岩溶地区桩基防护装置及其施工方法与流程

本发明涉及桩基施工技术领域，尤其是涉及一种岩溶地区桩基防护装置及其施工方法。

背景技术：

在桥梁桩基施工中，经常遇到岩溶现象。岩溶现象给桩基混凝土施工带来很大的不确定性，对施工质量和施工成本带来很大的影响。一般来说桩基施工处理溶洞的方法有很多，例如回填黏土+片石(或黏土+片石+水泥)、预先注浆法(注水泥浆或水泥浆+水玻璃)、全桩护筒跟进法等。但是以上方法均有其缺点，如回填黏土+片石(黏土+片石+水泥)方法一般适用于较小溶洞(溶洞深度在3m以内)；注浆法施工质量难控制且对周围环境有破坏和污染(极易影响地下水及周围土壤)；全桩护筒跟进法是指采用护筒全程跟进，穿过溶洞区，一直下到溶洞底部，在桩基较长，而溶洞处于较深位置时，护筒因长度较长，护筒自身重量太重，不易吊装，施工过程存在极大的安全风险，并且钢材用量大，施工成本较高。

技术实现要素：

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种岩溶地区桩基防护装置及其施工方法，其能够在中大型溶洞的情况下，确保桩基施工质量，降低施工成本，减少对周边环境破坏与污染。

其技术方案如下：

一种岩溶地区桩基防护装置，包括钢筋笼、护筒和连接结构，所述钢筋笼和所述护筒均设于预挖的桩孔内，所述桩孔穿过溶洞，所述钢筋笼的底端支撑于所述桩孔的底部，所述护筒套设于所述钢筋笼的外侧，且所述护筒通过所述连接结构固定于所述钢筋笼上，所述护筒的底端位于所述溶洞的下方且与所述桩孔的底部间隔设置，所述护筒的顶端位于所述溶洞的上方，所述钢筋笼和所述护筒通过浇注的混凝土固定于所述桩孔内。

本发明所述的岩溶地区桩基防护装置，其包括钢筋笼和护筒。其中，护筒在深度方向穿过溶洞区，可作为护壁，有效防止桩基施工过程中，溶洞区塌孔现象和混凝土灌注时砼流失现象的发生，保证桩基通过溶洞区时施工的顺利进行。同时，所述护筒并非一直下到桩孔底部，其通过连接在钢筋笼上进行固定，护筒仅需要在长度上能够穿过溶洞区即可，因此，可有效地减少护筒的钢材用量，减少施工成本，同时减小护筒的重量，便于施工。综上可知，本发明实现了一种新型的施工方法，可在中大型溶洞(溶洞深度在3m以上)的情况下，确保桩基施工质量；同时其避免采用全桩护筒跟进法，减少施工成本和施工难度；并且其无需采用注浆法，减少对周边环境破坏与污染。

下面对上述技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述连接结构包括至少一层连接组件，所述连接组件设于所述钢筋笼与所述护筒之间，所述连接组件包括箍筋和若干个固定环，若干个所述固定环均固定于护筒的内壁上，且沿着所述护筒的内周面周向间隔布置，每个所述固定环均设有固定孔，所述箍筋环向固定于所述钢筋笼的外周面上，且依次穿过若干个所述固定环中的固定孔。通过将护筒上的固定环与钢筋笼上的箍筋进行套连固定，使护筒与钢筋笼有效连接的同时，防止产生纵向滑移，同时确保两者之间具有一定的活动空间。

在其中一个实施例中，所述固定环包括固定片和辅助固定件，所述固定片沿着所述护筒的径向设置，且所述固定片的一端固定于所述护筒的内壁上，另一端设有所述固定孔，所述辅助固定件设于所述固定片的外侧，所述辅助固定件一端固定于所述固定片上，另一端与所述钢筋笼连接。辅助固定件的设置用以加强护筒与钢筋笼之间的连接强度，保证两者之间连接牢靠。

在其中一个实施例中，所述固定片与所述护筒焊接，所述箍筋与所述钢筋笼焊接，所述辅助固定件与所述钢筋笼焊接，采用焊接的方式用以保证确保连接强度，同时可抵抗混凝土压力。

在其中一个实施例中，所述连接组件设有若干层，若干层所述连接组件沿着所述护筒的轴向上下间隔布置，用以在轴向实现护筒与钢筋笼之间均匀连接。

在其中一个实施例中，还包括支撑结构，所述支撑结构设于所述钢筋笼与所述护筒之间，且所述支撑结构沿着所述钢筋笼的外周面周向设置，所述支撑结构的一面与所述钢筋笼相抵，另一面与所述护筒相抵。支撑结构的设置用于支撑及定位护筒，保证护筒能贴近溶洞，同时使护筒的内壁与钢筋笼之间有足够的保护层厚度。

在其中一个实施例中，所述支撑结构包括沿着所述钢筋笼的轴向上下间隔布置的若干层支撑组件，每层所述支撑组件包括沿着所述钢筋笼的外周面周向间隔布置的若干个支撑筋，所述支撑筋的一端固定于所述钢筋笼上，另一端用于与所述护筒相抵；或所述支撑筋一端固定于所述护筒上，另一端用于与所述钢筋笼相抵。支撑组件包括间隔设置的支撑筋，在保证支撑及定位护筒的同时，可减少支撑组件的钢材用量，也进一步减轻重量。

在其中一个实施例中，所述护筒包括上下依次设置的多节子护筒，相邻的两个所述子护筒之间依次连接。通过将护筒设计为依次连接的子护筒，方便护筒安装。

在其中一个实施例中，相邻的两个所述子护筒之间搭接、插接或卡接，使得子护筒之间具有相对活动空间，使护筒能随钢筋产生一定的挠度变形，便于护筒整体安装，防止护筒因钢度大、变形量小不能适应桩孔形状，造成卡孔而无法安装的现象。

本技术方案还提供了一种岩溶地区桩基防护装置的施工方法，包括以下步骤：

确定溶洞的位置和深度；

根据溶洞的位置和深度来确定护筒的径向尺寸和轴向尺寸；

分别加工钢筋笼和护筒，同时确定护筒在钢筋笼上的位置，使得在钢筋笼放置于桩孔的底部时所述护筒在深度方向上穿过所述溶洞，且所述护筒与所述桩孔的底部间隔设置；

将钢筋笼和护筒进行组装，其中，钢筋笼和护筒之间安设有连接结构，所述连接结构用于将所述护筒和所述钢筋笼连接；

在桩孔中下放安装好护筒的钢筋笼，浇筑混凝土。

本发明所述的岩溶地区桩基防护装置的施工方法，其护筒在深度方向穿过溶洞区，可作为护壁，有效防止桩基施工过程中，溶洞区塌孔现象和混凝土灌注时砼流失现象的发生，保证桩基通过溶洞区时施工的顺利进行。同时，所述护筒并非一直下到桩孔底部，其通过连接在钢筋笼上进行固定，护筒仅需要在长度上能够穿过溶洞区即可，因此，可有效地减少护筒的钢材用量，减少施工成本，同时减小护筒的重量，便于施工。

附图说明

图1为本发明实施例所述的岩溶地区桩基防护装置的立面结构示意图；

图2为图1的a-a向视图；

图3为图1的b处放大图。

附图标记说明：

10、溶洞，20、钢筋笼，30、护筒，40、连接组件，41、固定环，411、固定片，412、辅助固定件，42、箍筋，50、支撑组件，51、支撑筋，560、桩孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件时，它可以直接固定在另一个元件上或者也可以通过居中的元件固定于另一个元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者也可以是通过居中的元件而连接于另一个元件。

如图1和图2所示，本发明所述的岩溶地区桩基防护装置，设于预挖的桩孔60内，所述桩孔60穿过溶洞10。该岩溶地区桩基防护装置包括钢筋笼20、护筒30(钢护筒30)和连接结构。所述钢筋笼20和所述护筒30均设于所述桩孔60内，所述钢筋笼20的底端支撑于所述桩孔60的底部，顶端位于所述溶洞10的上方。所述护筒30套设于所述钢筋笼20的外侧，且所述护筒30通过所述连接结构固定于所述钢筋笼20上。所述护筒30的底端位于所述溶洞10的下方且与所述桩孔60的底部间隔设置，所述护筒30的顶端位于所述溶洞10的上方。也即，所述钢筋笼20直通桩孔60底部，而所述护筒30仅需要穿过溶洞10区即可，如护筒30在溶洞10区上下方向分别延伸1m～2m。所述钢筋笼20和所述护筒30通过浇注的混凝土固定于所述桩孔60内。

本发明所述的岩溶地区桩基防护装置，其包括钢筋笼20和护筒30。其中，护筒30在深度方向穿过溶洞10区，可作为护壁，有效防止桩基施工过程中，溶洞10区塌孔现象和混凝土灌注时砼流失现象的发生，保证桩基通过溶洞10区时施工的顺利进行。同时，所述护筒30并非一直下到桩孔60底部，其通过连接在钢筋笼20上进行固定，护筒30仅需要在长度上能够穿过溶洞10区即可，因此，可有效地减少护筒30的钢材用量，减少施工成本，同时减小护筒30的重量，便于施工。综上可知，本发明实现了一种新型的施工方法，可在中大型溶洞10(溶洞10深度在3m以上)的情况下，确保桩基施工质量；同时其避免采用全桩护筒30跟进法，减少施工成本和施工难度；并且其无需采用注浆法，减少对周边环境破坏与污染。

在本实施例中，所述护筒30包括上下依次设置的多节子护筒，子护筒高度为1m～2m。相邻的两个所述子护筒之间依次连接。通过将护筒30设计为依次连接的子护筒，方便护筒30安装。可选地，相邻的两个所述子护筒之间搭接、插接或卡接等其他连接方式，使得子护筒之间具有相对活动空间，使护筒30能随钢筋产生一定的挠度变形，便于护筒30整体安装，防止护筒30因钢度大、变形量小不能适应桩孔60形状，造成卡孔而无法安装的现象。需要说明的是，子护筒之间的连接方式如插接和卡接等可沿用现有的连接方式，仅需要保证子护筒之间连接的同时保持一定的活动空间。

具体地，所述连接结构包括至少一层连接组件40，所述连接组件40设于所述钢筋笼20与所述护筒30之间。请结合图3，所述连接组件40包括箍筋42(钢筋)和若干个(如4个)固定环41。若干个所述固定环41均固定于护筒30的内壁上，且沿着所述护筒30的内周面周向间隔布置。每个所述固定环41均设有固定孔，所述箍筋42环向固定于所述钢筋笼20的外周面上，且依次穿过若干个所述固定环41中的固定孔。通过将护筒30上的固定环41与钢筋笼20上的箍筋42进行套连固定，使护筒30与钢筋笼20有效连接的同时，防止产生纵向滑移，同时确保两者之间具有一定的活动空间。同时，箍筋42易于焊接于钢筋笼20上。需要说明的是，在其他实施例中也可将固定环41和箍筋42的位置进行对调，也即将固定环41固定在钢筋笼20上，将箍筋42固定在护筒30的内壁上。

进一步地，所述固定环41包括固定片411和辅助固定件412，所述固定片411沿着所述护筒30的径向设置，且所述固定片411的一端固定于所述护筒30的内壁上，另一端设有所述固定孔。所述辅助固定件412设于所述固定片411的外侧，且沿着所述固定片411的外周周向设置，形成罩壳结构。所述辅助固定件412一端固定于所述固定片411上，另一端与所述钢筋笼20连接。辅助固定件412的设置用以加强护筒30与钢筋笼20之间的连接强度，保证两者之间连接牢靠。所述辅助固定件412呈梯形或锥台形设计，加强其辅助支撑和连接的效果。

可选地，所述固定片411与所述护筒30焊接，所述箍筋42与所述钢筋笼20也焊接，所述辅助固定件412与所述钢筋笼20焊接。上述焊接的具体方式可采用搭接满焊，用以保证确保连接强度，同时可抵抗混凝土压力。

在本实施例中，所述连接组件40设有若干层，若干层所述连接组件40沿着所述护筒30的轴向上下间隔布置。具体可在每个子护筒上设置至少一层连接组件40，用以在轴向实现护筒30与钢筋笼20之间均匀连接。

此外，本发明还包括支撑结构，所述支撑结构设于所述钢筋笼20与所述护筒30之间，且所述支撑结构沿着所述钢筋笼20的外周面周向设置，所述支撑结构的一面与所述钢筋笼20相抵，另一面与所述护筒30相抵。支撑结构的设置用于支撑及定位护筒30，保证护筒30能贴近溶洞10，同时使护筒30的内壁与钢筋笼20之间有足够的保护层厚度。

具体地，所述支撑结构包括沿着所述钢筋笼20的轴向上下间隔布置的若干层支撑组件50，可每隔1m～1.5m设置1层支撑组件50。如图2所示，每层所述支撑组件50包括沿着所述钢筋笼20的外周面周向间隔布置的若干个支撑筋41，每层支撑组件50中的支撑筋41之间的环向间距可控制在40cm～50cm。所述支撑筋41的一端固定于所述钢筋笼20上，另一端用于与所述护筒30相抵；或所述支撑筋41一端固定于所述护筒30上，另一端用于与所述钢筋笼20相抵。由上可知，支撑组件50包括间隔设置的支撑筋41，在保证支撑及定位护筒30的同时，可减少支撑组件50的钢材用量，也进一步减轻重量。需要说明是，所述支撑结构也可采用轴向设置的支撑条进行支撑、定位护筒30，若干根支撑条沿着钢筋笼20的外周面周向间隔设置，还可采用整体式的套筒结构实现支撑及定位作用等。

本发明还提供了一种岩溶地区桩基防护装置的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：确定溶洞10的位置和深度；

具体地，根据地质钻孔资料及桩基施工过程记录，初步确定溶洞10位置和深度。桩基成孔后采用超声波检测技术，进一步确定溶洞10位置和深度。桩孔60的深度大于溶洞10的深度，桩孔60穿过溶洞10。

步骤二：根据溶洞10的位置和深度来确定护筒30的径向尺寸和轴向尺寸。

步骤三：分别加工钢筋笼20和护筒30，同时确定护筒30在钢筋笼20上的位置，使得在钢筋笼20放置于桩孔60的底部时，所述护筒30在深度方向上穿过所述溶洞10。

具体地，护筒30内径略大于桩基直径，采用3mm～5mm厚钢板加工制作，加工时预留开口方便安装。护筒30采用管节式，每节子护筒高度为1m～2m。护筒30纵向可采取下段外搭接上段方式，使上下段在纵向可以形成相对的活动空间，使护筒30能随钢筋产生一定的挠度变形，便于护筒30整体安装，防止护筒30因钢度大、变形量小不能适应桩孔60形状，造成卡孔而无法安装的现象。

钢筋笼20在插至桩孔60底部时其高程上对应溶洞10上下口位置分别上下加长1m～2m处标记，作为加套护筒30的上下界限，也即确定了护筒30在钢筋笼20上的位置。为了减少制作成本，护筒30并非从桩孔60底部开始，而是在深度方向穿过溶洞10区即可，也即护筒30固定于钢筋笼20上，其与桩孔60底部之间间隔。

步骤四：将钢筋笼20和护筒30进行组装，其中，钢筋笼20和护筒30之间安设有连接结构，所述连接结构用于将所述护筒30和所述钢筋笼20连接。

具体地，连接结构包括连接组件40，连接组件40中用于固定护筒30的箍筋42和固定环41采用有效的焊接的方式分别固定于护筒30和钢筋笼20上，以保证护筒30固定的牢固程度，防止护筒30在安装过程中产生纵向滑移致使脱节现象。

此外，钢筋笼20和护筒30之间安设有支撑结构，所述支撑结构用于支撑及定位护筒30。所述支撑结构包括支撑组件50，在此范围内每隔1m～1.5m设置1层支撑组件50，每层支撑组件50中的支撑筋41之间的环向间距控制在40cm～50cm，以支撑外套护筒30。

步骤五：在所述桩孔60中下放安装好护筒30的钢筋笼20，浇筑混凝土。

其中，混凝土浇筑至护筒30下端时放慢浇筑速度，利用混凝土塌损现象封堵护筒30与孔壁间隙，浇筑速度控制结合混凝土初凝时间、埋管深度、混凝土压头高度综合控制，确保混凝土压力不要过大，同时能有效封闭护筒30与孔壁间隙，且不会造成埋管现象。

本发明所述的岩溶地区桩基防护装置的施工方法，其护筒30在深度方向穿过溶洞10区，可作为护壁，有效防止桩基施工过程中，溶洞10区塌孔现象和混凝土灌注时砼流失现象的发生，保证桩基通过溶洞10区时施工的顺利进行。同时，所述护筒30并非一直下到桩孔60底部，其通过连接在钢筋笼20上进行固定，护筒30仅需要在长度上能够穿过溶洞10区即可，因此，可有效地减少护筒30的钢材用量，减少施工成本，同时减小护筒30的重量，便于施工。

需要说明的是，本文所提及的数字如1m～2m、40cm～50cm等等均用以举例说明本实施例，并不能作为本实施例的限制。事实上，本发明可根据实际溶洞10位置和深度来设定子护筒的长度、子护筒的节数、钢筋笼20的长度等，以及根据实际支撑及固定强度需要设定支撑组件50的层数、每层支撑组件50支撑筋41的数量、固定组件的层数、固定环41的数量等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。