溶洞填充施工用约束围栏及溶洞地貌桩基础施工方法与流程

1.本发明属于建筑技术领域，特别涉及一种溶洞填充施工用约束围栏及溶洞地貌桩基础施工方法。


背景技术：

2.在喀斯特地貌进行桩基础施工过程中，为了得到足够的桩基承载力，桩基础通常需要穿过一个甚至多个溶洞群直至达到设计深度。为了保证桩基础的施工质量，传统的桩基础施工方法一般是首先对这些溶洞进行整体填充处理，填充材料一般为施工现场所采集的毛石、泥沙、废弃建筑材料和混凝土等，这些填充材料都是采用倾倒的方式倒入溶洞，填充材料降落过程中没有受到任何的约束作用，都是借助自身的重力以松散的方式向溶洞低处沉降并逐渐向上堆积直至溶洞完全填满形成人工围岩，最后在得到的人工围岩上进行桩基础的施工。
3.对于空间较小的溶洞，整体填充的施工方法是比较容易实现的。但是对于大空间溶洞或者不可测类型的溶洞而言，整体填充的施工方法往往是不现实的，只能够采取部分填充的施工方法对溶洞进行处理。由于溶洞的特殊条件决定了填充范围的控制和填充效果处于不可预见和不可控的状态，这种状态直接影响到溶洞填充施工工期和施工质量。如果填充的范围和体积过小，所形成的人工围岩对桩基础起不到应有的保护作用，不仅会影响桩基础的施工质量也会影响其使用寿命；如果溶洞的填充范围过大则会拉长施工工期，同时也会造成填充材料和人工及设备的浪费。因此，如何有效地控制大空间溶洞或者不可测溶洞的填充范围是溶洞填充施工中亟待解决的第一个关键问题。
4.由于松散的填充材料在溶洞填充过程中没有受到任何形式的约束，加之溶洞底部一般都会存在一定的倾斜坡度，所以填充材料在自身重力的作用下都会向溶洞底部最低洼的区域自由沉降，经常会出现填充材料偏离桩基础轴线的情况，达不到桩基础施工所需要的填充效果，所以只能不断地投放填充材料直至整个溶洞填满为止，这种松散式投放填充材料的施工方法也是影响溶洞填充施工工期和成本的另一个主要原因。因此，如何有效地控制填充材料的沉降方式也是溶洞填充施工中需要解决的第二个关键问题。
5.为了能够解决上述两个关键问题，达到缩短溶洞填充施工工期、提高施工质量、降低材料消耗、节约施工成本的目的。


技术实现要素：

6.本发明旨在提供一种溶洞填充施工用约束围栏，用于解决溶洞地貌桩基础施工过程中溶洞填充范围不可控的问题。
7.以上问题是通过以下技术方案解决的： 一种溶洞填充施工用约束围栏，其特征在于，包括固定夹和若干约束杆，所述固定架包括上连接环、下连接环和连接杆，所述约束杆包括上圆形竖段、一端同上圆形竖段下端连接在一起的水平段和上端同水平段另一端连接在一起的下竖段，所述连接杆将上连接环和下连接环固定在一起，所述约束杆沿上连接环
的周向分布，所述上圆形竖段同时转动连接在所述上连接环和下连接环内，所述水平段通过锡焊而形成的锡块同上圆形竖段连接在一起，水平段和上竖圆形段连接处设有用于加热熔化所述锡块的电热管。本技术方案，施工过程中，不需要进入地下即能够设定约束杆对填充材料进行约束的部分（即下段）同其余部分分开，设定分开时的安全性好和分开方便。
8.作为优选，所述上圆形段为管型结构，电热管的电源线经上圆形段的内部穿出。能够防止使用过程中电线被损坏。
9.作为优选，所述锡块为沿水平段和上圆形竖段连接处的周向延伸的环形，电热管位于锡块、水平段和上圆形竖段所围成的空间内，所述电热管为沿水平段和上圆形竖段连接处的周向延伸的环形。对电热管的防护效果好，避免防到溶洞内时损坏电热管导致后续隔断约束杆作业不能够进行导致施工失败。
10.本发明还包括主动齿轮、驱动主动齿轮的驱动电机和若干一一对应地连接在上圆形竖段的从动齿轮，所述从动齿轮同所述主动齿轮啮合在一起，所述主动齿轮和从动齿轮都为直齿轮，所述主动齿轮能够向上被移除地支撑在所述固定架上。该方案能够使得不需要进入溶洞既能够完成约束杆的转动，而且约束杆转动到位后能够取出主动齿轮和驱动电机，使得填充填充材料时方便。
11.作为优选，所述固定架上设有若干支撑块，所述驱动电机上设有若干支撑条，所述支撑条一一对应地搁在所述支撑块上从而使得驱动电机同固定架连接在一起，所述固定电机位于主动齿轮的下方，所述主动齿轮通过所述驱动电机同所述固定架连接。提供了主动齿轮同固定架能够分开连接的一种技术方案。
12.本发明还提供了一种溶洞地貌桩基础施工方法，第一步、在地上挖上竖孔到同地下的溶洞连通；第二步、使下竖段都处于能够被下连接环遮挡的位置后将溶洞填充施工用约束围栏经过上竖孔放入溶洞内，下竖段和水平段都位于溶洞内后以上圆形竖段为轴转动约束杆到下竖段位于上竖孔朝下投影区域的外围、从而使得约束围栏所围成的空间的竖向投影面积大于上竖孔的开口面积且上竖孔朝下的投影全部位于下竖段所围成的空间内，约束杆支撑在溶洞底壁上而支撑住溶洞填充施工用约束围栏；第三步、将填充材料经上竖孔投放到下竖段所围成的空间内而形成填充块，填充过程中当填充材料填充量能够固定住约束杆后给电热管通电使得锡块熔化，锡块融化后将固定架连同约束杆残留在围栏安装架上的部分经上竖孔提升到地面、下竖段滞留在溶洞内，继续向下竖段所围成的空间内投放填充材料至形成的填充块同溶洞顶壁之间的间隙能够阻止浇筑桩基时的混凝土浆流入填充块水平方向的外围；第四步、经上竖孔下挖出设定深度的下竖孔，下竖孔和上竖孔构成桩基础洞，下竖孔贯通填充块使得填充块形成环形；第五步、灌注混凝土浆到桩基础洞内，混凝土浆固化形成桩基础。在溶洞内设置约束围栏后进行填充，从而上端填充范围可控，下料方向可控。
13.作为优选，第二步中转动约束杆的方法为：通过驱动电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮驱动连接在上圆形竖段上的从动齿轮转动；下竖段转动到设定位置后将主动齿轮和驱动电机取出到地面，然后开始填充填充材料。
14.作为优选，第三步中填充材料装在袋内后再填充到约束围栏所围成的空间内。能够使得约束围栏的约束杆之间的间隙大时填充材料也不容易流失，也即填充范围依旧可控。
15.作为优选，每袋填充材料的长度都为1米以上。能够使得袋为带装，填充时更为可控。
16.作为优选，所述填充材料包括混凝土，所述混凝土为凝固前灌装到袋内，在进入约束围栏所围成的空间内后所述混凝土才固化。能够使得填充料更为结实可控地填充在约束围栏维成的区域内。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所提出的约束围栏可以快速的在溶洞内形成一个能够满足桩基础施工要求的人工围岩，能够大幅度提高大空间溶洞的填充施工效率，减少施工成本和施工周期。由于约束杆可以旋转，因此约束围栏的所覆盖的横截面的几何尺寸是可变的，通过控制约束杆的旋转角度就可以得到不同的横截面，可以适合不同的桩基础的设计及施工要求。当约束围栏通过桩基础孔向溶洞内投放时，可以将约束杆向约束围栏的中心旋转，使其横截面直径小于桩基础的孔的直径，约束围栏可以自由地沿桩基础孔上、下移动。在约束围栏的投放及展开过程中，约束围栏的上、下平台始终位于桩基础孔内，约束围栏的水平方向的位移受到桩基础孔的约束，当约束围栏下平台的以下部分完全进入溶洞后，将每个约束杆向外侧旋转展开相同的角度就能够得到一个轴线与桩基础轴线重合的圆柱形约束空间。采用约束袋（尤其为长条行的）将松散的溶洞填充材料约束成为长条状填充体，可以很好地将填充材料控制在约束围栏所形成的圆柱形空间内，也有利于降低约束围栏的疏密程度，降低约束围栏的造价。长条状填充体的相互缠绕的约束效应也非常有利于形成一种稳定的几何体，也有利于减小约束围栏所承受的侧向负荷。约束围栏和约束袋组成两个层次的约束，能够起到有效地控制溶洞填充材料的填充空间的作用，能够快速准确地在溶洞中为桩基础施工构筑一个人工围岩。
附图说明
18.图1为溶洞填充施工用约束围栏处于收拢状态且位于溶洞内时的示意图；图2为溶洞填充施工用约束围栏展开后且位于溶洞内展时的示意图；图3为图2的a处的局部放大示意图；图4为溶洞内形成了填充块后的示意图；图5为桩基础施工完毕后的示意图。
19.图中：上连接环1、下连接环2、连接杆3、上圆形竖段4、水平段5、下竖段6、锡块7、电热管8、电热管的电源线9、主动齿轮10、驱动电机11、从动齿轮12、支撑块13、支撑条14、地15、上竖孔16、溶洞17、填充块18、填充块水平方向的外围19、下竖孔20、桩基础21。
具体实施方式
20.下面将结合本发明附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.参见图1到图5，一种溶洞填充施工用约束围栏，包括固定夹和若干约束杆，固定架包括上连接环1、下连接环2和连接杆3，约束杆包括上圆形竖段4、一端同上圆形竖段下端连接在一起的水平段5和上端同水平段另一端连接在一起的下竖段6，连接杆将上连接环和下
连接环固定在一起。约束杆沿上连接环的周向分布，上圆形竖段同时转动连接在上连接环和下连接环内，水平段通过锡焊而形成的锡块7同上圆形竖段连接在一起，水平段和上竖圆形段连接处设有用于加热熔化所述锡块的电热管8。上圆形段为管型结构，电热管的电源线9经上圆形段的内部穿出。锡块为沿水平段和上圆形竖段连接处的周向延伸的环形，电热管位于锡块、水平段和上圆形竖段所围成的空间内，电热管为沿水平段和上圆形竖段连接处的周向延伸的环形。本发明还包括主动齿轮10、驱动主动齿轮的驱动电机11和若干一一对应地连接在上圆形竖段的从动齿轮12，从动齿轮同主动齿轮啮合在一起，主动齿轮和从动齿轮都为直齿轮。主动齿轮能够向上被移除地支撑在所述固定架上，具体地：固定架上设有若干支撑块13，驱动电机上设有若干支撑条14，支撑条一一对应地搁在支撑块上从而使得驱动电机同固定架连接在一起，固定电机位于主动齿轮的下方，主动齿轮通过所述驱动电机同固定架连接。
22.通过本发明 中的溶洞填充施工用约束围栏进行溶洞地貌桩基础施工的方法为：第一步、在地15上挖上竖孔16到同地下的溶洞17连通；第二步、使下竖段都处于能够被下连接环遮挡的位置（图1中的状态）后将溶洞填充施工用约束围栏经过上竖孔放入溶洞内，下竖段和水平段都位于溶洞内后以上圆形竖段为轴转动约束杆到下竖段位于上竖孔朝下投影区域的外围、从而使得约束围栏所围成的空间的竖向投影面积大于上竖孔的开口面积且上竖孔朝下的投影全部位于下竖段所围成的空间内，约束杆支撑在溶洞底壁上而支撑住溶洞填充施工用约束围栏；第三步、将填充材料经上竖孔投放到下竖段所围成的空间内而形成填充块18，填充过程中当填充材料填充量能够固定住约束杆后给电热管通电使得锡块熔化，锡块融化后将固定架连同约束杆残留在围栏安装架上的部分经上竖孔提升到地面、下竖段滞留在溶洞内，继续向下竖段所围成的空间内投放填充材料至形成的填充块同溶洞顶壁之间的间隙能够阻止浇筑桩基时的混凝土浆流入填充块水平方向的外围19；第四步、经上竖孔下挖出设定深度的下竖孔20，下竖孔和上竖孔构成桩基础洞，下竖孔贯通填充块使得填充块形成环形；第五步、灌注混凝土浆到桩基础洞内，混凝土浆固化形成桩基础21。第二步中转动约束杆的方法为：通过驱动电机驱动主动齿轮转动，主动齿轮驱动连接在上圆形竖段上的从动齿轮转动；下竖段转动到设定位置后将主动齿轮和驱动电机取出到地面，然后开始填充填充材料。第三步中填充材料装在袋内后再填充到约束围栏所围成的空间内。每袋填充材料的长度都为1米以上。填充材料包括混凝土，所述混凝土为凝固前灌装到袋内，在进入约束围栏所围成的空间内后所述混凝土才固化。