CN113431045B - 一种旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法。包括以下步骤：在桩基平台上，按照设计直径在岩石层上方的覆盖层旋挖桩孔至岩石层的表面，桩孔内注入泥浆；在桩孔内下入带注浆管的护管，利用套管驱动器把护管向岩石层内打入40～60cm；在护管内通过旋挖套取岩芯到设计桩底，形成注浆孔道，护管中的泥浆通过注浆孔道流入岩石层的溶洞中，向注浆孔道内注入灰浆进行堵漏，注浆完毕取出护管；灰浆初凝后，将桩孔旋挖至设计桩底，下放钢筋笼并灌注混凝土。本发明的方法成孔速度快，缩短施工工期，降低施工成本；还能杜绝塌孔埋钻事故的出现，减少孔内机械事故的发生。

Description

一种旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法

技术领域

本发明涉及桩基施工技术领域，具体涉及一种施工墩台快速旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法。

背景技术

岩溶区在我国较为多见，为了确保岩溶地区建筑物的安全及正常使用，通常会选择桩基础，钻孔灌注桩是最为常用的一种桩型。但是，在桩孔穿过溶洞、裂隙及溶蚀发育区域时，存在大量不规则孔洞、孔隙及裂隙。岩溶区桩基施工，溶洞数量多、分布广，桩长范围大，桩基入土层多样，桩径多样。在岩溶发育地区施工建筑物钻孔灌注桩基时，当钻孔遇到规模较大溶洞时，经常发生钻孔内的护壁泥浆迅速流失而造成坍孔，造成财产损失和施工人员伤亡，同时也延误工期。

目前，现有的处理方法有：

(1)加长护管到基岩面，遇到漏水时孔壁有护管支撑，减少塌孔机率，但是施工成本高，护管费用投入大，灌注砼后桩头以下的护管就会长久的留存在孔内，不能重复利用。

(2)采用岩溶注浆，先在桩位中心及周边钻3-4个勘探孔，然后采用高压泵逐孔高压注水泥及速凝剂混合物，水泥延溶洞空隙，在高压及水头压力的作用下，充填溶洞及裂隙内，等凝固后再按常规钻孔，起到先封堵溶洞，防止孔内水头下降流失的目的。虽然堵漏效果好，但是施工周期长，钻勘探孔的费用大，影响施工工期。

(3)采用冲击钻机成孔施工，遇到溶洞地层，发现漏浆时投入黏土、碎石、水泥等混合物，反复冲击回填，再冲击挤压调料物，进入溶洞及裂隙层，起到边成孔边人为造壁赌漏的施工工艺，但成孔周期长，反复冲击充填物，赌漏有效，但是效率低，一旦发现漏水，再回填不及时，就造成塌孔和满钻事故。

(4)加长护管到漏水水位高差层，虽不用全部下入护管到覆盖层，但也会出现护管加长段提不出来，永久滞留孔内，造成护管投入用量大，但还不能避免塌孔事故的发生，增加了护管投入成本，只是起到了延缓回填物料的时间的作用，但还是重复冲击调料，反复数次冲击再成孔，施工效率低下，起不到快速成孔的效果。

(5)采用旋挖钻机施工，成孔效率高，但是遇到溶洞漏浆也需要及时回填黏土、锥压、挤密堵漏。成孔时间短，但堵漏效果不如冲击钻挤压密实。容易出现在下放完钢筋笼后，或者在二次清孔时出现泥皮脱落等现象，也会出现漏浆塌孔，埋钢筋笼等事故出现，特别是在钻进过程中，操作手不能及时发现漏浆，或者脱离操作工作范围，或者漏浆时赶上机械事故、不能及时提出钻杆回填，一旦出现塌孔就会埋住钻杆，提不动，甚至出现钻机折断旋挖钻杆，旋挖下陷等大的事故，损坏旋挖钻机，造成大的维修费用。

(6)采用全回转钻机施工，其原理是钢护管整体转动，穿过岩溶层到桩底标高，边跟管，边钻进，套管内的土层和岩石采用旋挖挖除，冲击抓斗快放冲击等多种形式，在套管内提出钻渣，到桩底标高时后，从套管内下钢筋笼灌注砼。灌注砼的同时，边灌注边提出套管，再利用，好处是孔内岩溶漏靠钢管支护，不会出现覆盖层坍塌事故，成孔安全可靠，不受岩石洞隙漏水的限制。不足之处在于成孔单价高，一种套管只使用于一种同等的桩径，选用的钻机要求对套管的扭矩大，用电用油费用大，对地基的坚实支持点，要求高。施工成本高，施工工序繁琐，施工工期不能保障。这些不足使全回转套管钻机成本高的因素，也是不受推广的原因之一。

所以需要一种更节省施工成本，成孔效率高，并且安全可靠、进度快还能保证施工安全的方法。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种施工墩台快速旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法。本发明的方法成孔速度快，缩短施工工期，降低施工成本；还能杜绝塌孔埋钻事故的出现，减少孔内机械事故的发生。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法，包括以下步骤：

(1)在桩基平台上，按照设计直径在岩石层上方的覆盖层旋挖桩孔至岩石层的表面，桩孔内注入泥浆；

(2)在桩孔内下入带注浆管的护管，利用套管驱动器把护管向岩石层内打入40～60cm；

(3)在护管内通过旋挖套取岩芯到设计桩底，形成注浆孔道，护管中的泥浆通过注浆孔道流入岩石层的溶洞中，向注浆孔道内注入灰浆进行堵漏，注浆完毕取出护管；

(4)灰浆初凝后，将桩孔旋挖至设计桩底，灌注混凝土。

优选的，步骤(1)中，所述桩基平台上至少挖两个桩孔；所述桩孔在桩基平台上对称设置。

优选的，步骤(1)中，所述桩孔的设计直径为1.2～5.0m。

优选的，步骤(1)中，所述泥浆由膨润土与水按照1：9的质量比混合得到。

优选的，步骤(2)中，所述护管位于桩孔的中心；所述护管的直径为920mm。

优选的，所述注浆管固定于护管的内壁上；所述注浆管底部距护管底部之间的距离为40～60cm；所述注浆管的数量至少为两根。注浆管底部距护管底部之间的距离等于护管深入岩石层的距离。

优选的，步骤(2)中，所述灰浆由水泥浆与水玻璃按照(10～20)：1的质量比混合得到。

优选的，所述水泥浆由硅酸盐水泥与水按照1：10的质量比混合得到。

优选的，步骤(3)中，所述注浆孔道的直径为800mm；所述注浆孔道位于护管的中心。

本发明的第二方面，提供上述施工方法在岩溶区桩基施工中的应用。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用小套管内分级成孔、注浆，封闭岩溶地层的方法，施工成本低，一种套管，就能解决从直径1.2米到直径5米的桩径的施工堵漏。相比全套管钻机，大大节约了套管的用量。同时，由于岩溶空洞在施工的同时，灰浆凝固充填，由于灰浆的成本低于砼的成本，节约了灌注时的混凝土用量，减少充盈系数，降低混凝土成本，减少溶洞超浇混凝土的用量流失率。

(2)本发明可采用一台旋挖钻机同时施工二到三个孔位，轮换施工，做到旋挖不闲歇，机械施工利用率达到全面利用，利用灰浆凝固的时间，进行下个桩孔的钻进。一台钻机，一个吊机配合就能完成施工。灰浆的初凝期为24h满足了堵漏的固化效果，灰浆注入注浆管，直接压入岩石漏浆部位，钢管内随时能直观的观察到堵漏效果。

(3)本发明的套管可重复利用，小套管重量轻，提升管子所需的吊装设备相对小。节约吊装租赁费用。护管使用常规的长度，3-5米，能反复利用，节省护管的使用利用率，降低成孔费用。注浆可以和其他孔的旋挖同时进行，确保施工周期提前完成。

(4)本发明采用小套管多级成孔注浆堵漏的施工工法，不但可以用于旋挖钻机的施工配合，还同时还可以配合使用于正循环，泵吸反循环，气举反循环回转钻机，冲击钻成孔的施工当中。杜绝塌孔埋钻事故的出现，减少孔内机械事故的发生，缩短施工工期，降低施工成本，在岩溶地层施工中是科学有效的施工方法，降本增效。对今后的岩溶地层的施工具有推广意义。

附图说明

图1：岩溶区地层剖面图；

图2：桩基平台与桩孔位置示意图；

图3：护管结构示意图；

其中：1.覆盖层，2.岩石层，3.溶洞，4.桩孔，5.护管，6.注浆管，7.注浆孔道，8.桩基平台，9.泥浆，10.灰浆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所述，岩溶区进行钻孔灌注桩的施工过程中，现有的方法要么施工成本高，要么成孔效率低。基于此，本发明提供一种施工墩台快速旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法，通过两次旋挖、岩溶堵漏可以快速成孔，灌注混凝土。本发明先按照设计直径旋挖桩孔至岩石层的表面，在桩孔内下入护管，护管底部深入岩石层0.5m左右。桩孔内先注入由膨润土和水混合而成的泥浆，下入护管后，护管与桩孔内壁之间的泥浆可以确保桩孔不坍塌；护管内的泥浆，再形成注浆孔道后通过注浆孔道流下去。护管深入岩石层50cm左右既能确保护管固定在岩石层内；又能保证灰浆注浆完毕后，护管能够从岩石层中***，护管还可以反复使用；还能确保桩孔与护管之间的泥浆不流入注浆孔道。在护管的保护下，用取芯钻头在护管内取出岩芯的同时，探明了溶洞的大小、位置等。由于是在护管内套取岩芯，所以不会出现塌孔埋钻的问题。选用旋挖钻机成孔套取岩芯扭矩小、进尺块、探孔到底、对孔内岩溶掌握透彻，真实有效，为注入灰浆堵漏提供了大面积的通道，不但堵漏效果好，而且为后续挖桩孔起到了先导作用，挖桩孔进尺更快，成孔速度提升，并且不再担心有漏浆塌孔埋钻的事故发生。

在桥墩施工时，一个桩基平台上可能会设计6～20个桩孔。岩溶堵漏时，在桩基平台上的对称位置分别旋挖至少两个注浆孔道。注浆时，一个注浆孔道进行注浆，其他注浆孔道用于排气，降低溶洞内因注浆产生的压力。溶洞面积越大，串通通道越多，注入的灰浆就会越有效。一个注浆孔道注入灰浆时，灰浆在压力的驱使下在溶洞空隙里行走，其它注浆孔道内压力小可用于释放溶洞内的压力，并带动灰浆流动，就可达到整个平台桩孔的堵漏效果。在挖平台上的剩余桩孔时，就无需再进行岩溶堵漏，可以直接开挖，加快施工进度。同时，灰浆的造价经计算为100元/吨左右，混凝土的造价为500元/吨左右；灰浆的成本低于砼的成本。灰浆凝固填充，节约了灌注时的混凝土用量，减少充盈系数，降低混凝土成本，减少溶洞超浇混凝土的用量流失率。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。

实施例

桥墩施工：

桩孔设计直径：2m，每个桩基平台8(墩台)设计桩孔数量：8个，护管：2个。

将膨润土与水按照1：9的质量比混合得到泥浆。

将硅酸盐水泥与水按照1：10的质量比混合得到水泥浆，水泥浆与水玻璃按照10：1的质量比混合得到灰浆。

采用一台旋挖钻机、两米的钻头在覆盖层1(土层)旋挖直径两米的桩孔4到岩石层2的表面，桩孔内注入泥浆9。在桩孔4中心下入直径920mm的带注浆管6的护管5，利用套管驱动器，使护管5底部进入岩石层2半米。然后旋挖钻机再更换上直径800mm的小型筒装取芯钻头，套取岩芯到设计桩底，形成注浆孔道7；护管5中的泥浆9通过注浆孔道7流入岩石层内的溶洞中。采用相同的方法在桩基平台8上的对称位置挖出另一个注浆孔道7。选择一个桩孔4，将灰浆10从注浆管6注入，再通过注浆孔道7注入岩石层2中，直至岩石层2中的溶洞3均完成封堵。

取出护管5，待下个桩基平台8继续使用。旋挖钻机再依次更换直径2m的钻头和直径800mm的小型筒装取芯钻头，在下个桩基平台8施工，下入护管5旋挖出注浆孔道7。注浆孔道7注浆的同时，旋挖钻机再回到前一个桩基平台8，此时该平台岩石层2内的灰浆10已完成初凝，再用两米的钻头挖至终孔，如此反复的施工方法，只采用一台旋挖钻进行，起到溶洞3注浆的同时，钻机全负荷运转优点是，做到安全高效不塌孔，进度加快有保证，工期提前有把握，周转利用省护管，节约成本，施工安全有保障。旋挖钻机更换直径2m的钻头旋挖该平台的剩余6个桩孔4至设计桩底，然后下放钢筋笼并灌注砼。该桩基平台8的桩基施工完毕。

应用例

施工项目：济南西环某大桥项目

施工位置：济南市长清市孝里镇

施工地质环境描述：穿过50米左右粉质黏土覆盖层，进入岩石层。岩石大多是石灰岩地质，根据施工中发现，大多孔初见岩石有3米左右不等的完整岩石，少数孔有裂隙存在，进入基岩3米后，基本上都是岩溶地层，溶洞空隙大小不等，空洞层状分布，深度高低不等，还有的岩溶深度处在终孔标高位置(即设计孔深)。

项目主墩设计桩孔数量：20个；桩孔设计直径：2m；主墩桩孔设计深度(桩底标高)：103m。

施工难度分析：上述地质环境在以往的施工中，岩溶地层漏浆，造成塌孔是成孔难度大的主要原因。遇到溶洞后，水头压差瞬间降低，桩孔内覆盖层由于孔内压差失衡，坍塌，是各种事故出现的直接原因。

施工过程中先后采用背景技术中现有的施工方法(1)～(5)，发现背景技术中的前5种方法均不能成孔，无法应对施工现场的复杂环境。

后又采用背景技术中的第六种方式施工：全回转钻机施工。方法为：钢护管整体转动穿过覆盖层和岩溶层到桩底标高，管内的土层和岩石采用旋挖挖除，在管内提出钻渣到桩底标高后，从管内下钢筋笼灌注砼。灌注砼的同时，边灌注边提出钢护管，钢护管再利用。

全回转钻机施工不会出现覆盖层坍塌事故，成孔安全可靠，不受岩石洞隙漏水的限制。但不足之处在于成孔单价高，一种钢护管只能用于一种桩径，选用的钻机要求对钢护管的扭矩大，用电用油费用大，对地基的坚实支持点要求高。并且实际施工时，桩孔直径2m，需要直径大于2m的钢护管。如果钢护管不大出设计孔径，在钢护管里面就不能得到设计孔径的桩孔，因为需要考虑钢护管管壁的厚度，以及钻头必须满足设计孔径才能打到孔底。所以混凝土的灌注量大，施工成本高，施工工序繁琐，施工工期不能保障。

由于采用全回转钻机施工不能保障工期，更换施工方法，采用实施例的方法进行施工：按照实施例的方法在主墩平台(桩基平台)上先挖出4个位置对称的注浆孔道，选一个注浆孔道灌注灰浆，灰浆凝固后，再旋挖出4个桩孔。剩余16个桩孔直接旋挖至设计孔深即可。在施工中发现，几次灰浆灌注后，能够有效的将各个主墩之间的溶洞隔断，使溶洞之间不连通，降低了溶洞坍塌的风险，后续施工时发现有些桥墩无需注入灰浆，直接旋挖桩孔即可。本发明的方法大大节省了混凝土用量，虽然灰浆用量大，但灰浆的成本不足混凝土成本的1/5，所以节省了整体工程造价。

全回转钻机施工每个桩孔的平均成孔时间为15天，采用实施例的施工方法平均成孔时间小于3天；全回转钻机施工每孔的造价(单位为：元/米)是实施例施工方法的3.8倍。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋挖成孔岩溶堵漏的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在桩基平台上，按照设计直径在岩石层上方的覆盖层旋挖桩孔至岩石层的表面，桩孔内注入泥浆；

(2)在桩孔内下入带注浆管的护管，将护管向岩石层内打入40～60cm；

(3)在护管内通过旋挖套取岩芯到设计桩底，形成注浆孔道，护管中的泥浆通过注浆孔道流入岩石层的溶洞中，向注浆孔道内注入灰浆进行堵漏，注浆完毕取出护管；

(4)灰浆初凝后，将桩孔旋挖至设计桩底，下放钢筋笼并灌注混凝土。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述桩基平台上至少挖两个桩孔；所述桩孔在桩基平台上对称设置。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述桩孔的设计直径为1.2～5.0m。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(1)中，所述泥浆由膨润土与水按照1：9的质量比混合得到。

5.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(2)中，所述护管位于桩孔的中心；所述护管的直径为920mm。

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述注浆管固定于护管的内壁上；所述注浆管底部距护管底部之间的距离为40～60cm；所述注浆管的数量至少为两根。

7.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(3)中，所述灰浆由水泥浆与水玻璃按照(10～20)：1的质量比混合得到。

8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述水泥浆由硅酸盐水泥与水按照1：10的质量比混合得到。

9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(3)中，所述注浆孔道的直径为800mm；所述注浆孔道位于护管的中心。

10.权利要求1～9任一项所述的施工方法在岩溶区桩基施工中的应用。

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