CN111395346A - 一种溶洞灌注混凝土的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶洞灌注混凝土的施工方法，将混凝土泵送入钻杆中空通道内并冲开钻头上带有拉伸弹簧的密封盖进入溶洞内完成混凝土灌注。在溶洞高度较低的情况下，通过钻机和螺旋钻杆注入掺有速凝剂的低坍落度素混凝土形成混凝土墩；在溶洞高度较高的情况下，将空心钻杆套入薄壁钢套管内，在钻孔的同时同步跟进薄壁钢套管，进入溶洞并嵌固在稳定岩层，随后从桩底向薄壁钢套管内灌注混凝土，最后***钢筋笼，形成灌注桩。本发明与传统溶洞处理方法相比，能够大幅降低材料消耗，提高施工机械化程度，简化施工工序流程，大幅度缩短工期，降低工程造价，在溶洞高度较高的情况下形成的薄壁钢套管灌注桩还能进一步提高桩基础的承载能力。
Description
技术领域
本发明属于地基与基础工程技术领域，具体为一种溶洞灌注混凝土的施工方法。
背景技术
溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间，溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，中国是个多溶洞的国家，我国的岩溶面积约占世界亚热带岩溶总面积的1/4。
在岩溶(土)洞地质上进行建造，往往需要对其进行必要的处理，以保证建筑物基础具有足够的承载力。目前主要的处理方式是钻孔后将洞体填充，以降低洞体结构出现不稳定而塌陷的危险，但这往往会导致大量的材料浪费。同时，目前的施工方法需要将溶(土)洞充满砂石水泥，并在填充后反复锤实，重新钻机成孔，灌注混凝土桩，桩的充盈系数大，成本高，施工工序多，工期较长。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种溶洞灌注混凝土的施工方法，可以解决溶洞处理材料消耗大、施工工序多、工艺复杂、工期长等的技术问题，并进一步提高处理后地基基础的承载力。
本发明采用以下技术方案：一种溶洞灌注混凝土的施工方法，包括以下步骤：
S1：在空心钻杆尾端的扩孔钻头出浆口处安装可单向打开的密封盖；
S2：将钻机安装在溶洞上方，并在钻机上安装空心钻杆；
S3：启动钻机的动力头进行正向钻进，并清理渣土，当溶洞深度小于3m时，空心钻杆触及溶洞底面，则停止钻进；当溶洞深度大于3m时，空心钻杆穿过溶洞底面进入完整岩层，则停止钻进；
S4：用连接管连接混凝土泵送车的混凝土出口与动力头上的注浆口；
S5：向混凝土泵送车注入清水，并通过空心钻杆将水注入溶洞以清洗溶洞；
S6：向混凝土泵送车注入商品混凝土，启动混凝土泵送车，经连接管向空心钻杆内泵入商品混凝土，混凝土冲开扩孔钻头上的密封盖进入溶洞内，同时缓慢反向转动动力头以提升空心钻杆；
S7：当扩孔钻头提升至溶洞的顶面以上时，停止泵送混凝土；
S8：将空心钻杆完全提升至地面后用清水冲洗。
进一步的，步骤S2还包括将空心钻杆套入薄壁钢套管内，在钻孔的同时同步跟进薄壁钢套管，薄壁钢套管的底部固定设有钢制开口式桩靴，且空心钻杆可相对薄壁钢套管往复运动。
进一步的，还包括步骤S9，向混凝土中***固定件形成灌注桩。
优选的，薄壁钢套管的长度大于溶洞深度。
进一步的，固定件的高度不低于溶洞深度。
进一步的，钢制开口式桩靴的外径比薄壁钢套管的外径大10mm-20mm。
进一步的，扩孔钻头钻至溶洞底面以下不少于500mm的完整岩层。
进一步的，商品混凝土为低坍落度素混凝土。
进一步的，空心钻杆的直径不小于100mm。
进一步的，在施工过程中，扩孔钻头埋入混凝土的高度不小于1m。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的溶洞灌注混凝的施工方法在溶洞高度较小的情况利用掺有速凝剂的低坍落度素混凝土所形成的多个锥台形混凝土墩，不必将整个溶洞完全充填满，可以大幅度减少溶洞处理的材料消耗量；在溶洞高度较大的情况下，一方面通过薄壁钢套管大幅减少混凝土用量，降低工程造价，成桩后桩底嵌固在稳定的完整岩层上，可以进一步提高钢套管灌注桩的承载力；同时，本发明施工设备机械化程度高，相比传统溶洞处理方法，大幅度缩短工期。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法中空心钻杆钻进的工况示意图；
图2为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法中空心钻杆钻进至溶洞底面的工况示意图；
图3为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法中通过空心钻杆注入混凝土的工况示意图；
图4为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法中扩孔钻头完全提升至溶洞顶部以上形成混凝土墩的工况示意图；
图5为图4中形成的混凝土墩的剖面图；
图6为图4中形成的混凝土墩的平面图；
图7为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法的其他实施例中空心钻杆钻进的工况示意图；
图8为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法的其他实施例中空心钻杆钻进至溶洞底面的工况示意图；
图9为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法的其他实施例中通过空心钻杆注入混凝土形成混凝土柱的工况示意图；
图10为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法的其他实施例中向混凝土柱中***钢筋笼以形成钢套管灌注桩的工况示意图；
图11为本发明实溶洞灌注混凝土的施工方法的其他实施例中形成的钢套管灌注桩的示意图；
图12为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法中在扩孔钻头上安装单向打开的带有拉伸弹簧的密封盖后的工况示意图；
图13为图12的局部放大剖面图；
图14为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法的其他实施例中的空心钻杆示意图；
图15为本发明溶洞灌注混凝土的施工方法的其他实施例中将钢制开口式桩靴焊接在薄壁钢套管底部的示意图。
其中：1-钻机，11-动力头，2—空心钻杆，21—钢制开口式桩靴，22—薄壁钢套管，3—扩孔钻头，31-拉伸弹簧，32-密封盖，33-铰链，4—混凝土泵送车，5—橡胶管，6—溶洞，7—混凝土墩，8—混凝土柱，9—钢筋笼，10-建筑物基础面。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明的一种溶洞灌注混凝土的施工方法所用的施工设备包括钻机1、空心钻杆2、扩孔钻头3、混凝土泵送车4和橡胶管5，其中，钻机1上设有动力头11，动力头11上设有供混凝土或水通过的管道，空心钻杆2中也设有供混凝土或水通过的通道，动力头11管道的其中一端朝下设置，且与竖直向下设置的空心钻杆2通道的顶部连通，动力头11的另一端设有凸出开口(即注浆口)，橡胶软管5的两头分别与凸出开口和混凝土泵送车4的混凝土出口连通，空心钻杆2的尾端固定连接有扩孔钻头3，且扩孔钻头3上设有出浆口，在出浆口处焊接有铰链33，并安装带有拉伸弹簧31的密封盖32，其中拉伸弹簧31一端固定在密封盖32内侧，另一端固定在扩孔钻头3出浆口的内侧，初始状态下拉伸弹簧31处于拉伸状态，密封盖32在拉伸弹簧31的拉力作用下紧贴在出浆口的外侧。
优选的，本发明的一种溶洞灌注混凝土的施工方法所用的施工设备还包括薄壁钢套管22，且薄壁钢套管22的底部固定设有钢制开口式桩靴21，薄壁钢套管22的直径大于空心钻杆2的直径，使用时，空心钻杆2伸入薄壁钢套管22的内部，且空心钻杆2可相对薄壁钢套管22做上下往复运动。
应用上述施工设备，结合以下具体实施例来说明本发明的溶洞灌注混凝土的施工方法。
本实施例提供一种溶洞灌注混凝土的施工方法，包括以下步骤：
S1：如图12-13所示，在空心钻杆2尾端的扩孔钻头3的出浆口焊接铰链33并安装带有拉伸弹簧31的密封盖32，其中拉伸弹簧31一端固定在密封盖32内侧，另一端固定在扩孔钻头3出浆口内侧，初始状态下拉伸弹簧31处于拉伸状态，密封盖32在拉伸弹簧31的拉力作用下紧贴在出浆口的外侧，使钻孔过程中出浆口处于完全密封的状态；
S2：将钻机安装并移动到经勘查定位的溶洞6上方的设计位置，在钻机1上安装空心钻杆2(空心钻杆如图14所示)，空心钻杆2的中空部分直径不小于100mm，可以理解，混凝土中掺杂很多大小不同的石子、水泥等，如果空心钻杆2的中空部分直径小于100mm的话，混凝土在空心钻杆2中可能无法流动、流动缓慢或者直接卡住，导致施工过程无法进行；
S3：如图1-2所示，正转钻机1动力头11进行钻进，碴土通过空心钻杆2上的螺旋叶片带出钻孔口，同时不断清理螺旋叶片带出钻孔口的渣土，直至扩孔钻头3钻到溶洞6底部，此时钻孔动作完成，需要说明的是当溶洞深度小于3m时，空心钻杆触及溶洞底面，则停止钻进；当溶洞深度大于3m时，空心钻杆穿过溶洞底面进入完整岩层，则停止钻进，本实施例的溶洞一般处于地面以下，溶洞上方为建筑物的基础面，溶洞下方为完整岩层面(即稳定岩层)，该完整岩层可理解为具有一定承载力的实心岩层，另外，本发明中扩孔钻头的正转或反转并非实际工况中的正转或反转，而是为了说明本发明钻孔过程和空心钻杆提升过程钻机旋转的方向不同。
S4：将混凝土泵送车4的混凝土出口管与动力头11的注浆口用橡胶管5连接，当然本实施例也可以选择其他的连接方式，如用钢管连接等，只要能达到连通的目的即可；
S5：向混凝土泵送车4注入清水，在水压力下由混凝土泵送车4向空心钻杆2内泵入清水，清水通过空心钻杆2冲开扩孔钻头3上带有拉伸弹簧31的密封盖32流出，对溶洞6内充填物进行冲刷清洗，通过对溶洞的冲洗可以将溶洞内的垃圾等填充物冲出钻孔外，进一步提高混凝土成型质量；
S6：如图3-4所示，向混凝土泵送车4注入低坍落度素混凝土，启动混凝土泵送车4，经橡胶管5向空心钻杆2内泵入低坍落度混凝土；混凝土通过空心钻杆2冲开扩孔钻头3上带有拉伸弹簧31的密封盖32进入溶洞6内，同时缓慢反转动力头11以提升空心钻杆2，始终保持扩孔钻头3埋入混凝土内不少于1m高度。可以理解混凝土将扩孔钻头3埋入混凝土内，混凝土自空心钻杆2出来后从下往上冒，一方面可以把淤泥、垃圾等搅拌至上方，另一方面保证注浆饱满无空洞，最终保证凝固的混凝土有足够的强度，需要说明的是，本实施例应用低坍落度素混凝土具有较好的抗振捣性能，在新拌混凝土受到强烈振捣后，不易出现泌水、分层、浮浆现象，能够很好保持混凝土的均一性，具有较好的包裹性与和易性；且由于坍落度小，混凝土用水量降低，强度保证率更高，混凝土干缩小，抗开裂性增强。
S7：当扩孔钻头3完全提升至溶洞6顶面以上时，停止泵送混凝土，在溶洞6内形成连续浇注的呈锥台形混凝土墩7；
S8：将空心钻杆2完全提升至地面后用清水冲洗，一个混凝土墩的施工完成。
重复以上S1至S8步骤，在溶洞内形成多个设计所需的锥台形混凝土墩7，如图5-6所示，通过混凝土墩7维持溶洞的稳定，支承建筑物地下室基础。
本发明提供的溶洞灌注混凝的施工方法利用掺有速凝剂的低坍落度素混凝土所形成的多个锥台形混凝土墩，不必将整个溶洞完全充填满，可以大幅度减少溶洞处理的材料消耗量，且工序简单、工期较短，该实施例的施工方法较适合溶洞深度较小(溶洞深度小于3m)的情况。
优选的，在其他实施例中，步骤S2还包括将空心钻杆2套入薄壁钢套管22内，在钻孔的同时同步跟进薄壁钢套管22，且薄壁钢套管22的底部固定设有钢制开口式桩靴21，且空心钻杆2可相对薄壁钢套管22上下往复运动，即薄壁钢套管22与空心钻杆2之间有空隙，两者互不接触，当薄壁钢套管进入溶洞后嵌固在稳定岩层。
具体的，如图15所示，需将钢制开口式桩靴21焊接在薄壁钢套管22底部，钢制开口式桩靴21外径比薄壁钢套管22外径大10-20mm，形成切土空腔，保证钢套管随钻头下沉，施工过程中，将将空心钻杆2伸入底部焊有钢制开口式桩靴21的薄壁钢套管22内，空心钻杆2的直径比薄壁钢套管22的直径稍小，保证空心钻杆2可以在薄壁钢套管22内自由上下往复运动，可以理解，薄壁钢套管22的作用对混凝土凝固后形成的混凝土柱的形状进行限制，薄壁钢套管22最终会随空心钻杆2下落至溶洞的底部。
具体的，如图7-8所示，在施工过程中，正转钻机1动力头11钻进成孔，同时使薄壁钢管22同步下沉，并不断清理螺旋叶片带出孔口的渣土，直至扩孔钻头3穿过溶洞6底面进入完整岩层，本实施例扩孔钻头钻进溶洞底部完成岩层的目的是使薄壁钢套管22下部的钢制开口式桩靴21切土进入完整岩层，以支撑整个薄壁钢套管22在溶洞中的稳定，当薄壁钢套管22的长度小于溶洞深度时依然可以稳定在溶洞内，不至于倾斜于空心钻杆2干涉。
本实施例中通过设置薄壁钢套管22，使薄壁钢套管22在溶洞内围成一定的空间，可以对混凝土灌注桩的形状进行限制，一方面节省材料，另一方面可以更好的满足基础承载力的需要，如图9所示为向溶洞的薄壁钢套管内注入混凝土示意图。
进一步的，薄壁钢套管22的长度大于溶洞深度，使薄壁钢套管22贯穿整个溶洞深度，薄壁钢套管22底部的钢制开口式桩靴21下沉至完整岩层内不少于500mm(即扩孔钻头钻至溶洞底面以下不少于500mm的完整岩层)，可以了解，如果扩孔钻头3钻至溶洞6底面以下少于500mm时，便失去嵌岩效果，《建筑地基基础设计规范》(GB50007)规定嵌岩灌注桩周边嵌入完整和较完整的硬质岩体的最小深度不宜小于500mm。
优选的，在其他实施例中，还包括步骤S9，向混凝土中***固定件形成灌注桩，且固定件的高度不低于溶洞深度，本实施例的固定件为钢筋笼9或者钢管，当然也可以选用其他的固定件，只要具有一定的刚度能实现支撑作用都属于本发明的保护范围。
具体的，如图10-11所示，用振动锤向混凝土柱8中***钢筋笼9或钢管，以形成钢套管灌注桩，钢筋笼9或钢管的上端不低于建筑物基础面10的底面。
本发明提供的溶洞灌注混凝的施工方法通过薄壁钢套管大幅减少混凝土用量，降低工程造价，成桩后桩底嵌固在稳定的完整岩层上，可以进一步提高钢套管灌注桩的承载力；同时，本发明施工设备机械化程度高，相比传统溶洞处理方法，大幅度缩短工期，该实施例的施工方法可适合任意深度的溶洞，尤其适合溶洞深度较大的情况(溶洞深度大于3m)。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在空心钻杆尾端的扩孔钻头出浆口处安装可单向打开的密封盖；
S2：将钻机安装在溶洞上方，并在钻机上安装空心钻杆；
S3：启动钻机的动力头进行正向钻进，并清理渣土，当溶洞深度小于3m时，空心钻杆触及溶洞底面，则停止钻进；当溶洞深度大于3m时，空心钻杆穿过溶洞底面进入完整岩层，则停止钻进；
S4：用连接管连接混凝土泵送车的混凝土出口与动力头上的注浆口；
S5：向混凝土泵送车注入清水，并通过空心钻杆将水注入溶洞以清洗溶洞；
S6：向混凝土泵送车注入商品混凝土，启动混凝土泵送车，经连接管向空心钻杆内泵入商品混凝土，混凝土冲开扩孔钻头上的密封盖进入溶洞内，同时缓慢反向转动动力头以提升空心钻杆；
S7：当扩孔钻头提升至溶洞的顶面以上时，停止泵送混凝土；
S8：将空心钻杆完全提升至地面后用清水冲洗。
2.根据权利要求1所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，所述步骤S2还包括将空心钻杆套入薄壁钢套管内，在钻孔的同时同步跟进薄壁钢套管，所述薄壁钢套管的底部固定设有钢制开口式桩靴，且所述空心钻杆可相对所述薄壁钢套管往复运动。
3.根据权利要求2所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，还包括步骤S9，向混凝土中***固定件以形成灌注桩。
4.根据权利要求3所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，所述薄壁钢套管的长度大于所述溶洞深度。
5.根据权利要求3所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，所述固定件的高度不低于所述溶洞深度。
6.根据权利要求3所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，所述钢制开口式桩靴的外径比所述薄壁钢套管的外径大10mm-20mm。
7.根据权利要求3所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，所述扩孔钻头钻至所述溶洞底面以下不少于500mm的完整岩层。
8.根据权利要求1所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，所述商品混凝土为低坍落度素混凝土。
9.根据权利要求1所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，所述空心钻杆的直径不小于100mm。
10.根据权利要求1所述的溶洞灌注混凝土的施工方法，其特征在于，在施工过程中，所述扩孔钻头埋入混凝土的高度不小于1m。
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