一种溶洞桩基斜岩处理方法及灌注材料与流程

1.本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种溶洞桩基斜岩处理方法及灌注材料。


背景技术：

2.岩溶地区分布有较多的溶洞，桥梁和建筑桩基施工时，桩基在穿过空心的溶洞，由于在溶洞内缺乏传力层，在施工时由土层进入岩层时、或在溶洞底部、或岩层有夹层的位置等均有可能出现卡锤、桩偏孔及塌孔等病害。其中卡锤的主要原因是对溶洞分布情况不明确，在冲到离溶洞顶板很近时采用高落程冲击，使冲锤冲破溶洞顶板岩石，冲锤倾斜，卡在溶洞顶板岩石不同部位。防止卡锤措施主要有严格控制冲程，在施工过程中细心观察，根据不同的地质情况掌握好冲程。在基岩中采用3～5m的冲程，在靠近溶洞顶板1m处采用0.5～1.5m的小冲程变化冲进，轻锤慢打使孔壁圆滑坚固，通过短冲程快频率冲击的方法逐渐将洞顶击穿，防止因冲程过长导致卡锤。塌孔是主要由于溶洞漏浆严重，泥浆流失速度过快，补浆来不及造成。防止塌孔措施主要有保持泥浆浓度和水头高度，采用中小冲程冲进，保证冲机安装平稳。当孔壁局部坍塌，孔内水头无明显损失时，向孔内抛粘土，加大泥浆比重进行处理。小面积塌陷，且护筒无移位，除下沉内护筒外，可及时分层抛入片石、粘土块、袋装水泥、片石等，以填充和堵塞溶洞，回填至内护筒底部以上2～3m，然后采用中小冲程重新冲进。大面积塌陷，溶洞发育严重时，如连通大型溶洞或连通地下河溶洞，或者护筒变形，有较大横向位移，无法纠偏时，可拔出钢护筒，用片石、粘土回填，然后重新钻进。桩偏孔的主要原因是穿越溶洞时，洞顶和洞底岩层倾斜、岩层厚度不均、基岩面陡倾不平整。其中岩层倾斜即斜岩是导致桩偏孔的主要成因。
3.岩溶地区地层的倾斜是形成斜岩的一个原因；岩石的风化、溶蚀造成微风化岩面起伏变化是形成斜岩的另一个原因；溶洞情况也是岩溶地区斜岩形成的一个原因。
4.岩溶地区，斜岩情况普遍存在，目前纠正斜岩的方法有以下几种：
5.1)填石法：遇溶洞及斜岩发生偏孔时，要回填石头进行纠斜，石头的大小为20～40cm，俗称人头石，石头的硬度要大于岩石的硬度，通常用于纠斜的石头为石灰岩，乏白、乏红的石灰岩硬度较大。回填的石头要超过溶洞顶1～2米以上进行冲进。若再偏孔需再回填20～40cm大的碎石，并超过溶洞顶1～2米以上冲进纠斜。如此反复进行，此方法是比较常用的纠斜方法，可解决大部分斜岩桩问题。
6.2)灌注混凝土法：遇溶洞及斜岩发生偏孔时，用填石法无法纠正时可使用此方法，回填混凝土法是先清孔，待孔底干净后将孔底斜岩灌注1～2米的高强度混凝土，待混凝土达到一定强度后再冲进，若不能纠正就再填石头纠斜。
7.3)爆破法：在部分桩斜岩倾斜度大，斜岩抗压强度高且带有韧性，用以上方法均不能纠正时，可考虑用此方法。爆破法，工序复杂，成本较高，爆破一个孔要6000元左右，且需要由专业资质的爆破队实施爆破作业。若不能纠正还需进行二次爆破纠正。
8.专利cn 110318412 a公开了一种溶洞桩基施工方法，包括以下步骤：步骤1：勘探
岩层性状；步骤2：桩成孔施工，击穿溶洞的顶板；步骤3：溶洞击穿漏浆后，回填填充物；步骤4：待漏浆处堵住后继续钻进，如此反复冲击和回填填充物直至形成护壁；步骤5：安装钢筋笼并灌注混凝土形成桩基，钢筋笼上安装有与溶洞对应的挡板。专利cn 110230309 a公开了一种岩溶区桥梁溶洞桩基施工方法，包括以下步骤：冲孔和溶洞处理，重复执行冲孔和溶洞处理，直到最后成孔；所述溶洞处理，具体包括以下步骤：鉴别类型，在开始钻孔前、在钻进过程中以及在灌注过程中，根据竖向深度及有无填充物判断溶洞类型，溶洞类型包括岩溶一般发育、岩溶较发育、岩溶极发育和全填充；处理方法，所述处理方法包括施工前的预处理，钻孔中的处理和砼灌注过程中的处理；所述预处理对于熔岩极发育的溶洞，采用钢护管跟进的方式，岩溶一般发育、岩溶较发育和全填充溶洞以注水泥浆为主，双液浆为辅；所述钻孔中的处理为回填一定比例的片石、粘土、水泥，其质量比为20∶10∶1；所述砼灌注过程中的处理为混凝土填充。
9.上述现有技术虽然对溶洞桩基的施工方法给出了一定的指导，但对于溶洞桩基施工过程中的斜岩处理并未给出解决方案。


技术实现要素：

10.针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种溶洞桩基斜岩处理方法。
11.本发明的另一目的在于提供一种溶洞桩基斜岩处理方法中的灌注材料。
12.本发明目的通过以下技术方案实现：
13.一种溶洞桩基斜岩处理方法，包括如下步骤：
14.(1)钻机引孔：在桩身范围内钻1～2个抽芯孔进行洗孔，以确保桩底的泥土、夹层、泥浆混合物清洗干净；
15.(2)高压切割及冲洗：将喷头送到桩底溶洞区域，利用反复下沉和上升的高压水及高压风喷射切割、冲洗，将该段的泥土、泥浆混合物等冲洗干净；
16.(3)高压灌浆:
17.1)一次注浆：当整桩清洗至没有混浊现象后，用旋喷桩机及其配套管路将水泥浆灌入钻孔，直至孔口溢浆；
18.2)二次注浆：一次注浆后使用注浆机泥浆泵将水泥浆沿其配套的注浆管路自孔底进行注浆，清洗孔底及斜岩接触面；
19.(4)灌注材料回填：
20.当钻孔垂直度偏差超过1％时，提起冲锤，向孔内回填灌注材料，所述灌注材料由大小为15～40cm的硬质片石和强渗快干混凝土构成，所述强渗快干混凝土由水、硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、水泥基渗透结晶母料、分散剂和减水剂构成；回填灌注材料步骤为先抛填硬质片石，然后灌注强渗快干混凝土浆料，待混凝土固化后再重新冲击钻进，直至进入均匀、稳定完整的基岩内1m以上，然后按正常施工。
21.进一步地，步骤(2)中所述高压切割及冲洗仅将泥土、泥浆混合物、粒径小于2mm的粉细砂冲出孔外，粒径大于2mm的中粗砂或岩渣仍在孔内。
22.进一步地，步骤1)中所述水泥浆采用水灰比为0.5∶1的纯水泥浆，并加入5％的早强剂，以缩短水泥的凝固时间。
23.进一步地，步骤2)中所述水泥浆采用水灰比为0.5∶1的纯水泥浆。
24.进一步地，步骤(4)中所述回填灌注材料回填到斜岩接触面处以上0.5～1.5m高度。
25.进一步地，步骤(4)中所述硬质片石和强渗快干混凝土的质量比为2～5∶1。
26.进一步地，步骤(4)中所述强渗快干混凝土各组成质量百分含量如下：
27.水8％～20％，硫铝酸盐水泥40％～70％，硅酸盐水泥10％～30％，水泥基渗透结晶母料5％～15％，钢纤维1％～5％，分散剂0.5％～1.5％。
28.进一步地，步骤(4)中所述重新冲击钻进采取小冲程、低频率的方式冲孔。
29.一种溶洞桩基斜岩处理方法中的灌注材料，由大小为15～40cm的硬质片石和强渗快干混凝土构成，所述强渗快干混凝土由水、硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、水泥基渗透结晶母料、钢纤维和分散剂构成。
30.进一步地，所述强渗快干混凝土各组成质量百分含量如下：
31.水8％～20％，硫铝酸盐水泥40％～70％，硅酸盐水泥10％～20％，水泥基渗透结晶母料5％～15％，钢纤维1％～5％，分散剂0.5％～1.5％。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.(1)本发明针对溶洞桩基斜岩采用填石法与灌注混凝土法相结合的方式，可以有效防止斜岩导致的桩偏孔。
34.(2)本发明的回填灌注材料由大小为15～40cm的硬质片石和强渗快干混凝土构成，通过在硫铝酸盐主体水泥中加入水泥基渗透结晶母料，具有强渗快干的特点，同时能够增强混凝土与硬质片石的结合力，有效增强回填灌注材料的纠偏性能。
具体实施方式
35.下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
36.实施例1
37.本实施例的一种溶洞桩基斜岩处理方法，包括如下步骤：
38.(1)钻机引孔：在直径φ1000的桩身范围内钻2个抽芯孔进行洗孔(利用抽芯检测孔)，以确保桩底的泥土、夹层、泥浆混合物清洗干净(采用xy-1型钻机钻孔至桩底溶洞底，钻孔直径φ108，在进行场地平整、人工初探、钻机就位探孔、确定钻孔是否堵塞以及孔深是否达到补强深度；如有增加钻孔，进行场地平整、人工保护孔口(2个砂袋保护，同时砂袋兼做标记作用)，及时进行补强的施工工序)。
39.(2)高压切割及冲洗：将喷头送到桩底溶洞区域，利用反复下沉和上升的高压水及高压风喷射切割、冲洗，将该段的泥土、泥浆混合物等冲洗干净。冲洗置换时，仅将泥土、泥浆混合物、粒径小于2mm的粉细砂冲出孔外。粒径大于2mm的中粗砂或岩渣仍在孔内，待水泥浆灌入后，与其结合，重新固结为新的混凝土。
40.(3)高压灌浆：灌注水泥浆分为如下几个过程，施工时应区别对待：
41.1)一次注浆：当整桩清洗至没有混浊现象后(应清洗至返出物无夹泥、砂或泥水合物)，用旋喷桩机及其配套管路将水灰比为0.5∶1的纯水泥浆灌入钻孔，直至孔口溢浆；水泥浆加入5
‰
的早强剂，以缩短水泥的凝固时间。
42.2)二次注浆：一次注浆后使用bw-150注浆机泥浆泵将水灰比为0.5∶1的纯水泥浆
沿其配套的注浆管路自孔底进行注浆，清洗孔底及斜岩接触面。
43.(4)灌注材料回填：
44.当钻孔垂直度偏差超过1％时(采取在成孔过程中检查机台平整和钢丝绳的垂直度)，提起冲锤，向孔内回填灌注材料，所述灌注材料由大小为20～40cm的花岗岩片石和强渗快干混凝土构成，硬质片石和强渗快干混凝土的质量比为3∶1；所述强渗快干混凝土由水15％、硫铝酸盐水泥60％、硅酸盐水泥15％、水泥基渗透结晶母料7％、钢纤维2％、聚羧酸盐分散剂1％构成；回填灌注材料步骤为先抛填硬质片石，然后灌注强渗快干混凝土浆料，待混凝土固化后再重新采取0.5m的小冲程、低频率的方式冲孔，使冲锤保持水平，钢丝绳保持竖直，浅程缓进，直至进入均匀、稳定完整的基岩内1m，然后按正常施工。
45.通过制备灌注材料固化样测试本实施例灌注材料的凝固时间及抗压强度，结果显示初凝时间为35min，终凝时间为56min，抗压强度为51.3mpa。说明本发明的灌注材料具有高强快干的优点，非常适合溶洞桩基斜岩处理的回填过程。通过实际溶洞桩基斜岩处理应用中发现，使用本发明方法经过一次回填即可完全避免斜岩导致的桩偏孔，偏效果理想，无需进行多次回填，显著提高施工效率。
46.实施例2
47.本实施例的一种溶洞桩基斜岩处理方法，包括如下步骤：
48.(1)钻机引孔：在直径φ800的桩身范围内钻1个抽芯孔进行洗孔(利用抽芯检测孔)，以确保桩底的泥土、夹层、泥浆混合物清洗干净(采用xy-1型钻机钻孔至桩底溶洞底，钻孔直径φ108，在进行场地平整、人工初探、钻机就位探孔、确定钻孔是否堵塞以及孔深是否达到补强深度；如有增加钻孔，进行场地平整、人工保护孔口(1个砂袋保护，同时砂袋兼做标记作用)，及时进行补强的施工工序)。
49.(2)高压切割及冲洗：将喷头送到桩底溶洞区域，利用反复下沉和上升的高压水及高压风喷射切割、冲洗，将该段的泥土、泥浆混合物等冲洗干净。冲洗置换时，仅将泥土、泥浆混合物、粒径小于2mm的粉细砂冲出孔外。粒径大于2mm的中粗砂或岩渣仍在孔内，待水泥浆灌入后，与其结合，重新固结为新的混凝土。
50.(3)高压灌浆：灌注水泥浆分为如下几个过程，施工时应区别对待：
51.1)一次注浆：当整桩清洗至没有混浊现象后(应清洗至返出物无夹泥、砂或泥水合物)，用旋喷桩机及其配套管路将水灰比为0.5∶1的纯水泥浆灌入钻孔，直至孔口溢浆；水泥浆加入5％的早强剂，以缩短水泥的凝固时间。
52.2)二次注浆：一次注浆后使用bw-150注浆机泥浆泵将水灰比为0.5∶1的纯水泥浆沿其配套的注浆管路自孔底进行注浆，清洗孔底及斜岩接触面。
53.(4)灌注材料回填：
54.当钻孔垂直度偏差超过1％时(采取在成孔过程中检查机台平整和钢丝绳的垂直度)，提起冲锤，向孔内回填灌注材料，所述灌注材料由大小为15～30cm的花岗岩片石和强渗快干混凝土构成，硬质片石和强渗快干混凝土的质量比为4∶1；所述强渗快干混凝土由水10％、硫铝酸盐水泥65％、硅酸盐水泥15％、水泥基渗透结晶母料6％、钢纤维3％、聚羧酸盐分散剂1％构成；回填灌注材料步骤为先抛填硬质片石，然后灌注强渗快干混凝土浆料，待混凝土固化后再重新采取0.5m的小冲程、低频率的方式冲孔，使冲锤保持水平，钢丝绳保持竖直，浅程缓进，直至进入均匀、稳定完整的基岩内1m，然后按正常施工。
55.通过制备灌注材料固化样测试本实施例灌注材料的凝固时间及抗压强度，结果显示初凝时间为32min，终凝时间为50min，抗压强度为47.8mpa。说明本发明的灌注材料具有高强快干的优点，非常适合溶洞桩基斜岩处理的回填过程。通过实际溶洞桩基斜岩处理应用中发现，使用本发明方法经过一次回填即可完全避免斜岩导致的桩偏孔，偏效果理想，无需进行多次回填，显著提高施工效率。
56.对比例1
57.本对比例与实施例1相比，灌注材料不加入花岗岩片石，采用单独的强渗快干混凝土。结果显示灌注材料初凝时间为38min，终凝时间为64min，抗压强度为36.5mpa。通过实际溶洞桩基斜岩处理应用中发现，使用本对比例的灌注材料经过一次回填仍存在一定桩偏孔，需进行多次回填以正常施工。
58.对比例2
59.本对比例与实施例1相比，灌注材料采用单独的花岗岩片石。通过实际溶洞桩基斜岩处理应用中发现，使用本对比例的灌注材料经过一次回填仍存在一定桩偏孔，需进行多次回填以正常施工。
60.通过对比例1和2与实施例1的比较结果可知，本发明通过硬质片石和强渗快干混凝土组合作为灌注材料在溶洞桩基斜岩处理应用中具有良好的协同作用。
61.对比例3
62.本对比例与实施例1相比，灌注材料中强渗快干混凝土不加入水泥基渗透结晶母料，采用等量硅酸盐水泥替代，其余相同。结果显示灌注材料初凝时间为46min，终凝时间为82min，抗压强度为40.1mpa。通过实际溶洞桩基斜岩处理应用中发现，使用本对比例的灌注材料经过一次回填仍存在一定桩偏孔，需进行多次回填以正常施工。
63.对比例4
64.本对比例与实施例1相比，灌注材料中强渗快干混凝土不加入钢纤维，采用等量硅酸盐水泥替代，其余相同。结果显示灌注材料初凝时间为34min，终凝时间为60min，抗压强度为38.5mpa。通过实际溶洞桩基斜岩处理应用中发现，使用本对比例的灌注材料经过一次回填仍存在一定桩偏孔，需进行多次回填以正常施工。
65.通过对比例3和4与实施例1的比较结果可知，本发明通过在强渗快干混凝土中加入水泥基渗透结晶母料成分和钢纤维成分，可显著提高灌注材料的抗压强度，从而显著提高其在溶洞桩基斜岩处理应用中的纠偏效果和施工效率。
66.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。