一种岩溶区桩基施工自适应处置囊袋及方法与流程

本发明属于岩溶区桩基施工，具体涉及一种岩溶区桩基施工自适应处置囊袋及方法。

背景技术：

1、岩溶区在我国西南、中南等地广泛分布，地层中常发育有规模不等、形态各异的溶洞、溶蚀裂隙和土洞。在此类地区进行钻孔灌注桩施工时，钻孔穿越溶洞区域往往面临严峻的技术挑战：溶洞空腔导致泥浆骤然漏失、孔壁失稳坍塌，严重时甚至引发埋钻、卡钻等事故。

2、目前，针对岩溶区桩基穿越溶洞的施工处治，主要包括抛填法、注浆法、钢护筒跟进法和灌注混凝土法等。抛填法是在钻穿溶洞发生漏浆时，向孔内抛填片石、粘土或袋装水泥，利用冲击钻头将填充物挤入溶洞和裂隙中形成护壁。该方法操作简单、材料易得，但对于多层或大体积溶洞，反复抛填造成材料用量巨大，且填充物在动水条件下易被冲散，封堵效果难以保证。注浆法是通过预先钻孔向溶洞内注入水泥浆或水泥-水玻璃双液浆，填充空洞并固结破碎岩体，适用于中小型溶洞，但对于连通性好或规模较大的溶洞，浆液易沿裂隙通道流失，注浆量难以控制，成本高昂。钢护筒跟进法通过将钢护筒逐节下沉至溶洞底部以隔离溶洞空腔，成桩质量可靠，但工序复杂、设备要求高、成本昂贵。灌注混凝土法是在击穿溶洞后灌注低标号混凝土，待其凝固后再重新冲孔，但需多次停机等待，严重制约工效。

3、近年来，国内外学者研发了一系列新型囊式注浆处治技术，旨在将注浆材料约束在囊袋内部以实现定点封堵。中国专利申请cn202422513297.3公开了一种封堵孔桩侧壁溶洞的囊体注浆装置；中国专利申请cn115679971a公开了将封堵囊绑扎在钢筋笼上溶洞位置处注浆的方法。其中，中国科学院武汉岩土力学研究所提出的“大体积岩溶桩基施工的囊式注灌填充方法及结构”（专利号cn201610306227.8）具有一定代表性。该方法根据桩基直径和岩溶高度设计圆环台形囊袋，通过绳子将囊袋顺着桩孔下放至岩溶内，再泵送气泡混合轻质料使其充满成型。然而，该方法仍存在明显不足：其一，囊袋需在桩孔钻至溶洞后才能下放处置，属于“钻遇后再处理”模式，影响了施工连续性；其二，大型环状囊袋在狭窄的桩孔内下放后，难以精准定位于溶洞的预期位置，且囊袋在注浆填充过程中受溶洞不规则空间的约束，可能无法按设计的圆环台形规整成型，封堵效果存在较大的不确定性。

4、综上可知，现有岩溶区桩基穿越溶洞施工处治技术中存在以下问题：一是传统“钻遇后再处理”的施工模式需在桩孔钻穿溶洞后方能进行处置，施工连续性差，塌孔、埋钻风险高，且反复处理严重影响工效；二是传统注浆法浆液沿裂隙通道流失严重，注浆量难以控制，成本高昂；三是现有囊式注浆技术中，大型环状囊袋在狭窄桩孔内下放后难以精准定位于溶洞的预期位置，注浆填充过程中受溶洞不规则空间约束，囊袋无法按设计形态规整成型，封堵效果存在较大不确定性。

技术实现思路

1、本发明提供一种岩溶区桩基施工自适应处置囊袋及方法，旨在通过集成环形囊袋与定位囊袋于一体，利用定位囊袋的充气膨胀实现囊袋在溶洞内的自适应定位与对中，确保环形囊袋按预定形态规整成型，将溶洞处置工序前移至桩基冲钻之前，实现定点封堵与护壁处理。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种岩溶区桩基施工自适应处置囊袋，所述囊袋包括：

3、环形囊袋，所述环形囊袋由上囊布、下囊布、内囊布和外囊布围成，所述环形囊袋用于在注入浆体后膨胀形成环形护壁。所述环形囊袋的内环半径大于拟建桩基的半径，确保注浆成型后的环形护壁与后续施工的桩基之间留有适当的施工余量；其外环半径为所述内环半径与所述环形囊袋的径向厚度之和，即所述环形囊袋的径向厚度决定了注浆后环形护壁的壁厚。所述环形囊袋的高度大于溶洞的竖向厚度，确保囊袋能够完全覆盖溶洞的竖向范围，实现溶洞的完全封堵。

4、定位囊袋，所述定位囊袋嵌于所述环形囊袋的内环，所述定位囊袋由上定位囊布、下定位囊布、所述内囊布和套管围成，所述定位囊袋用于充气膨胀以推动所述环形囊袋在溶洞内径向移动并实现对中定位。所述定位囊袋的高度与所述环形囊袋的高度一致，确保定位囊袋在充气后能够沿整个环形囊袋的高度方向均匀施加膨胀力。所述上定位囊布固定于所述上密封圈，所述下定位囊布固定于所述下密封圈，以保证定位囊袋的密封性。

5、所述套管为硬质圆管，所述套管设置于所述定位囊袋的内环，所述套管的上端设置有上密封圈，所述套管的下端设置有下密封圈和底座。套管为注气管和注浆管提供支撑和导向，同时为定位囊袋提供刚性内壁支撑。

6、注气管，所述注气管穿设于所述套管内部，所述注气管与所述定位囊袋的内部连通，所述注气管用于向所述定位囊袋充入气体。注气管独立于注浆管设置，使充气定位操作与注浆操作互不干扰，定位囊袋在注浆过程中可持续保压，为环形囊袋提供稳定的侧向约束。

7、注浆管，所述注浆管穿设于所述套管内部，所述注浆管穿过所述内囊布与所述环形囊袋的内部连通，所述注浆管穿过所述内囊布处与所述内囊布密封连接，所述注浆管用于向所述环形囊袋注入浆体。注浆管穿过内囊布后进入环形囊袋的穿设路径，确保了注浆管路能够在不影响定位囊袋密封性的前提下将浆体输送至环形囊袋内部。注浆管与内囊布之间的密封连接，保证了定位囊袋在充气保压过程中不会沿注浆管外壁发生气体泄漏，从而使定位囊袋能够持续为环形囊袋提供稳定的侧向约束力，确保环形囊袋按设计形态规整成型。

8、所述环形囊袋和所述定位囊袋具有排气收纳状态，所述排气收纳状态是指所述环形囊袋和所述定位囊袋在内部气体被抽出后贴合于所述套管、所述注气管和所述注浆管表面的状态。排气收纳后的囊袋径向尺寸大幅缩小，便于在孔径有限的钻孔中顺利下放至溶洞位置。

9、进一步地，所述内囊布和所述外囊布之间沿高度方向等间距设置有囊间隔片，所述囊间隔片为环形片状结构，所述囊间隔片的内环半径与所述环形囊袋的内环半径一致，所述囊间隔片的外环半径与所述环形囊袋的外环半径一致，所述囊间隔片上设置有多个透浆孔。囊间隔片将环形囊袋内部沿高度方向分隔为多个相互连通的注浆腔室，保证注浆时浆体在环形囊袋内沿高度方向均匀分布，避免浆体因自重作用向下沉积导致囊袋膨胀不均；透浆孔使各层注浆腔室之间保持浆体连通，确保浆体能够在环形囊袋整体范围内均匀分布。

10、进一步地，所述内囊布和所述套管之间设置有多层定位拉线，相邻两层所述定位拉线沿所述套管的轴向间隔0.5米至1.0米，每层所述定位拉线包括6根至16根条带状的柔性拉线，各所述定位拉线以所述套管为中心向所述内囊布呈放射状布置。定位拉线在定位囊袋充气膨胀时将内囊布向套管方向拉紧，确保定位囊袋充气时内囊布各方向受力均匀，环形囊袋能够精确对中。放射状布置方式保证了各方向受力均衡，避免环形囊袋在定位过程中发生偏心。

11、进一步地，各所述透浆孔沿所述囊间隔片的周向等间隔布置，所述透浆孔的数量为4个至8个，所述透浆孔的直径为所述囊间隔片的径向宽度的五分之一至三分之一。透浆孔的数量和直径的合理设置，既保证了浆体在各腔室之间的顺畅流动，又避免了因开孔过大导致囊间隔片对囊袋径向约束减弱。

12、进一步地，所述套管沿轴向间隔0.5米至1.0米设置有固定圈，所述固定圈用于固定所述定位拉线的端部。固定圈为定位拉线提供了明确的受力锚固点，确保定位拉线在定位囊袋充气膨胀时能够有效传递拉力。

13、进一步地，所述注气管的上端设置有注气管开关，所述注气管的下端通过注气管连接管与注气尾管连接，所述注气尾管的下端封闭，所述注气尾管的侧壁开设有出气孔，所述注气尾管穿过所述底座伸入所述定位囊袋的内部；所述注浆管的上端设置有注浆管开关，所述注浆管的下端通过注浆管连接管与注浆尾管连接，所述注浆尾管的下端封闭，所述注浆尾管的侧壁开设有出浆孔，所述注浆尾管穿过所述底座、所述定位囊袋和所述内囊布后伸入所述环形囊袋的内部；所述注气管连接管和所述注浆管连接管分别卡住所述底座以防止所述套管向下滑动。注气管开关和注浆管开关分别用于控制充气操作和注浆操作，注气尾管和注浆尾管的下端封闭、侧壁开设出气孔或出浆孔，使气体或浆体通过侧壁孔进入相应囊袋内部。

14、进一步地，所述注气管由多节硬质圆管连接而成，相邻两节所述注气管之间通过螺纹连接或热熔连接；所述注浆管由多节硬质圆管连接而成，相邻两节所述注浆管之间通过螺纹连接或热熔连接；所述注气管连接管和所述注浆管连接管分别各自独立地包括硬质段和软质段，所述软质段具有0.5米至1.0米的伸缩长度。多节管体连接方式使注气管和注浆管的长度可根据钻孔深度灵活调整，适用于不同深度的溶洞处置；软质段的伸缩能力在定位囊袋充气过程中可配合对囊袋进行小幅度的上下提拉调整，使囊袋在溶洞内移动至最优处置位置，在环形囊袋注浆膨胀过程中可补偿注气尾管和注浆尾管与注气管、注浆管之间因囊袋径向膨胀而产生的相对位移，避免管路连接处受力损坏。

15、进一步地，所述环形囊袋和所述定位囊袋均由密封材料制成。密封材料保证了囊袋能够充气保压和被抽成真空密封。

16、本发明还提供了一种采用上述岩溶区桩基施工自适应处置囊袋的岩溶区桩基施工自适应处置方法，该方法包括以下步骤：

17、s1：在拟建桩基的中心位置钻设导向钻孔，所述导向钻孔的深度超过溶洞的底部0.2米至0.5米，所述导向钻孔的直径大于所述岩溶区桩基施工自适应处置囊袋在排气收纳状态下的最大径向尺寸。通过在拟建桩基中心预先钻设导向钻孔，将溶洞处置工序前移至桩基冲钻之前，避免了传统方法中钻穿溶洞后再处理的施工中断和塌孔风险。

18、s2：将排气收纳后的所述岩溶区桩基施工自适应处置囊袋经所述导向钻孔下放至所述溶洞的竖向范围对应的位置。排气收纳后的囊袋径向尺寸大幅减小，能够顺利通过导向钻孔下放至溶洞位置。

19、s3：通过所述注气管向所述定位囊袋充入气体，所述定位囊袋膨胀并推动所述环形囊袋在所述溶洞内径向移动，直至所述环形囊袋与所述导向钻孔对中定位。定位囊袋充气后形成以套管为中心的圆柱状气囊，利用其径向膨胀力将环形囊袋向溶洞壁方向推移，实现环形囊袋在溶洞内的自适应精确定位和对中，有效解决了现有大型环状囊袋下放后难以精准定位的难题。

20、s4：通过所述注浆管向所述环形囊袋注入浆体，所述浆体填充所述环形囊袋并使所述环形囊袋向外膨胀，在所述拟建桩基的外周形成环形护壁。先定位、后注浆的工序安排保证了环形囊袋在注浆前已处于预定位置，注浆过程中定位囊袋持续保压，为环形囊袋提供稳定的侧向约束，确保环形囊袋按规整的环形形态成型，避免了溶洞不规则空间对囊袋成型的不利影响。

21、s5：待所述浆体达到设计强度后，进行桩基冲钻成孔、泥浆护壁、清孔、钢筋笼下放和混凝土浇筑。此时环形护壁已为后续桩基施工提供了可靠的孔壁保护，有效避免了塌孔、漏浆等事故。

22、进一步地，当所述拟建桩基穿越多个所述溶洞时，在所述注气管和所述注浆管上对应各所述溶洞的位置分别各自独立地套设一个所述岩溶区桩基施工自适应处置囊袋，将各所述岩溶区桩基施工自适应处置囊袋在同一安装工序中随所述注气管和所述注浆管一同下放，使各所述囊袋依次到达各自对应的所述溶洞的预设位置后，对各所述定位囊袋进行充气定位并对各所述环形囊袋进行注浆，以实现多个所述溶洞的处置。通过在一次下放作业中完成对多个溶洞的同步处置，无需逐层处理，大幅提高了施工效率。

23、与现有技术相比，本发明变“钻遇后再处理”为“预先处置”，在桩基冲钻前即通过预先钻孔完成溶洞处置，形成环形护壁后再进行桩基施工，避免了施工过程中的塌孔、漏浆风险，保证了施工的连续性和安全性。定位囊袋充气膨胀在溶洞有限空间内自动将环形囊袋推移至与钻孔同心的位置，定位拉线的放射状布置确保环形囊袋各方向受力均匀，实现了囊袋在溶洞内的精确定位和对中。集成化囊袋结构先定位、后注浆的工序安排保证了环形囊袋在注浆前已处于预定位置，注浆过程中定位囊袋持续保压，为环形囊袋提供稳定的侧向约束，确保环形囊袋按设计形态规整成型。对于桩基穿越多个溶洞的复杂工况，可在注气管和注浆管上套装多个囊袋，各囊袋分别对应各溶洞位置，实现多层溶洞的一次性同步处置。囊袋可工厂预制、排气收纳后现场安装，质量可控，操作简单。