用于岩溶发育场地的变截面桩及其施工方法与流程

本技术涉及岩溶发育场地施工，特别是一种用于岩溶发育场地的变截面桩及其施工方法。

背景技术：

1、岩溶是指可溶性岩层，如碳酸盐类岩层受水的化学、物理作用产生沟槽、裂隙和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用的总称。受有溶解能力(含co2)的地下水流动侵蚀影响较大，侵蚀的具体范围及程度受岩石矿物成分，构造引起的破碎程度影响较大，因此无法预测溶洞的分布，在以灰岩为持力层的桩基础工程中，需要实施超前钻探查明溶洞分布，用以指导桩基施工。

2、一般的岩溶发育场地桩基础穿越溶洞，并保证桩端以下5～6m范围内无溶洞分布，因此桩基入岩长度一般较大，碳酸盐类岩层一般硬度较大，施工成孔难度大；岩溶发育场地通常由于溶洞的分布无法预测，可能存在连通的通道，易导致桩身混凝土浇筑超灌甚至无法成桩，施工成本不易把控；另外溶洞的存在，易引起混凝土流动性增加，易造成桩身质量变差，甚至断桩。

3、通常采用以下方法穿越溶洞段：

4、①低标号混凝土复打法：先整桩成孔，采用先浇低标号混凝土填满溶洞，再整桩复打，重新浇筑；该方法混凝土消耗量较大，且复打混凝土施工难度大，钻头磨损严重。

5、②灌砂法：先整桩成孔，采用砂石填满溶洞，再整桩复打，重新浇筑；无法完全避免混凝土流动导致的桩身质量问题。

6、③钢护筒：定制钢护筒，安放到溶洞段，通过阻断混凝土向溶洞的流动，完成整桩浇筑。例如cn201711315383.1中公开的复杂岩溶场地防塌冲击成孔施工方法，通过利用钢护筒护壁，并采用小冲程低打紧击的方式冲击成孔且利用泥浆护壁成孔，实现在地质复杂的岩溶场地施工，同时保证冲桩机械和操作人员的安全以及桩基的成桩质量，另外当冲孔桩浇筑完成后，钢护筒可以拔出实现了重复利用。该施工工序繁琐，依然无法完全避免混凝土流动导致的桩身质量问题。

7、上述常规方法施工工序繁琐，成孔施工难度较大，浇筑混凝土量较大，极易造成施工工期延误，基础工程成本增加，同时因溶洞的存在，极易引起混凝土流动，造成桩身质量不满足要求甚至断桩，给桩基工程带来较大质量及安全隐患。

8、cn201811499159.7中公开了一种溶洞隔离装置及应用该装置的溶洞隔离方法，该方法通过在隔离管体的两端分别设置上封闭气囊和下封闭气囊，再钻孔内充气后实现对溶岩段的有效隔绝。由于岩溶分布的随机性，溶洞无法完全查清，该方法在后期浇筑中存在混凝土流动引起桩身质量问题。

9、又如cn202311133487.6中公开的岩溶区超大超深溶洞桩基后退式间歇控制预注浆施工方法，该方法采用变径结构和环状气囊，通过逐个探边孔往溶洞内进行后退间歇式注浆施工，以在溶洞内的灌注桩成孔处形成支撑溶洞的固结体，后续钻机钻入溶洞后可继续在固结体上成孔，一方面固结体可限制钻机的护壁泥浆泄漏；便于灌注桩的成孔施工；同时可通过固结体实现溶洞内灌注桩位置支撑；减少灌注桩的成孔施工溶洞发生塌孔的情况，且本技术注浆时无需对溶洞进行完全填充，有利于减少溶洞的注浆成本。实际实施过程中，同样由于岩溶分布的随机性，溶洞无法完全查清，该方法在后期浇筑中存在混凝土流动引起桩身质量问题。

10、公开于背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本技术针对上述技术问题提供了一种用于岩溶发育场地的变截面桩及其施工方法，该方法和结构，施工工序相对简便，质量可靠，并能有效节约材料成本，可有效避免采用常规灌注桩工艺出现的遇溶洞混凝土超灌多，桩身混凝土质量差，断桩等难题。

2、本技术提供了一种用于岩溶发育场地的变截面桩，包括：上段灌注桩与下段预制桩；上段灌注桩与下段预制桩设置于钻孔内；钻孔包括：设置于岩层内的预制段、设置于土层内的灌注段；上段灌注桩浇筑设置于灌注段内；下段预制桩容纳设置于预制段内；灌注段的孔径大于预制段的孔径；下段预制桩伸入灌注段内并与上段灌注桩连接；

3、下段预制桩穿过溶洞段，下段预制桩与预制段的间隙内设置气囊，气囊间隔设置于溶洞段的上、下方并与预制段钻孔密封设置；

4、气囊外的下段预制桩与钻孔之间注浆。

5、优选地，上段灌注桩的桩径比下段预制桩桩径大0.2～1.6m；

6、优选地，下段预制桩伸出溶洞段的长度为0.5～1m；

7、优选地，气囊与溶洞段间距为小于等于0.5m。

8、优选地，包括：多根充气管；充气管的一端伸出地面设置，另一端与气囊相连通。

9、优选地，包括：多个预留进气孔道；预留进气孔道设置于下段预制桩内；预留进气孔道的一端与气囊相连通，预留进气孔道的另一端与充气管一端相连通。

10、优选地，包括：注浆管；注浆管的一端伸出地面设置，另一端与下段预制桩底面与钻孔孔底间隙相连通。

11、优选地，包括：预留注浆孔道；预留注浆孔道设置于下段预制桩侧壁上；预留注浆孔道的一端与注浆管相连通，另一端与下段预制桩底面与钻孔间隙相连通；预留注浆孔道的出口端设置于气囊外区域。

12、优选地，包括：止回阀、排气管；排气管、止回阀成对设置于下段预制桩两侧，并分别设置于气囊下方；止回阀设置于排气管上；排气管贯通下段预制桩侧壁设置并连通下段预制桩外部间隙及其内部空腔。

13、优选地，上段灌注桩包括：灌注桩段钢筋笼；灌注桩段钢筋笼容纳设置于灌注段内；混凝土灌注于灌注段内并包裹灌注桩段钢筋笼设置；

14、优选地，灌注桩段钢筋笼与下段预制桩通过连接件相连接。

15、本技术的另一方面还提供了一种如上述用于岩溶发育场地的变截面桩的施工方法，包括以下步骤：

16、1)在桩位实施超前钻开设钻孔，通过超前钻采集桩位内土样情况，查明桩位内岩层内、土层的分布厚度以及岩溶段分布位置；

17、2)根据探测所得岩土层厚，计算确定下段预制桩长，下段预制桩的长度要满足能贯穿溶洞段并伸出0.5～1m；

18、3)根据溶洞段的分布情况，确定气囊在下段预制桩的设置位置，气囊与溶洞段的间距小于等于0.5m分设于溶洞段上方和下方，下段预制桩上设置预留注浆孔道、预留进气孔道、排气孔道、排气管、止回阀；

19、4)在钻孔内吊装安放下段预制桩，安装于灌注段内的注浆管的一端与预留注浆孔道相连通，安装于灌注段内的充气管的一端与预留进气孔道相连通，下段预制桩的顶部伸入灌注段内设置连接件；

20、5)气囊充气至封闭溶洞段上、下区域后，通过注浆管向下段预制桩与钻孔间隙加压灌注浆料至完成注浆后，吊装灌注桩段钢筋笼固液进行上段灌注桩的混凝土灌注后得到上段灌注桩。

21、优选地，另一端斜向上段灌注桩侧壁延伸设置；

22、优选地，下段预制桩为预制空心桩；预制空心桩内部设置空腔，空腔截面为圆型或方型。

23、本技术能产生的有益效果包括：

24、1)本技术所提供的用于岩溶发育场地的变截面桩及其施工方法，该结构通过在岩层段内设置下段预制桩，下段预制桩穿过溶洞段设置并在溶洞段上、下方分别设置气囊实现对溶洞段的有效封闭防止灌浆从溶洞段渗出，同时利用上段灌注桩直径大于下段预制桩直径，获得可靠受力的同时，保证预制桩在下段预制桩内的正常使用。

25、2)本技术所提供的用于岩溶发育场地的变截面桩，采用预制桩基截面面积较小并配合该结构实现在减少材料孔径，节约资源的同时获得可靠的受力。该结构的岩层段桩孔孔径较小，机械扭矩要求低，施工难度减小，有利于缩短工期。该结构的岩层段采用预制桩，避免灌注桩的成桩质量及断桩问题。

26、3)本技术所提供的用于岩溶发育场地的变截面桩，岩层段溶洞段采用隔离气囊及后注浆，有效避免了超灌浇筑问题，避免了岩溶处理难题，加强了桩体与岩层的粘结，充分利用岩层的侧摩阻力，同时节约了混凝土材料损耗。该方法施工过程中土层段采用大直径灌注桩，充分利用了土层的侧摩阻力。