桩基础组成及溶洞处理方案讲义

桩基及溶洞处理方案目录：一、桩基桩基础组成及分类二、混疑土灌注桩施工三、溶洞处理方案四、小结中交二航局武汉市三环线北段C标项目经理部桩基及溶洞处理方案学习要求：熟悉桩基础组成及分类；掌握水下砼灌注的施工方法与要点。熟悉常见质量事故的预防和处理，安全施工措施；了解灌注桩质量检验标准。熟悉溶洞处理方案中交二航局武汉市三环线北段C标项目经理部桩基础是深基础应用最多的一种基础形式，它由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或盖梁组成。桩的作用是将上部建筑物的荷载传递到深处承载力较强的土（岩）层上，或将软弱土层挤密实以提高地基土的承载能力和密实度。

一、熟悉桩基础组成及分类⑴桩按受力情况分为端承桩和摩擦桩两种(图2.1)①端承桩是穿过软弱土层而达到坚硬土层或岩层上的桩，结构荷载主要由岩层阻力承受；施工时以控制嵌岩深度为主，对沉渣厚度的要求严格。——桥梁工程中的端承桩多数要求嵌岩。②摩擦桩完全设置在软弱土层中，依靠桩端阻力和桩身侧面与地基土之间的摩擦阻力共同承受荷载，施工时以控制桩端设计标高（长度）为主。

——对于桩端为硬土层者，又有摩擦端承桩，端承摩擦桩。——桥梁工程中的摩擦桩，通常不计挤密作用。⑵

桩按施工方法分为预制桩和灌注桩①预制桩根据沉入土中的方法，可分打入桩、水冲沉桩、振动沉桩和静力压桩等；灌注桩是在桩位处成孔，然后放入钢筋骨架，再浇筑混凝土而成的桩。灌注桩按成孔方法不同，有钻（冲）孔灌注桩、挖孔灌注桩、套管成孔灌注桩及爆扩成孔灌注桩等。

二、混疑土灌注桩施工灌注桩：直接在桩位上用机械成孔或人工挖孔，在孔内安放钢筋、灌注混凝土而成型的桩。与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，节约钢材、振动小、噪声小等特点。灌注桩按成孔方法分为干作业钻孔灌注桩、泥浆护壁成孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩等。

2.1干作业钻孔灌注桩

1、干作业钻孔灌注桩施工过程如图2.11所示。2、干作业成孔一般采用螺旋钻机钻孔。螺旋钻头外径分别为Φ400mm、Φ500mm、Φ600mm，钻孔深度相应为12m、10m、8m。适用于成孔深度内没有地下水的一般粘土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土。3、钻机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。4、钻孔至规定要求深度后，进行孔底清土。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。方法是钻机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。5、钢筋骨架的主筋、箍筋、直径、根数、间距及主筋保护层均应符合设计规定，绑扎牢固，防止变形。用导向钢筋送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度50～60cm。2.2泥浆护护壁成成孔灌灌注桩桩泥浆护护壁成成孔是利用用泥浆浆保护护稳定定孔壁壁的机机械钻钻孔方方法。。它通通过循循环泥泥浆将将切削削碎的的泥石石渣屑屑悬浮浮后排排出孔孔外，，适用用于有有地下下水和和无地地下水水的土土层。。成孔机机械有潜水水钻机机、冲冲击钻钻机、、冲抓抓锥等等。泥浆护护壁成成孔灌灌注桩桩的施工工工艺流流程：测定桩桩位、、埋设设护筒筒、桩桩机就就位、、制备备泥浆浆、机机械(潜水水钻机机、冲冲击钻钻机等等)成成孔、、泥浆浆循环环出渣渣、清清孔、、安放放钢筋筋骨架架、浇浇筑水水下混混凝土。。2.2.1埋设护护筒和和制备备泥浆浆钻孔前前，在在现场场放线线定位位，按按桩位位挖去去桩孔孔表层层土，，并埋埋设护护筒。。护筒筒上部部设1～2个溢溢浆孔孔，是是用厚厚4～～8mm钢板制制成的的圆筒筒，其其内径径应大大于钻钻头直直径200mm。。护筒的的作用用是固定定桩孔孔位置置，保保护孔孔口，，防止止地面面水流流入，，增加加孔内内水压压力，，防止止塌孔孔，成成孔时时引导导钻头头的方向向。◎护筒筒顶高高出施施工水水位1.5m，并高高出地地面0.3m，◎保证证护筒筒内泥泥浆顶顶标高高始终终高于于外部部水位位至少少1m。在钻孔孔过程程中，，向孔孔中注注入相相对密密度为为1.1～～1.4的泥浆浆。一般1.2～1.3；易坍坍地层层可提提高到到1.4左右。。◎泥浆的的作用用：稳定水水压使桩孔孔内孔孔壁土土层中中的孔孔隙渗渗填密密实，，避免免孔内内漏水水，保保持护护筒内内水压压稳定定；护壁泥浆相相对密密度大大，加加大了了孔内内的水水压力力，可可以稳稳固孔孔壁，，防止止塌孔孔；浮（携携）渣渣通过循循环泥泥浆可可将切切削的的泥石石渣悬悬浮后后排出出，起起到携携砂、、排土土的作作用。2.2.2成孔(1)回回旋（（潜水））钻机机成孔孔①回旋钻钻机成成孔示示意图图如图2.12所示。。②回旋旋钻机是是一种种旋转转式钻钻孔机机，其其防水水电机机变速速机构构和钻钻头密密封在在一起起，由由桩架架及钻钻杆定定位后后可潜潜入水水、泥泥浆中中钻孔孔。注注入泥泥浆后后通过过正循循环或或反循循环排排渣法法将孔孔内切切削土土粒、、石渣渣排至孔外外。回旋钻机成成孔排排渣有有正循环环排渣渣和反循环环（泵举举）排渣两种方方式，，如图2.13所示。。正循环环排渣渣法:在钻孔孔过程程中，，旋转转的钻钻头将将碎泥泥渣切切削成成浆状状后，，利用用泥浆浆泵压压送高高压泥泥浆，，经钻钻机中中心管管、分分叉管管送入入到钻钻头底底部强强力喷喷出，，与切切削成成浆状状的碎碎泥渣渣混合合，携携带泥泥土沿沿孔壁壁向上上运动，从从护筒筒的溢溢流孔孔排出出。反循环环排渣渣法:砂石泵泵随主主机一一起潜潜入孔孔内，，直接接将切切削碎碎泥渣渣随泥泥浆抽抽排出出孔外外。(2)冲击钻钻成孔孔①冲击钻钻机通过机机架、、卷扬扬机把把带刃刃的重重钻头头(冲冲击锤锤)提提高到到一定定高度度，靠靠自由由下落落的冲冲击力力切削破破碎岩岩层或或冲击击土层层成孔孔(图2.14)。②冲击钻钻头形式有有十字形形、工字形、人字形形等，一一般常常用十十字形形冲击击钻头头(图2.15)。③冲孔前前应埋埋设钢钢护筒筒，并并准备备好护护壁材材料。。冲击钻钻机就就位后后，校校正冲冲锤中中心对对准护护筒中中心，，在冲冲程0.4～0.8m范围内内应低低提密密冲，，并及及时加加入石石块与与泥浆浆护壁壁，直直至护护筒下下沉3～4m以后，，冲程程可以以提高高到1.5～2.0m，转入正正常冲冲击，，随时时测定定并控控制泥泥浆相相对密密度。。施工中中，应应经常常检查查钢丝丝绳损损坏情情况，，卡机机松紧紧程度和和转向向装置置是否否灵活活，以以免掉掉钻。。(3)冲抓锥锥成孔孔①冲抓锥锥(图2.16)锥头头上有有一重重铁块块和活活动抓抓片，，通过过机架架和卷卷扬机机将冲冲抓锥锥提升升到一一定高高度，，下落落时松松开卷卷筒刹刹车，，抓片片张开开，锥锥头便便自由由下落落冲入入土中中，然然后开开动卷卷扬机机提升升锥头头，这这时抓抓片闭闭合抓抓土。。冲抓抓锥整整体提提升至至地面面上卸卸去土土渣，，依次次循环环成孔孔。②冲抓锥锥成孔孔施工工过程、、护筒筒安装装要求求、泥泥浆护护壁循循环等等与冲冲击成成孔施施工相相同。。③适用于于松软软土层(砂土土、粘土)中冲孔，，但遇到坚坚硬土层时时宜换用冲冲击钻施工工。2.2.3清孔验孔是用探测器器检查桩位位、直径、、深度和孔孔道情况；；清孔即清除孔底底沉渣、淤淤泥浮土，以以减少桩基基的沉降量量，提高承承载能力。。泥浆护壁成成孔清孔时，对于土土质较好不不易坍塌的的桩孔，可可用空气吸吸泥机清孔孔，气压为为0.5MPa，使管内形成成强大高压压气流向上上涌，同时时不断地补足足清水，被被搅动的泥泥渣随气流流上涌从喷喷口排出，，直至喷出出清水为止止。对于稳定性性较差的孔孔壁应采用泥浆浆循环法清清孔或抽筒筒排渣，清清孔后的泥泥浆相对密密度应控制制在1.15～1.25。含砂率<=4%(大直径桩2%)检孔器钻孔偏斜纠纠正清孔作业钻孔达到要要求深度后后，采用泥泥浆泵及时时进行清孔孔，避免延延时过长，，泥浆钻渣渣沉淀而造造成清孔困困难或坍孔孔。钻孔达设计计深度终孔孔后，将输输浆管下到到孔底50～80cm，换用比重重1.05～1.25的新鲜泥浆浆进行清孔孔，直到钢钢筋与导管管下入孔内内，重新测测孔底沉渣渣厚度。直直到沉渣厚厚度满足要要求后，方方可进行下下道工序施施工。注意保持孔孔内水头，，防止坍孔孔；清孔后，检检查孔口、、孔中和孔孔底提取的的泥浆比重重的平均值值，应符合合质量标准准要求。采取一切措措施缩短清清孔后至灌灌注水下砼砼的时间。。不得用加深深孔深来代代替清孔。。2.2.4浇筑水下混混疑土泥浆护壁成成孔灌注混混凝土的浇浇筑是在水水中或泥浆浆中进行的的，故称为为浇筑水下混混凝土。水下混凝土宜比设设计强度提提高一个强强度等级，，必须具备备良好的和和易性，配配合比应通通过试验确确定。水下混凝土土浇筑常用用导管法(图2.17)。浇筑时，先先将导管内内及漏斗灌灌满混凝土土，其量保保证导管下下端一次埋埋入混凝土土面以下1.0m以上，然后剪断（或迅迅速拔出））悬吊隔水栓栓的钢丝，，混凝土拌拌和物在自自重作用下下迅速排出出球塞进入入水中。水下砼灌注注过程示意意图导管埋深应应保持在2～6m之间——过小易发生生导管进水水，过大易易导致“埋管”。导管口初始始位置，首首盘砼用量量1、导管口到到孔底的距距离不宜太太大或太小小，一般20～40cm.太大——不利于将沉沉渣带起，，底部砼质质量难以保保证；太小——容易堵管。。2、为防止导导管进水，，首盘3、砼应使导导管埋深不不少于1m。◎在浇注前前，探测孔底泥浆沉沉淀厚度，，如大于设设计厚度，，再次清孔孔，直到满满足要求为为止。◎砼由拌合合站负责生生产，用斗斗车运至现现场，检查查和易性、、坍落度等等指标。如如不符合要要求，应进进行二次拌拌合，二次次拌合仍达达不到要求求，不得使使用,然后重新按按配合比进进行称量下下料，直到到满足要求求。◎浇注首批批砼时应注注意：a.导管下口至至孔底的距距离一般为为20～40cm。b.第一批砼储储备量应确确保导管一一次埋入混混凝土面≥≥1.0m;○○所需混混数量按公公式计算：：V≥∏D²²/4·(H1+H2)+(Πd²/4)h1V—灌注首批砼砼所需数量量（m³）；D—桩孔直径（（m）；H1—桩孔底至导导管底端间间距，一般般为0.2～0.4m；H2—导管初次埋埋置深度（（m）；d—导管内径（（m）；h1—桩孔内砼达达到埋置深深度H2时，导管内内砼柱平衡衡导管外（（或泥浆））压力所需需的高度（（m），即h1=rwHw/rc；◎由专人人测量导导管埋深深及管内内外砼面面的高差差，填写写砼浇注注记录◎封底砼砼灌入后后，应仔仔细检查封底情况况，确认认封底成成功后，，进行正正常浇注注。◎浇注开开始时，，要连续续有节奏奏地进行行，尽可可能缩短短拆除导导管的时时间；当导管内内砼不满满时，徐徐徐地浇浇注，防防止在导导管内造造成高压压气囊，，压漏导导管。◎当井孔孔砼面接接近钢筋筋架时，，使导管管保持稍稍大的埋埋深，并并放慢浇浇注速度度；当井井孔砼面面进入钢钢筋骨架架一定深深度后，，适当提提升导管管，使钢钢筋骨架架在砼中中有一定定的埋深深，稳定定钢筋并并注意控控制钢筋筋笼中心心位置。。◎为确保保桩顶质质量，砼砼浇筑比比桩顶设设计标高高高0.5（0.6）～1.0m。◎在浇注注将近结结束时，，导管内内砼柱高高度相对对减少，，导管内内砼压力力降低，，而导管管外井孔孔的泥浆浆稠度增增加、比比重增大大。若出出现砼顶顶升困难难，可在在孔内加加水稀释释泥浆，，并掏出出部分沉沉淀土，，使浇注注工作顺顺利进行行。沉渣厚度度、砼灌灌注高度度确定灌注事故故处理～～二次剪剪球法如发现导导管漏水水，且事事故发生生的位置置能够确确定时，，可用此此法补救救。对工艺、、经验的的要求较较高导管水密密承压及及接头抗抗拉试验验导管水密密承压及及接头抗抗拉试验验,管内水压压不小于于孔内水水深1.3倍的压力力,也不应小小于导管管壁和焊焊缝所能能承受灌灌注砼时时最大内内压力的的1.3P。◎P按以下公公式计算算:P=rchc-rwHwp—导管可能能承受的的最大内内压力(Kpa)；rc—砼拌和物物的比重重（取24KN/m³³）；hc—导管内砼砼桩最大大高度（（m），以导导管全长长或预计计的最大大高度计计；rw—井孔内水水或泥浆浆的容重重（KN/m³）；Hw—井孔内水水或泥浆浆的深度度（m）。2.5灌注桩施施工质量量要求及及完全技技术灌注桩施施工质量量检查包包括成孔及清清孔、钢筋骨架架制作及及安放、混凝土搅搅拌及灌灌注等三个施施工过程的质质量检查查。施工前应应对水泥泥、砂、、石子、、钢材等等原材料料进行检检查，对对施工组组织设计计中制定定的施工工顺序、、监测手段段也应进进行检查查。2.5.1成孔质量量检查及及要求(1)桩的桩位位偏差必必须符合合表2.6的规定，，桩顶标标高至少少要比设设计标高高高出0.5m。(2)灌注桩成成孔深度度的控制制要求泥浆护壁壁成孔、、干作业业成孔，，应达到到设计规规定的深深度。灌注桩的沉渣渣厚度：当以以摩擦力为主主时，不得大大于150mm；当以端承力为为主时不得大大于50mm。表6灌注桩的平面面位置和垂直直度的允许偏偏差序号成孔方法

桩径允许偏差(mm)垂直度允许偏差(%)桩位允许偏差(mm)1～3根、单排桩基垂直中心线方向和群桩基础的边桩

条形桩基沿中心线方向和群桩基础的中间桩

1泥浆护壁灌注桩

D≤1000mm±50<1D/6，且不大于100D/4，且不大于150D>1000mm±50100+0.01H150+0.01H2套管成孔灌注桩

D≤500mm-20<170150D>500mm1001503干作业成孔灌注桩

-20<1701504人工挖孔桩

混凝土护壁

+50<0.550150钢套管护壁

+50<11002002.5.2钢筋笼制作及及安放要求钢筋笼制作时时，要求主筋筋沿环向均匀匀布置，箍筋筋的直径及间间距、主筋的的保护层、加加劲箍的间距距等均应符合合设计要求。。主筋与箍筋筋之间宜采用用焊接连接。。加劲箍应设设在主筋外侧侧，主筋一般般不设弯钩，，根据施工工工艺要求，所所设弯钩不得得向内圈伸露露，以免妨碍碍施工。钢筋笼主筋的的保护层允许许偏差：水下下灌注混凝土土桩为±20mm；非水下灌注混混凝土桩为±±10mm。钢筋笼制作、、运输、安装装过程中，应应采取措施防防止变形，并并应有保护层层垫块(或垫垫管、垫板)。吊放入孔时时，应避免碰碰撞孔壁。灌灌注混凝土时时，应采取措措施固定钢筋筋笼的位置。。2.5.3混凝土搅拌与与灌注(1)混凝土搅拌主主要检查材料料质量与配比比计量、混凝凝土坍落度；；灌注混凝土土应检查防止止混凝土离析析的措施、浇浇筑厚度及振振捣密实情况况。(2)灌注桩桩各工序应连连续施工。钢钢筋笼放入泥泥浆后，4h内必须灌注混混凝土。(3)灌注后，桩顶顶应高出设计计标高0.50m。灌注桩的实际际浇筑混凝土土量不得小于于计算体积。。(4)浇筑混凝土时时，同一配比比的试块，每每班不得少于于1组；泥浆浆护壁成孔的的灌注桩，每每根不得少于于1组。(5)混凝土灌注桩桩的质量检验验标准应符合合表2.7、表2.8的规定。表7混凝土灌注桩桩钢筋笼质量量检验标准项序检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法主控项目1主筋间距±10用钢尺量2长度±100用钢尺量一般项目1钢筋材质检验设计要求抽样送检2箍筋间距±20用钢尺量3直径±20用钢尺量表2.8混凝土灌注桩桩质量检验标标准项序检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法单位数值主控项目1桩位见表2.6基坑开挖前量护筒、开挖后量桩中心2孔深Mm+300只深不浅，用重锤测，或测钻杆、套管长度，嵌岩桩应确保进入设计要求的嵌岩深度3桩体质量检验按基桩检测技术规范。按基桩检测技术规范4混凝土强度设计要求试件报告或钻芯取样送检5承载力按基桩检测技术规范按基桩检测技术规范一般项目1垂直度见表2.6测套管或钻杆，或用超声波探测，干施工时吊垂球2桩径见表2.6井径仪或超声波检测，干施工时用钢尺量，人工挖孔桩不包括内衬厚度项序检查项目允许偏差或允许值(mm)检查方法单位数值一般项目3泥浆面标高(高于地下水位)M0.5~1.0目测4沉渣厚度：端承桩摩擦桩mmmm≤50≤150用沉渣仪或重锤测量5混凝土坍落度：水下灌注干施工mmmm160~22070~100坍落度仪6钢筋笼安装深度mm±100用钢尺量7混凝土充盈系数>1检查每根桩的实际灌注量8桩顶标高mm+30-50水准仪，需扣除桩顶浮浆层及劣质桩体2.5.4施工验收资料料桩基施工验收收应包括下列列资料：(1)工程程地质勘察报报告、桩基施施工图、图纸纸会审纪要、、设计变更单单及材料代用用通知单等。。(2)经审审定的施工组组织设计、施施工方案及执执行中的变更更情况。(3)桩位位测量放线图图，包括工程程桩位线复核核签证单。(4)桩孔孔、钢筋、混混凝土工程施施工隐蔽记录录及各分项工工程质量检查查验收单及施施工记录。(5)成桩桩质量检查报报告。(6)单桩桩承载力检测测报告。(7)基坑挖至设计计标高的桩位位竣工平面图图及桩顶标高高图。2.5.5桩基础工程安安全技术(1)桩基基础工程施工工区域，应实实行封闭式管管理，进入现现场的各类施施工人员，必必须接受安全全教育，严格格按操作规程程施工，服从从指挥，坚守守岗位，集中中精力操作。。(2)按不不同类型桩的的施工特点，，针对不安全全因素，制定定可靠的安全全措施，严格格实施。(3)对施施工危险区域域和机具(冲冲击、锤击桩桩机，人工挖挖掘成孔的周周围，桩架下下)，要加强强巡视检查，，对于有险情情或异常情况况时，应立即即停止施工并并及时报告，，待有关人员员查明原因，，排除险情或或加固处理后后，方能继续续施工。(4)打桩桩过程中可能能引起停机面面土体挤压隆隆起或沉陷，，打桩机械及及桩架应随时时调整，保持持稳定，防止止意外事故发发生。(5)加强机械设备备的维护管理理，机电设备备应有防漏电电装置。岩溶地区钻孔孔灌注桩施工工的关键是如如何保证成孔孔过程中不漏漏浆，或虽漏漏浆但不发生生坍孔，保证证桩孔顺利成成孔、成桩并并满足承载力力要求。施工工中应对照设设计提供的地地质钻孔柱状状图来判识岩岩溶地层情况况，做到心中中有数，提前前预防。因此此根据溶蚀发发育状况、空空洞大小、溶溶洞填充物情情况，桩基施施工采用常规规的泥浆护壁壁方式，向孔孔内抛填片石石，回填贫混混凝土，压力力注浆以及采采用钢护筒跟跟进等不同的的施工工艺。。三、溶洞处理理方案片石回填采取正常成孔孔方法施工，，当钻穿溶洞洞漏浆时，反反复投入黄土土和片石，利利用钻头冲击击将黄土和片片石挤入溶洞洞和岩溶裂隙隙中，还可掺掺入水泥、烧烧碱和锯末，，以增大孔壁壁的自稳能力力。1、掺加比例为为有效利利用片石，片片石与粘土的的比例为3：7，掺加比例为为每米2包，掺加锯末末时，掺加比比例为粘土的的10%。2、掺加方法片片石采用用强度≥30Mpa的花岗岩或石石灰岩，石块块粒径以15—50cm为宜。掺加粘土时采采用水泥袋包包装后投放效效果更佳。水泥投放方法法以整袋投放放为佳。掺加方法为：：片石、粘土土袋和水泥或或锯末（如果果掺加）分层层间隔掺加，，回填高度为为溶洞顶板以以上1m处。3、施工注意事事项密切切注意观察钻钻机工作情况况、周围地表表沉降和护筒筒内水位变化化，防止不正正常情况发生生，发生漏浆浆现象，立即即处理。根据地质柱状状图，在接近近溶洞时勤观观察、勤检查查，凭手握冲冲击主绳的手手感，钻头冲冲击岩层的响响声，抽取的的岩样来判断断是否接近岩岩溶地层。接近岩溶时主主绳松绳量应应为1—2cm，防止击穿岩岩壳时卡钻。。钻穿岩溶地层层上壳时一旦旦漏浆，要及及时投放粘土土块、片石并并补水，以保保持孔内水位位高度。贫混凝土回填填采取正常成孔孔方法施工，，当钻穿溶洞洞漏浆时或遇遇到倾斜岩面面时填入低标标号混凝土，，间隔一定时时间后采用冲冲击钻冲击成成孔。1、混凝土标号号及配合比混混凝土标标号通常采用用C20贫混凝土，为为尽快提高混混凝土强度，，节约施工时时间，应在混混凝土中掺加加一定的早强强剂，提高贫贫混凝土的早早期强度。2、掺加方法对对于倾斜斜岩面，为校校正孔位，回回填贫混凝土土应与倾斜岩岩面顶面平齐齐，对于溶洞洞处，回填顶顶面高于溶洞洞顶板50cm