驻喷。

6.根据权利要求5所述的串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，其特征在于：若某一软弱层的竖向跨度较大，则自下而上采取分层的方式进行高压旋喷注浆施工，使注浆体在桩周以外进行扩散。

7.根据权利要求5所述的串珠状岩溶区超长嵌岩桩连续持力层的营造方法，其特征在于：注浆应分序、跳孔、对称进行，分层注浆施工以及相邻孔的高压旋喷间隔时间不少于24h。

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