CN110055957A - 一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，通过对水文地质情况、工期、现有机械设备等因素综合考虑，采用360度回转全套管施工岩溶处理钻孔灌注桩，并形成配套的施工工艺，通过该项目成功应用总结形成此方法，以克服目前在钻孔灌注桩施工过程中，因未能采取有效的措施导致塌孔而导致工程事故发生，使得工程成本大大增加，工期严重滞后，甚至被迫中断施工，岩溶地质钻孔灌注桩一般情况下采用的冲孔法施工，在冲孔的工程中回填片石、混凝土等措施，施工进度缓慢，且因回填数量不可控，施工工期、成本不可控。属于建筑工程施工领域。

Description

一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法

技术领域

本发明涉及一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，属于建筑工程施工领域。

背景技术

岩溶地质在我国分布广泛，在钻孔灌注桩施工过程中因未能采取有效的措施导致塌孔而导致工程事故发生，使得工程成本大大增加，工期严重滞后，甚至被迫中断施工。岩溶地质钻孔灌注桩一般情况下采用的冲孔法施工，在冲孔的工程中回填片石、混凝土等措施，施工进度缓慢，且因回填数量不可控，施工工期、成本不可控。

发明内容

中铁二局第一工程有限公司在施工杭州地铁6号线一期工程SG6-3标段凤凰公园站岩溶处理钻孔灌注桩中，通过对水文地质情况、工期、现有机械设备等因素综合考虑，采用360度回转全套管施工岩溶处理钻孔灌注桩，并形成配套的施工工艺，通过该项目成功应用总结形成此方法，以克服上述问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，包括如下步骤：

测定桩位中心并定位，根据设计图纸坐标尺寸，测定桩中心，在测定的桩位做记号，以此为中心并根据灌注桩直径画圆圈线，将套管机定位板吊装至桩位点，误差小于±10mm，所述套管机为360度全回转套管钻机，再将主机吊放至定位板上，调平主机，吊装放入钢套管的第一节钢套管于主机内并夹紧套管调平机器，旋转一周并观察底牙外圈与前述圆圈线重合；

钢套管桩旋转切割土体沉入钻孔，在钢套管机放入主机后夹紧钢套管，以套管底外壁为基准观察套管上部外壁垂直度在允许范围内，调整垂直后，根据地质控制切削进度，待钢套管沉入至一定深度用履带吊配合冲抓斗边沉入边抓土出套管，直至设计预定深度；

钢套管桩对接，对接前清理已压入管管口上的泥土，吊装钢套管于管口上方利用上节管身外壁上的管口对接件对准，检查管垂直度，控制在1/500的范围内，二人同时相向点焊固定，牢固后二人同时相向进行分层满焊作业；而后，清除管身外的对接件及吊点；

钢筋笼制作与吊装，钢筋笼按设计图纸及规范要求进行制作；吊装时，上下两节钢筋笼在孔口进行对接，下笼时人工辅助对准孔位，保持钢筋笼的垂直；钢筋笼最上端设定位筋，计算定位筋的长度，核对无误后焊接定位；灌注完的砼开始初凝时，割断定位骨架竖向筋；

混凝土灌注；

钻机移位，当将钢套管钻进压入至设计深度后，拆除地面上的工具管，即机器抱紧部份与顶节管顶端位置，然后吊出工具管并将钻机移至下一孔位；

成桩质量检测。

前述施工方法中，钻孔时，根据钻孔地质剖面图及现场取出的土质情况，按不同土层控制钻进速度和取土深度，根据钻机操作盘仪表压力显示数据，扭力达最大但无法钻进下压钢套管桩，管内又不能继续取土时，向孔内连续补充水量维持套管内应有水头，防止管外土、砂向管内涌造成地基沉降事故发生；钻进时，经常检查仪表压力控制钻头进尺，在硬岩石上钻进时使钻头能上下自由转动，经常测量孔深严禁超抓；待邻桩砼达到3天再开钻；沉入套管时须平稳，避免钻头合金撞击。

前述施工方法中，制好的钢筋骨架放在平整、干燥的场地上，存放时，每个加强筋与地面接触处都垫上等高的方木；采用吊车下放钢筋笼，起吊前在钢筋笼内临时加木杆，加强其刚度，上下两节钢筋笼在孔口进行对接，下笼时由人工辅助对准孔位，保持钢筋笼的垂直，轻放、慢放，避免碰撞孔壁；吊放钢筋笼过程中，必须始终保持钢筋笼轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求，钢筋笼最上端设定位筋，由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，反复核对无误后焊接定位；灌注完的砼开始初凝时，割断定位骨架竖向筋。

前述施工方法中，混凝土灌注，首次混凝土灌注深度不小于1.0m，桩身混凝土灌注在二次清孔后半小时内进行，并应连续灌注直至成桩，灌注过程中砼面高于导管下口2.0m，每次拆除导管前其下端被埋入深度不大于6.0m；随孔内混凝土的上升，需逐节快速拆除导管，时间不超过15min；在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续的混凝土应徐徐灌入漏斗和导管，不得将混凝土整斗从上而下倾入管内；桩身混凝土需超浇0.5～1m，达到强度后，将设计桩顶标高以上部分用风镐凿除；

前述施工方法中，岩溶处理钻孔灌注桩成桩质量检测包括：低应变法检测桩基完整性、声波投射法检测桩基完整性，自平衡检测桩基承载力。

工艺原理为：采用360度全回转套管钻机的液压转动装置并辅以加压，使套管进行360度回转切割、边压入，从而较大幅度地减少套管与土层间的摩阻力，同时抓斗不间断的取土，如遇障碍物和岩层时采用冲抓取出障碍物和岩石，如此钻至设计深度，钻孔符合设计、规范要求后，安放钢筋笼，灌注水下混凝土即可成桩，本方法尤其适用于地铁车站所有岩溶强烈发育区超深(细)钻孔灌注桩施工,“超细(深)孔桩”：设计桩径为1m的钻孔灌注桩，钻进深度可达90米-100米,(体现为：桩径小，长度长，相对于其他桩基的施工难度较大)。

该方法不仅施工方便快捷，而且创造了良好的经济效益，具体分析情况如下：

从施工时间上分析：对于岩溶区域内桩基施工，常规冲击钻施工法(单根桩)施工时间约为45天，本方法只需要5天即可施工完成，节约时间40天，缩短工期的同时使项目管服费用成本得到明显节约；

从材料使用上分析：岩溶区域地质情况一般分为填充、半填充以及空洞三种情况，使用常规冲击钻施工，遇到半填充以及空洞时需要先将溶洞填满过后再进行冲击成孔，填充溶洞填充物一般为碎石夹粘土或粘土混碎石，在冲击成孔的过程中，易坍塌，难以形成护壁，施工过程中也需要不停回填片石或混凝土冲击形成护壁，且遇到超大溶洞的时候，回填方量是不可估计的，本方法采用钢套管跟进成孔，所需材料成本是可预见的。

社会效益：采用360度全回旋钻工法施工安全、质量可靠且方便快捷、成本低，工期短，效益良好，以杭州地铁6号线一期工程SG6-3标段凤凰公园站为例，该项目设计有25根桩，工期紧、施工任务艰巨，采用此方法能够更加安全、快速地完成车站内岩溶处理，保证下一步车站基坑开挖顺利进行，施工期间，受到业主、设计单位、监理单位的高度赞誉。

与现有技术相比，本发明还具有如下优点：

1.成桩质量可靠，360度回转全套管桩基施工是在钢套管内进行灌注桩施工，对于岩溶区域内的填充、半填充以及空洞地质，钢护筒作为桩基护壁，可不受岩溶区域内地质影响，成桩质量能得到保障。

2.地质适应性强，能够对单轴压缩强度为137～206MPa的巨砾、岩床进行切削，保证穿过溶洞后顺利进入中风化岩层。

3.钻孔深度深，设计桩径为1m的钻孔灌注桩，钻进深度可达90m。

4.垂直度精度高，垂直度精度可达1/500。

5.施工效率高，该方法较其它施工方法，受环境因素限制小，灌注桩的施工效率高、风险低。

附图说明

图1是本发明的施工工艺流程。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参照图1，本实施例提供一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法。

一、准备工作

1、施工前应仔细复核设计图纸及对现场进行查勘，根据桩基布置图提前规划施工顺序。

2、为保证车站底板下工程桩的承载力，底板下工程桩均应进行超前钻探(一桩一孔)；超前钻钻探深度不小于桩底标高以下5倍桩身设计直径；如在桩底标高5倍设计桩身设计直径范围内遇到溶洞，应继续向下钻进，保持桩身位于5倍桩身设计直径中风化岩层内。

3、经过超前钻探(一桩一孔)后，需根据钻探资料确定每根桩基深度，对所涉及的材料、机具设备及劳动力提出需求计划。

4、场地平整正式进场施工前，进行场地调查后，清除施工场地地面障碍物，不能清除的做好保护措施，然后整平、夯实；同时合理布置施工机械、输送管路和电力线路位置，确保施工场地的“三通一平”。

二、测定桩位中心并定位

根据设计图纸坐标尺寸，采用全站仪测定桩中心，在测定的桩位用钢钉或红油漆做记号，以此为中心画一直径为1000的圆圈线。将套管机定位板吊装至桩位点，误差小于±10mm，再将主机吊放至定位板上，利用桩基自带水平装置调平主机。吊装放入钢套管第一节(底节)钢套管于主机内并夹紧套管调平机器，旋转一周并观察底牙外圈与直径1000直径圆圈线重合。钻机就位后经质检人员检查合格后签发开孔通知书。

三、钢套管桩旋转切割土体沉入钻孔

1、在钢套管机放入主机后夹紧钢套管，用吊线坠靠尺或二台经纬仪成90度方位以套管底外壁为基准观察套管上部外壁垂直度在允许范围1/500内，调整垂直后才可根据地质控制切削进度，待钢套管沉入至一定深度用履带吊配合冲抓斗边沉入边抓土出套管，直至设计预定深度。(冲抓取土具有一定的冲击力，如周边环境不允许可结合高平台旋挖钻机取土)。

2、钻孔时，根据钻孔地质剖面图及现场取出的土质情况，按不同土层控制钻进速度和取土深度，根据钻机操作盘仪表压力显示数据，扭力达最大但无法钻进下压钢套管桩，管内又不能继续取土时，向孔内连续补充水量(泥浆)维持套管内应有水头，防止管外土、砂向管内涌造成地基沉降等事故发生。

3、钻进时，经常检查仪表压力控制钻头进尺，在硬岩石上钻进时使钻头能上下自由转动，为预防卡钻。经常测量孔深严禁超抓。

4、为避免影响邻孔已灌砼的凝固，待邻桩(4D范围内)砼达到3天再开钻，以免影响砼质量。

5、沉入套管时须平稳，防止钻头合金撞击受损。

四、钢套管桩对接

1、对进场的钢套管桩进行管径、管顺直、管端面、坡口、焊缝等检查。

2、对接前清理已压入管管口上的泥土，吊装钢套管于管口上方利用上节管身外壁上专用管口对接件对准，用二台经纬仪成90度检查管垂直度，控制在1/500的范围内，二人同时相向施焊(点焊)固定，牢固后二人还时同时相向进行分层满焊作业。

3、清除管身外的专用对接件及吊点等。

桩基垂直度设计变差不得大于3/1000，因此在钢套管进场时必须先进行验收，保证钢套管自身的垂直度，其次，焊接时也必须要规范要求操作，保证焊接质量。

五、钢筋笼制作与吊装

1、钢筋笼加工

1)钢筋笼采用现场加工制作，加工尺寸严格按设计图纸及规范要求进行控制。钢筋笼主筋采用焊接，焊接长度符合设计要求，主筋与箍筋采用点焊。为起吊方便钢筋笼分段提前制作，孔口现场对接，钢筋接头按规定错开。

2)为保证灌注桩的保护层厚度，采用钢筋“耳朵”的方法。钢筋“耳朵”焊在骨架主筋外侧，间距2～4m。为确保钢筋笼刚度，起吊不变形，要求每隔2m增设加强筋。

3)制好的钢筋骨架必须放在平整、干燥的场地上。存放时，每个加强筋与地面接触处都垫上等高的方木，以免粘上泥土。成型骨架都要挂牌标识，避免吊装时出错。

4)钢筋笼加工完毕，报请监理验收，合格后方可使用。钢筋笼制作允许偏差详见下表：

表1桩基钢筋笼加工允许偏差表

2、钢筋笼吊放

1)采用吊车下放钢筋笼。为了保证钢筋笼起吊时不变形，采用两点吊。起吊前在钢筋笼内临时加木杆，加强其刚度。上下两节钢筋笼在孔口进行对接。

2)下笼时由人工辅助对准孔位，保持钢筋笼的垂直，轻放、慢放，避免碰撞孔壁，严禁高提猛放和强制下入。

3)吊放钢筋笼过程中，必须始终保持钢筋笼轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求。为防止砼灌注过程中钢筋笼上浮，钢筋笼最上端设定位筋，由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，反复核对无误后焊接定位。

4)灌注完的砼开始初凝时，割断定位骨架竖向筋，使钢筋笼不影响砼的收缩。避免钢筋砼的粘结力受损失。

钢筋笼在制作过程中，一定要保证垂直度的控制，避免因为钢套管、钻进过程以及钢筋笼自身垂直度的偏差导致钢筋笼放不下。

六、混凝土灌注

1、首次混凝土灌注深度不小于1.0m，桩身混凝土灌注在二次清孔后半小时内进行，并应连续灌注直至成桩，灌注过程中砼面应高于导管下口2.0m，每次拆除导管前其下端被埋入深度不大于6.0m。

2、随孔内混凝土的上升，需逐节快速拆除导管，时间不宜超过15min。

3、在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续的混凝土应徐徐灌入漏斗和导管，不得将混凝土整斗从上而下倾入管内，以免在管内形成高压气囊，挤出管节的橡胶密封垫。

4、混凝土上层存在一层浮浆需要凿除，为此桩身混凝土需超浇0.5～1m，达到强度后，将设计桩顶标高以上部分用风镐凿除。

5、做好混凝土浇筑记录。

6、灌注过程要保护安设在钢筋笼上监测元件。

7、灌注桩的原材料和混凝土强度必须符合设计要求和施工规范的规定。且混凝土实际浇灌量不得小于设计值。

七、钻机移位

当将钢套管钻进压入至设计深度后，拆除地面上的工具管(机器抱紧部份与顶节管顶端位置)，然后吊出工具管并将钻机移至下一孔位。在孔口周边设防护栏。

八、成桩质量检测

岩溶处理钻孔灌注桩成桩质量检测包括：低应变法检测桩基完整性、声波投射法检测桩基完整性，自平衡检测桩基承载力。

根据各种检测方法自身的特点、地铁车站岩溶发育区钻孔灌注桩的特殊性，各种检测方法的优缺点总结如下：

1、低应变法检测桩基完整性：由于在开挖范围内钻孔桩的空桩段，只有在开挖到底板后方可进行检测。

2、声波投射法检测桩基完整性：可以未开挖时，即可检测钻孔桩的完整性，但是在钻孔桩下钢筋笼阶段安放声测管且做好相关保护。

3、自平衡法检测桩基承载力：可以在未开挖时，检测钻孔桩的承载力，检测周期较短，不用堆载，但是应在安放钢筋笼阶段需安装好荷载箱且做好相关保护。

质量控制标准

360度回转全套管施工质量控制执行《城市轨道交通技术规范》(GB50490-2009)、《建筑基桩技术规范》(JGJ940415-2008)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)、《浙江地区建筑软弱地基基础设计规范》(DBJ10-1-09)，《钢筋焊接及验收规程》(JGJ18-2012)。

应用实例

杭州地铁6号线一期工程SG6-3标段凤凰公园站位于杭州市西湖区转塘街道象山路与鸡山路交叉口，沿象山路南北向布置。该站为地下二层12.6m岛式车站，站台宽度为12.6m，车站主体净长为274m，总建筑面积15005㎡；车站标准段净宽为19.9m，有效站台中心里程处轨面埋深为15.2m，顶板覆土3.5～4.0m。凤凰公园站YDK4+189～YDK4+277里程段岩溶强烈发育，YDK4+132～YDK4+189段和YDK4+277～YDK4+346岩溶中等发育。岩溶强烈发区域共设计25根钻孔灌注桩，桩径1000mm，钻孔深度42.5m～100m。目前运用该技术已完成凤凰公园站岩溶处理25根钻孔灌注桩的施工。该技术相比常规的岩溶发育区钻孔灌注桩(冲击钻)施工节约了成本、加快了施工进度、保证了施工质量、降低了施工风险。施工期间多次受到杭州市安全质量总督总站、建设、监理单位的高度赞誉，为杭临线、杭富线岩溶处理积累了宝贵经验，取得了良好的社会效益。

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。

Claims (5)

1.一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

测定桩位中心并定位，根据设计图纸坐标尺寸，测定桩中心，在测定的桩位做记号，以此为中心并根据灌注桩直径画圆圈线，将套管机定位板吊装至桩位点，误差小于±10mm，所述套管机为360度全回转套管钻机，再将主机吊放至定位板上，调平主机，吊装放入钢套管的第一节钢套管于主机内并夹紧套管调平机器，旋转一周并观察底牙外圈与前述圆圈线重合；

钢套管桩旋转切割土体沉入钻孔，在钢套管机放入主机后夹紧钢套管，以套管底外壁为基准观察套管上部外壁垂直度在允许范围内，调整垂直后，根据地质控制切削进度，待钢套管沉入至一定深度用履带吊配合冲抓斗边沉入边抓土出套管，直至设计预定深度；

钢套管桩对接，对接前清理已压入管管口上的泥土，吊装钢套管于管口上方利用上节管身外壁上的管口对接件对准，检查管垂直度，控制在1/500的范围内，二人同时相向点焊固定，牢固后二人同时相向进行分层满焊作业；而后，清除管身外的对接件及吊点；

钢筋笼制作与吊装，钢筋笼按设计图纸及规范要求进行制作；吊装时，上下两节钢筋笼在孔口进行对接，下笼时人工辅助对准孔位，保持钢筋笼的垂直；钢筋笼最上端设定位筋，计算定位筋的长度，核对无误后焊接定位；灌注完的砼开始初凝时，割断定位骨架竖向筋；

混凝土灌注；

钻机移位，当将钢套管钻进压入至设计深度后，拆除地面上的工具管，即机器抱紧部份与顶节管顶端位置，然后吊出工具管并将钻机移至下一孔位；

成桩质量检测。

2.根据权利要求1所述一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，其特征在于：钻孔时，根据钻孔地质剖面图及现场取出的土质情况，按不同土层控制钻进速度和取土深度，根据钻机操作盘仪表压力显示数据，扭力达最大但无法钻进下压钢套管桩，管内又不能继续取土时，向孔内连续补充水量维持套管内应有水头，防止管外土、砂向管内涌造成地基沉降事故发生；钻进时，经常检查仪表压力控制钻头进尺，在硬岩石上钻进时使钻头能上下自由转动，经常测量孔深严禁超抓；待邻桩砼达到3天再开钻；沉入套管时须平稳，避免钻头合金撞击。

3.根据权利要求1所述一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，其特征在于：制好的钢筋骨架放在平整、干燥的场地上，存放时，每个加强筋与地面接触处都垫上等高的方木；采用吊车下放钢筋笼，起吊前在钢筋笼内临时加木杆，加强其刚度，上下两节钢筋笼在孔口进行对接，下笼时由人工辅助对准孔位，保持钢筋笼的垂直，轻放、慢放，避免碰撞孔壁；吊放钢筋笼过程中，必须始终保持钢筋笼轴线与桩轴线吻合，并保证桩顶标高符合设计要求，钢筋笼最上端设定位筋，由测定的孔口标高来计算定位筋的长度，反复核对无误后焊接定位；灌注完的砼开始初凝时，割断定位骨架竖向筋。

4.根据权利要求1所述一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，其特征在于：混凝土灌注，首次混凝土灌注深度不小于1.0m，桩身混凝土灌注在二次清孔后半小时内进行，并应连续灌注直至成桩，灌注过程中砼面高于导管下口2.0m，每次拆除导管前其下端被埋入深度不大于6.0m；随孔内混凝土的上升，需逐节快速拆除导管，时间不超过15min；在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续的混凝土应徐徐灌入漏斗和导管，不得将混凝土整斗从上而下倾入管内；桩身混凝土需超浇0.5～1m，达到强度后，将设计桩顶标高以上部分用风镐凿除。

5.根据权利要求1所述一种强发育岩溶区域超细孔桩施工方法，其特征在于：岩溶处理钻孔灌注桩成桩质量检测包括：低应变法检测桩基完整性、声波投射法检测桩基完整性，自平衡检测桩基承载力。