CN109555116A - 一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，包括如下步骤：施工准备，桩位测量放线，全回转机就位，吊装安放套管，测量调整垂直度，套管钻进并抓除渣土，套管钻进清土至设计标高，清除孔底沉渣、检查孔深，制作钢筋笼，并吊放钢筋笼，安放导管、浇注混凝土，测量混凝土，全回转套管机移位；本发明中，采用基于BIM的灌注桩、溶洞、土洞模型的模拟技术，通制定出基坑开挖施工前对已知土洞、溶洞注浆施工方案；通过建立的模型，发现未知的大体积和埋深较浅的溶洞，对施工人员进行安全交底，并采取相应的安全防护措施，避免安全事故发生。

Description

一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法

技术领域

本发明属于灌注桩施工技术领域，具体涉及一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法。

背景技术

随着城市现代化步伐的前进，国内外越来越多的城市修建了地铁，地铁成为一个城市现代化的标志，不少建设项目紧邻地铁线路，对地铁隧道周边地基沉降及土体变形控制较严格，紧邻地铁施工建设过程中对地铁隧道的保护必然成为工程建设的重要内容，而我国南方建设项目多位于石灰岩洼地水文地质区，场地内基岩为石灰岩，岩面起伏变化较大，且岩溶较发育，如何保证施工期间地铁线路安全又要保桩基施工质量和工期，为该类型施工建设的难题。

传统钻孔灌注桩具有如下缺点：桩的质量不易控制和保证，容易在灌注混凝土的过程中，出现断桩、缩颈、露筋和泥夹层的现象；桩身直径变化较大，孔底沉积物不易清除干净，故单桩的承载能力变化较大。

在基础施工时可能引起机械设备倾斜、塌陷，在桩基础施工时可能会引起漏浆、塌孔等现象，溶洞位于基岩内地下水位聚集发育的区段，溶洞主要对桩基础施工的影响不利，主要表现为成孔过程中可能漏浆、卡锤、混凝土浇灌困难等；为提高工程桩施工效率、保证施工质量，依托基于BIM的桩、洞模型的模拟技术、刀头载荷智能自动控制***及基于新型钻孔控制技术，制定出高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工技术，保质保量保安全的情况完成桩基施工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，以解决上述背景技术中提出的传统钻孔灌注桩具有桩的质量不易控制和保证，容易在灌注混凝土的过程中，出现断桩、缩颈、露筋和泥夹层的现象；桩身直径变化较大，孔底沉积物不易清除干净，故单桩的承载能力变化较大，在基础施工时可能引起机械设备倾斜、塌陷，在桩基础施工时可能会引起漏浆、塌孔等现象，溶洞位于基岩内地下水位聚集发育的区段，溶洞主要对桩基础施工的影响不利的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，包括如下步骤：

步骤一：施工准备：基于BIM的灌注桩、溶洞、土洞模型的模拟技术，通过详细勘察阶段岩土工程勘察报告、管波探测成果、超前钻及物探报告，结合设计单位提供的桩设计图纸，采用绘制三维复杂形体的软件，利用场地功能建立土洞、溶洞模型，利用土洞、溶洞三维位置与灌注桩及底板三维位置链接，展现土洞、溶洞与灌注桩、底板的三维位置关系，制定出基坑开挖施工前对已知土洞、溶洞注浆施工方案；

步骤二：桩位测量放线：根据设计图纸提供的坐标计算桩中心点坐标，采用全站仪根据地面导线控制点进行实地放样，并保护好桩位中心点；

步骤三：全回转机就位：移动全回转套管钻机至正确位置，使套管钻机抱管器中心对应桩位中心；

步骤四：吊装安放套管：安置套管在主副夹具完全打开的情况下，放入带刃口的套管；

步骤五：测量调整垂直度：用经纬仪或测锤监测，套管被抱紧后测定垂直度情况，并做微量调整；

步骤六：套管钻进并抓除渣土：套管用定位油缸夹紧，摇动下压桩管，压入，用抓斗从套管内取土，一边抓土、一边继续下压套管；

步骤七：套管钻进清土至设计标高：套管钻进清土直至达到预先设计的标高；

步骤八：清除孔底沉渣、检查孔深：清除泥浆；

步骤九：制作钢筋笼，并吊放钢筋笼：在钢筋笼加工场地，按设计规范要求加工钢筋笼，钢筋笼加工成形后，吊入桩孔内就位；

步骤十：安放导管、浇注混凝土：导管连续灌注，套管埋深，灌注时采用水下混凝土灌注法施工；

步骤十一：测量混凝土：对灌装后的混凝土进行测量；

步骤十二：全回转套管机移位：将全回转套管机移走即可。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述绘制三维复杂形体的软件为AutodeskCivil 3d、Autodesk Revit、Autodesk 3d max中的一种。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述摇动下压桩管，压入深度为2.5-3.5m。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述导管连续灌注，中断时间不超过45分钟。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述溶洞处混凝土塌落度保持200mm。

作为本发明的一种优选的技术方案，所述全套管钻机每个台班进尺为：回填层18-22米；土方层28-32米；强、中风化岩层2-5米。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)采用基于BIM的灌注桩、溶洞、土洞模型的模拟技术，通过详细勘察阶段岩土工程勘察报告、管波探测成果、超前钻及物探报告，结合设计单位提供的桩设计图纸，采用Autodesk Revit，利用场地功能建立土洞、溶洞模型，利用土洞、溶洞三维位置与灌注桩及底板三维位置链接，展现土洞、溶洞与灌注桩、底板的三维位置关系，制定出基坑开挖施工前对已知土洞、溶洞注浆施工方案；

(2)通过建立的模型，发现未知的大体积和埋深较浅的溶洞，对施工人员进行安全交底，并采取相应的安全防护措施，避免安全事故发生，通过土洞、溶洞模型与灌浆钻孔模型相对比，可得出每个钻孔精确钻进的深度，作为灌浆钻孔施工的深度参考，减少少钻和超钻，并且能得出灌浆材料的方量，实现施工精细化控制；

(3)套管钻机采用刀头载荷自动控制***，在切削硬岩时，通过电脑的自动控制，智能控制套管靴刀头载荷和回转扭矩，使之不随套管重量和地层阻力的变化而变化，能够很好的保护刀头及有效地提高切削效率；

(4)溶洞地层采用“怠速回转”的钻孔控制技术，针对溶洞灌注成桩，特有负荷敏感“怠。

附图说明

图1为本发明的流程图；

具体实施方式

一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，包括如下步骤：

步骤一：施工准备：基于BIM的灌注桩、溶洞、土洞模型的模拟技术，通过详细勘察阶段岩土工程勘察报告、管波探测成果、超前钻及物探报告，结合设计单位提供的桩设计图纸，采用绘制三维复杂形体的软件，绘制三维复杂形体的软件为Autodesk Civil 3d、Autodesk Revit、Autodesk 3d max中的一种，经过对比，优选Autodesk Revit，研究Revit溶洞建模方式的选择和可行性分析，Revit中建立三维复杂形体的命令可以使用场地、体量、常规模型族，其中体量命令建复杂形体太过繁琐，不便于通过钻孔点控制表面形状；常规模型族建溶洞模型需先建立钻孔柱状图，通过连线各钻孔柱建立溶洞形体，该方法对表达单个溶洞比较好控制，但绘制多个溶洞时线条的连接主观性大，且形成的溶洞模型由多个切面组成，在形态外观上与溶洞实际不符，经过对比发现，场地命令建溶洞模型更能体现溶洞在地底的形态，可操作性强，易控制利用场地功能建立土洞、溶洞模型，利用土洞、溶洞三维位置与灌注桩及底板三维位置链接，展现土洞、溶洞与灌注桩、底板的三维位置关系，制定出基坑开挖施工前对已知土洞、溶洞注浆施工方案；

步骤二：桩位测量放线：根据设计图纸提供的坐标计算桩中心点坐标，采用全站仪根据地面导线控制点进行实地放样，并保护好桩位中心点，单桩的施工程序细节：安放路基板使其中心对正保护好的桩位中心路基板又称导向台，长、宽4.5m，高30cm，四个拐角侧面均有一个吊耳，主材用2cm厚的钢板焊接而成，它的主要功能有以下了两点：定点导向的作用：在测放桩中心后，将测放出的桩的中心点周边用挖机挖出深30cm左右的基坑，再将路基板埋置其中，让路基板的中心与桩的中心叠合，桩基施工时套管不会跑偏；提高路基的强度，路基板表面平整，是各类桩基础施工所需的特殊操作平台，它有一定的厚度，不易变形，又因为自身面积大，与地面接触后，相当于硬化后的地面，具有一定的承载力，即节省了硬化所需混凝土，又解决了地基承载问题；

步骤三：全回转机就位：移动全回转套管钻机至正确位置，使套管钻机抱管器中心对应路基板中心即桩位中心；

步骤四：吊装安放套管：安置套管在主副夹具完全打开的情况下，放入带刃口的套管，在吊放套管的过程中，应平稳缓慢，避免其与主机机体碰撞，安置套管后使其刃尖与地面之间留有作业空间150mm左右；

步骤五：测量调整垂直度：用经纬仪或测锤监测，套管被抱紧后测定垂直度情况，并做微量调整，埋设第1、第2节套管，必须竖直，这是决定桩孔垂直度精度的关键，钻机上设有垂直度装置，可以保证施工中钻孔垂直度，随时纠正施工中套管的角度，与第1节套管组合的第1组套管必须保持很高的精度，细心地压入，全套管桩的垂直精度几乎完全由第1组套管的垂直精度来决定，第1组套管安装好后要用2台经纬仪或2组测锤从两个正交方向校正其垂直度，边校正、边回转套管、边压入，不断校核垂直度；

步骤六、七、八：套管钻进并抓除渣土、套管钻进清土至设计标高、清除孔底沉渣、检查孔深：吊装第一节管在桩机钳口中，找正桩心，将底部装有特制刀头的钢套管用定位油缸夹紧，摇动下压桩管，压入深度约为2.5-3.5m，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土、一边继续下压套管，始终保持套管底口超前于开挖面的深度≤2.5m，压入深度视具体土质而定，若为较硬的粘土，水头不高，则压管深度可适当减少；若为软塑粘土或者水头高的流塑粘土，则压管深度可适当加深，第一节套管全部压入土中后，地面以上要留1.2-1.5m，以便于接管，检测垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管继续下压取土，如此继续，施工至岩面时暂停抓土作业，通知监理、业主、地勘等相关部门确认岩面，确认后用配套嵌岩设备旋挖机继续凿岩作业至满足设计要求深度，确认持力层；终孔后孔底有裂隙水时，用全套管钻孔灌注桩特有的辅助设备水下冲抓来清理孔底沉渣或用气取返循环法；气取返循环法是依据压强平衡的原理；终孔后孔底涌出流塑粘土时，依据平衡压强的原理向孔内注入足量的水，保持孔内外压强的平衡后，再用水下冲抓捞取沉渣或用气取返循环清理沉渣，孔内的流塑粘土在遇水搅动的情况下会稀释成泥浆，一边注水保持孔内外压强平衡一边用沉浆桶取出泥浆，直至清理干净，再通知监理、业主等相关部门验收；清孔后如实际孔底标高与地勘建议基地标高基本相符，则不再进行钎探，若实际孔底标高与地勘建议基地标高不相符时，按照地勘单位要求作钎探处理；

步骤九：制作钢筋笼，并吊放钢筋笼：在钢筋笼加工场地，钢筋笼加工按设计规范要求，将钢筋笼加工成两种形式的笼子，成孔检验合格后进行安放钢筋笼工作，钢筋笼加工成形后，吊车大臂作业范围内，吊入桩孔内就位，钢筋笼吊运时应防止扭转、弯曲，缓慢下放，避免碰撞钢套管壁，钢筋笼采用吊装，另钢筋笼长度超过9m的采用搭接，搭接焊接满足规范要求，根据实际地质情况，溶洞处钢筋笼经过特殊加工后，使混凝土的浇灌方量可相对控制；

步骤十：安放导管、浇注混凝土：混凝土采用商砼厂C30商品混凝土，施工中利用导管灌注连续灌注，中断时间不超过45分钟，导管提升时不得碰撞钢筋笼，钢套管随混凝土灌注逐段上拔，起拔套管应摇动慢拔，保持套管顺直，套管埋深2-6m，溶洞处混凝土塌落度尽量保持200mm左右，灌注时采用水下混凝土灌注法施工俗称逆打工法，为避免孔壁坍塌，一边浇注砼一边拔管，保持套管不拔出混凝土面，直至混凝土浇筑至有效桩顶套管全部拔出，根据地勘报告显示的地质水文条件，结合施工机械情况，在施工条件正常情况下，每台全套管钻机每个台班进尺为：回填层18-22米；土方层28-32米；强、中风化岩层2-5米；遇溶洞的，需填实后二次钻孔或直接用钢护筒作护壁灌孔；

步骤十一：测量混凝土：对灌装后的混凝土进行测量；

步骤十二：全回转套管机移位：将全回转套管机移走即可。

软件功能对比表

技术关键控制点：

桩的垂直度的控制：垂直度进行严格的控制，满足规范要求，成孔过程中要控制好桩的垂直度，必须抓好以下两个环节的工作：套管的顺直度检查和校正：套管进场前对其进行校直，确保工程桩施工垂直度；成孔过程中桩的垂直度监测和检查；地面垂直度监测：在地面选择两个相互垂直的方向采用线锤监测地面以上部分的套管的垂直度，发现偏差随时纠正，这项检测在每根桩的成孔过程中应自始自终坚持，不能中断；孔内垂直度检查：每节套管压完后安装下一节套管之前，都需停下来进行孔内垂直度检查采用线锤孔内检查，不合格时需进行纠偏，直至合格才能进行下一节套管施工；终孔垂直度检查：在每根桩成孔完毕，必须进行垂直度检测，选用两个相互垂直的方向进行测量。

刀头载荷自动控制***：套管钻机采用刀头载荷自动控制***，在切削硬岩时，通过电脑的自动控制，智能控制套管靴刀头载荷和回转扭矩，使之不随套管重量和地层阻力的变化而变化，能够很好的保护刀头及有效地提高切削效率。

溶洞地层“怠速回转”：溶洞地层采用“怠速回转”的钻孔控制技术，针对溶洞灌注成桩，特有负荷敏感“怠速钻进”功能，保持套管低速旋转、自动上下，避免灌浆超方、断桩。

垂直度纠偏：全套管钻孔灌注桩成孔过程中如发现垂直度偏差过大，必须及时进行纠偏调整，纠偏的常用方法有：利用钻机油缸进行纠偏，如果偏差不大于或套管入土不深，5m以下可直接利用钻机的两个顶升油缸和两个推拉油缸调节套管的垂直度，即可达到纠偏的目的，如果偏差过大或套管入土较深，回填土方，拔管重新校正，或者根据实际地质情况在原桩位周边引孔。

溶洞、回填区处理及地下障碍物的处理：为解决混凝土浇筑量的不可控性故对钢筋笼进行特殊加工：在钢筋笼外侧包裹铁皮，根据孔的深度和溶洞的高度来选择铁皮的厚度及包裹区间，铁皮与钢筋笼之间保护层距离2cm再用螺旋筋或其它具有一定刚性及抗拉性能好的材料在铁皮外侧加绑，形成双套管形式；钢筋笼包裹铁皮的加工流程：为解决混凝土浇筑量的不可控性故对钢筋笼进行特殊加工：在钢筋笼外侧包裹铁皮，根据孔的深度和溶洞的高度来选择铁皮的厚度及包裹区间，铁皮与钢筋笼之间保护层距离2cm再用螺旋筋或其它具有一定刚性及抗拉性能好的材料在铁皮外侧加绑，形成双套管形式；克服钢筋笼上浮钢筋笼上浮是指由于套管内壁与钢筋笼外缘之间的空隙较小，在上拔套管的时候，钢筋笼有可能被套管带着一起上浮，准确的说，应称为钢筋笼的“挂笼”，这是因为钢筋笼垂直往上发生位移，实际原因是由于外界以钢筋笼为分析对象之外的因素，比如套管、混凝土中的粗骨料等原因将钢筋笼机械地挂住或卡住，随着外界约束往上走而跟着上移的，影响的原因很多，其预防措施主要有：钢筋砼桩砼的骨料粒径应尽量小一些，不宜大于20mm；钢筋笼底部焊上一块比钢筋笼直径略小的薄钢板或钢筋砼块以增加其抗浮能力；成孔垂直度必须达到设计及规范要求；钢筋笼制作必须满足设计规范要求，根据桩径的大小：800mm、1000mm；一般钢筋笼及特别处理的钢筋笼最大外径≤660mm、860mm；砼塌落度18-20cm，和易性必须达到设计规范要求，浇砼时，导管密封必须完好，且保证导管埋深，按水下浇灌技术，浇灌混凝土之前，安置导管的长度离孔底30-60cm；浇灌时，保持导管埋深混凝土里2-6m。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：施工准备：基于BIM的灌注桩、溶洞、土洞模型的模拟技术，通过详细勘察阶段岩土工程勘察报告、管波探测成果、超前钻及物探报告，结合设计单位提供的桩设计图纸，采用绘制三维复杂形体的软件，利用场地功能建立土洞、溶洞模型，利用土洞、溶洞三维位置与灌注桩及底板三维位置链接，展现土洞、溶洞与灌注桩、底板的三维位置关系，制定出基坑开挖施工前对已知土洞、溶洞注浆施工方案；

步骤二：桩位测量放线：根据设计图纸提供的坐标计算桩中心点坐标，采用全站仪根据地面导线控制点进行实地放样，并保护好桩位中心点；

步骤三：全回转机就位：移动全回转套管钻机至正确位置，使套管钻机抱管器中心对应桩位中心；

步骤四：吊装安放套管：安置套管在主副夹具完全打开的情况下，放入带刃口的套管；

步骤五：测量调整垂直度：用经纬仪或测锤监测，套管被抱紧后测定垂直度情况，并做微量调整；

步骤六：套管钻进并抓除渣土：套管用定位油缸夹紧，摇动下压桩管，压入，用抓斗从套管内取土，一边抓土、一边继续下压套管；

步骤七：套管钻进清土至设计标高：套管钻进清土直至达到预先设计的标高；

步骤八：清除孔底沉渣、检查孔深：清除泥浆；

步骤九：制作钢筋笼，并吊放钢筋笼：在钢筋笼加工场地，按设计规范要求加工钢筋笼，钢筋笼加工成形后，吊入桩孔内就位；

步骤十：安放导管、浇注混凝土：导管连续灌注，套管埋深，灌注时采用水下混凝土灌注法施工；

步骤十一：测量混凝土：对灌装后的混凝土进行测量；

步骤十二：全回转套管机移位：将全回转套管机移走即可。

2.根据权利要求1所述的一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，其特征在于：所述绘制三维复杂形体的软件为Autodesk Civil 3d、Autodesk Revit、Autodesk3d max中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，其特征在于：所述摇动下压桩管，压入深度为2.5-3.5m。

4.根据权利要求1所述的一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，其特征在于：所述导管连续灌注，中断时间不超过45分钟。

5.根据权利要求1所述的一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，其特征在于：所述溶洞处混凝土塌落度保持200mm。

6.根据权利要求1所述的一种高密度岩溶强烈发育地区全套管灌注桩施工方法，其特征在于：所述全套管钻机每个台班进尺为：回填层18-22米；土方层28-32米；强、中风化岩层2-5米。