本发明涉及深厚淤泥等不利条件下桩基施工关键技术研究，尤其涉及一种深层淤泥地质长桩基施工工法和装置。
背景技术：
中开高速公路tj-7标全长10.104km，桥梁工程占比约为80%，全部为钻孔灌注桩基础。本标段特殊地质主要集中在新会区三江镇三江互通范围，特殊岩土主要为填土、软土、花岗岩残积土等。填土层结构松散，以新近人工回填为主，主要填充物为夹有砖块、碎石、瓦片等建筑垃圾及部分生活垃圾，土质土性不均匀，压缩性差异较大。堆积时间短，构成成份杂，且大多数未经压密处理，压缩性高。软土为流塑状态的淤泥，该软士埋藏浅，厚度较大，承载力低，具易触变性、高压缩性和易剪切滑动等不良工程地员特征。花岗岩残积士是特定气候、地理、地质环境的产物，具有特殊的成分和结构特征，其工程地质性质与一般土不尽相同，属于区域性特殊土。遇水易软化、崩解。
厚淤泥对桩基等方面的施工的不利作用研究如下，包括：
（1）钻进过程中塌孔严重的问题
软土具有低强度，高压缩性，高孔隙比，地基稳定性差，易扰动和易触变的更特点。在桩基施工钻孔过程中，由于地层中存在软弱土层不稳定等因素，易造成塌孔等现象。
在钻孔灌注桩的施工过程中，为了防止塌孔，稳定孔内水位及便于挟带钻渣，必须用泥浆进行护壁，泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力，以确保孔壁的稳定。如果钻孔中的泥浆比重过小，泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用，以及清孔时间过长，泥浆指标发生变化，从而导致泥浆护壁破裂，都容易造成塌孔现象。
（2）成孔后的缩径问题
三江互通区域的主要地质层大都是不浅的淤泥加上粉质类型的黏土加粉砂，再加上中砂。其中，淤泥层强度低，压缩性高，孔隙比高，地基稳定性差，流动性强，如果受到外界的负载就会非常的容易产生颈缩现象。
此外，在钻孔过程中，未能控制好钻杆垂直度，钻进过快，不注意泥浆质量，致使泥浆性能差，也会导致缩颈现象。
（3）长桩基底部内压力对桩基施工的影响
在深层淤泥地质下，长桩基终孔后底部内压力容易过大，压力过大会影响桩基混凝土灌注质量，有可能会导致堵管，影响灌注速度，进而导致封底混凝土凝结过快，造成断桩等现象。
（4）其他问题
三江互通场地地表水主要为池塘明水，对桩基施工基本无影响，受养殖影响，对混凝土具有强腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋具有弱腐蚀性。将选定的54根桩基分为6组，每一组9根，通过对其混凝土配合比及钢筋保护层进行研究，研究对桩基的腐蚀性。
软土具有低强度，高压缩性，高孔隙比，易扰动和易触变的更特点，工程性能差。在桩基施工钻孔过程中，由于地层中存在软弱土层不稳定等因素，容易出现塌孔等现象，混凝土浇筑过程中由于泵送压力、混凝土自身重量下落引起的加速度等原因，导致在淤泥层混凝土部分被挤入淤泥内，使得混凝土充盈系数较大，混凝土超方严重。
目前，钻孔工程中常用在钻孔孔口放入护筒以防止孔口塌陷或用泥浆护壁的方法来防止塌孔现象的发生，护筒由钢板弯曲成圆柱状做成的，笨重且不好操作，成本较高；若采用泥浆护壁方法，对泥浆的成分比例，浓度等要求很高，泥浆不易配制，而且若注浆置换时泥浆难以清理干净，容易使混凝土中混入泥浆，不利于混凝土的凝固且会在一定程度上降低混凝土的强度；另外泥浆护壁的方法具有较大的局限性，若钻孔孔壁吸水能力强，则上述方法不再适用。
在先专利公开了一种电磁防塌孔装置及方法，包括设置于钻孔内的至少一节防塌孔标准节；防塌孔标准节包括柔性钢丝网筒体，柔性钢丝网筒体的内壁沿圆周方向均匀布设有多根支撑中空龙骨，各支撑中空龙骨内设置有电磁铁，电磁铁的两端各设置有连接插头和与连接插头相配合的连接插座。该专利技术提供的电磁防塌孔装置及方法，可以解决护筒或泥浆护壁带来的笨重、成本高、效果差、局限性大的问题，利用电磁铁之间的排斥作用，使柔性钢丝网筒体支撑钻孔并压实孔壁，有效防止灌注桩钻孔和锚杆钻孔等钻孔塌孔现象的发生。
但是：上述专利技术中，一方面在装置向钻孔中装入过程，受中空龙骨和柔性钢丝网筒体之间被松散压缩且无约束的情况限制，会与钻孔的孔壁产生碰触而出现卡滞，将导致整个装置的下放过程难以进行，影响桩基施工效率。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种施工效率高的深层淤泥地质长桩基施工工法，其技术方案如下：
深层淤泥地质长桩基施工工法，包括：
s100，钻孔；
s200，孔底固化
提钻1.5m-2m，并从长螺旋钻机的钻杆向钻孔的孔底泵入夹杂导磁铁屑或导磁铁块的固化剂，通过控制注浆时间使得提钻空间注满固化剂，然后钻进2m-2.5m，并将钻头维持在钻进深度持续旋转12min-25min；
s300，提钻；
s400，埋设护筒
向钻孔中下放护筒，所述护筒包括套筒形的筒体，筒体下端口扣盖有通过在周边均布的至少两个剪力钉连接的端盖，筒体内预装有收缩在一起的防塌孔装置，防塌孔装置包括钢丝网筒及其周边均布的至少三根中空龙骨，中空龙骨和/或钢丝网筒上设有用于将收缩在一起的钢丝网筒撑开的撑开结构，至少一根中空龙骨中安装有一磁极朝下的电磁形式的磁吸部件；
s500，释放防塌孔装置
向磁吸部件通电，并在防塌孔装置上方施压的情况下，向上拔出护筒的筒体，使得剪力钉被剪断，防塌孔装置周围的约束得以解除，之后在撑开结构的作用下，使得钢丝网筒撑开并抵靠在钻孔的孔壁上；
s600，清孔；
s700，灌注混凝土。
进一步地，所述撑开结构包括连接在钢丝网筒的筒壁上的弹性的中空圈，中空圈的内腔与至少一根中空龙骨内设置的气路相通；在步骤s500中，撑开结构的作用方式是：向中空圈中充气，中空圈在气压和弹性作用下向圆环形复位，直至与钻孔的孔壁相贴。
进一步地，所述中空龙骨有且仅有三根，并且三根中两根位于钢丝网筒内、并定义为内龙骨，一份位于钢丝网筒外、并定义为外龙骨；在步骤s400中，防塌孔装置的收缩方式是：外龙骨从两内龙骨之间塌陷穿过，以使钢丝网筒一侧内凹而围拢成c形。
进一步地，所述撑开结构还包括在两个内龙骨内各自预装的位于两者相向侧的斥力磁铁，斥力磁铁为相向端磁极相同的电磁铁；在步骤s500中，撑开结构的作用方式还有：向两斥力磁铁通电，使两内龙骨相对远离。
本发明的另一亩地是提供一种专用于上述工法的深层淤泥地质长桩基施工装置，其技术方案如下：
深层淤泥地质长桩基施工装置，包括护筒和防塌孔装置，护筒包括套筒形的筒体，筒体下端口扣盖有通过在周边均布的至少两个剪力钉连接的端盖，筒体内预装有收缩在一起的防塌孔装置，防塌孔装置包括钢丝网筒及其周边均布的至少三根中空龙骨，中空龙骨和/或钢丝网筒上设有用于将收缩在一起的钢丝网筒撑开的撑开结构，至少一根中空龙骨中安装有一磁极朝下的电磁形式的磁吸部件。
进一步地，所述撑开结构包括连接在钢丝网筒的筒壁上的弹性的中空圈，中空圈的内腔与至少一根中空龙骨内设置的气路相通。
进一步地，所述中空龙骨有且仅有三根，并且三根中两根位于钢丝网筒内、并定义为内龙骨，一份位于钢丝网筒外、并定义为外龙骨。
进一步地，所述撑开结构还包括在两个内龙骨内各自预装的位于两者相向侧的斥力磁铁，斥力磁铁为相向端磁极相同的电磁铁。
本发明的有益效果是：
本发明利用护筒将防塌孔装置进行包覆，这样在下放过程中，防塌孔装置不会散开而出现卡滞的问题，从而保证了防塌孔装置下放作业的顺利完成，提高了桩基施工的施工效率。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是本发明装置的护筒底部示意图；
图2是本发明装置的示意图；
图3是本发明装置的柔性网筒示意图；
图4是本发明装置的中空圈和外龙骨的连接示意图。
附图中使用的附图标记如下：
100护筒，
101筒体，
102剪力钉，
103端盖，
200防塌孔装置，
201钢丝网筒，
202内龙骨，
203外龙骨，
204中空圈，
205加强凸棱，
206凸筋，
207内腔，
208歧管，
209斥力磁铁，
210漏浆孔，
211气管，
212磁吸部件。
具体实施方式
由于深层淤泥地质下长桩基施工塌孔、缩颈等几个关键性问题的存在，我们有必要针对性的开展相应问题的研究，从质量安全、经济高效的原则出发，研究软土地质长桩基施工关键技术，总结施工过程中的要点和难点，形成一套比较完善的理论体系及施工技术，为三江互通区域后续桩基施工提供指导，确保三江互通主线桥顺利建设完成，避免和减少大桥运营过程中病害的发生。同时通过对上述问题的研究，也是对我国珠三角地区大规模软土地质长桩基施工提供经验和指南，为今后类似设计与建设提供经验和借鉴发展过程中的存在的相关问题进行了补充和发展，为今后类似桥梁的设计与建设提供经验和借鉴。
因而，如图1至图4所示，本发明的研究重点在于长桩基施工过程中的防塌孔问题，其具体工法如下：
s100，钻孔
101，根据设计要求和土层条件，定出孔位做出标记。
102，作业面场地要平坦、坚实、有排水沟。
103，钻机就位后，应保持平稳，导杆或立轴与钻杆倾角一致，并在同一轴线上。
104，钻孔设备可根据土层条件选择合适长度的长螺旋钻机。
105，在钻进过程中，应精心操作，精神集中，合理掌握钻进参数，合理掌握钻进速度，防止埋钻、卡钻等各种孔内事故。
s200，孔底固化
201，提钻1.5m-2m，并从长螺旋钻机的钻杆向钻孔的孔底泵入夹杂导磁铁屑或导磁铁块的固化剂，优选地，导磁铁屑或导磁铁块在固化剂中混合比例处于20%-40%之间，而导磁铁屑或导磁铁块的形式优选采用铸铁球的形式，铸铁球的球径优选采用5cm以下。
202，通过控制注浆时间使得提钻空间注满固化剂。优选地，将注浆时间控制在10min-25min，但是该注浆时间可根据不同的注浆粘度、钻孔孔径、地质条件等进行调整，以渠道提钻空间内充满固化剂为准。乃至于，可持续注浆，直至从钻孔上方冒浆为准。
203，二次钻进2m-2.5m，，并将钻头维持在钻进深度持续旋转12min-25min。使得固化剂在未固化提钻空间内二次钻进，其主要作用是通过钻头的搅拌作用，使得固化剂可向下渗透而与钻孔底部的淤泥更好的结合，使得淤泥固结，并且使得固化剂内混合的导磁铁屑或导磁铁块被有效混合在固结层中。
s300，提钻
向上提起长螺旋钻机的钻头和钻杆，直至钻头完全离开钻孔。
s400，埋设护筒
401，准备施工装置，该施工装置由护筒和防塌孔装置两部分组成。其中，
护筒100，由不锈钢材质的套筒形的筒体101及其下端口通过剪力钉102扣盖连接的端盖103构成。其中，端盖103的周边具有5cm-10cm的上翻边，该上翻边为环套形并套设在筒体101下端口外周。为方便释放防塌孔装置时取出筒体101，剪力钉102的数量一般选用2-6枚，这样既能保证端盖103不会脱落，又能在释放防塌孔装置时保证筒体101顺利拔出。剪力钉102的材质可选用铁基材料，也可以选用工程塑料。
防塌孔装置200，包括钢丝网筒及其周边均布的三根中空龙骨，三根中两根位于钢丝网筒201内、并定义为内龙骨202，一份位于钢丝网筒201外、并定义为外龙骨203。钢丝网筒201的筒壁上还同轴连接有弹性的中空圈204，中空圈204由弹性材料制成，优选的采用橡胶材料。中空圈204为c形，其开口侧朝内，并在开口槽的槽壁上凸设有均布的加强凸棱205；中空圈204的外圈侧凸设有在圆周方向均布的凸筋206，该凸筋206为从中间向两边逐渐变尖的月牙形；中空圈204的内腔207位于靠近外侧的位置上，内腔207的横截面形状为从中间向两侧逐渐变尖的帽形。内腔207的最薄处——也就是中部位置连通有横向设置的歧管208，歧管208的一端为伸入中空圈204的内腔207的球冠形，另一端伸入外龙骨203内。钢丝网筒201被中空圈204分割为上下两部分，并通过热熔粘接的方式相互连接。内龙骨202的中心孔内固定有圆盘形的分隔座，分隔座上偏心固定有沿径向延伸的电磁形式的斥力磁铁209，分隔座的另一侧设有呈月牙形均布的漏浆孔210，并且两个斥力磁铁209的相向端磁极相同，以在斥力磁铁209通电后，两个斥力磁铁209会向相互分离的方向移动。外龙骨203的内腔207同轴设置有套管形的气管211，气管211的外周上缠绕着电磁线圈，该电磁线圈在气管211上形成了电磁形式的磁吸部件212，并且气管211通过呈放射状分布的支撑筋，气管211和歧管208的外端相通。
优选地，斥力磁铁209、磁吸部件212、支撑筋、歧管208、中空圈204等不是单个，而是沿竖向间隔设置。
402，预装施工装置
筒体101内预装有收缩在一起的防塌孔装置200，外龙骨203从两内龙骨202之间塌陷穿过，以使钢丝网筒201一侧内凹而围拢成c形，以使得防塌孔装置200可以被聚拢到最小的体积并且可以方便复位。
403，向钻孔中下放护筒100。
s500，释放防塌孔装置200
向磁吸部件212和斥力磁铁209通电，并在防塌孔装置200上方施压的情况下，向上拔出护筒100的筒体101，使得剪力钉102被剪断，防塌孔装置200周围的约束得以解除，之后在斥力磁铁209和中空圈204的共同作用下，使得钢丝网筒201撑开并抵靠在钻孔的孔壁上。
s600，清孔
终孔后进行设计标高、桩径、垂直度检验合格后，立即进行清孔作业，清孔采用泵吸法，目的是保证灌注水下混凝土时沉渣厚度符合设计要求或达到零沉渣；真空吸泥泵与导管连接后用钻机的卷扬机送到孔底，开动泥浆泵，泵吸反循环清孔，浓浆排至沉淀池中，经沉淀后稀浆自流回孔内，并通过输浆管从泥浆池内及时向孔内补浆。
清孔换浆标准：清空换浆一小时后，达到清孔要求：孔底淤积厚度不大于3cm，泥浆取样要自孔底以上0.5米处泥浆，泥浆比重为1.03-1.1，粘度<35s，含砂量不大于6％。
s700，灌注混凝土
灌注水下混凝土前，检测孔底泥浆厚度，如大于设计要求，应再次清孔至符合设计要求。再次清孔采用射水清底法，直到孔口返浆比重持续小于1.10-1.20，孔底沉渣厚度小于50mm时，立即进行水下混凝土的灌注工作。水下混凝土的灌注采用导管法，导管为钢导管；导管管径视桩径大小而定，选用直径325mm的钢管，壁厚7mm，分节长度1m-2m，最下端一节长5m，用装有垫圈的法兰盘连接管节。导管使用前须进行水密、承压和接头抗压试验。灌注混凝土前将灌注机具如储料斗、溜槽、漏斗等准备好，导管在吊入孔内时，其位置居中、轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋骨架影响孔壁稳定。灌注首批混凝土时，导管下口至孔底的距离控制在25cm-40cm，且使导管埋入混凝土的深度不小于1.0m，导管应在无水进入的状态下填充；在混凝土灌注开始后，必须连续地进行，并尽可能缩短拆除导管的间隔时间；灌注过程中经常用测探锤探测孔内混凝土面位置，及时调整导管埋深，导管的埋深控制在2m-4m；水下混凝土面平均上升速度不小于0.25m/h；当孔内混凝土面进入施工装置2m后，适当提升导管，减少导管埋置深度，增大施工装置下部的埋置深度，以防止施工装置上浮。
1.深层淤泥地质长桩基施工工法，其特征是：包括：
s100，钻孔；
s200，孔底固化
提钻1.5m-2m，并从长螺旋钻机的钻杆向钻孔的孔底泵入夹杂导磁铁屑或导磁铁块的固化剂，通过控制注浆时间使得提钻空间注满固化剂，然后钻进2m-2.5m，并将钻头维持在钻进深度持续旋转12min-25min；
s300，提钻；
s400，埋设护筒
向钻孔中下放护筒，所述护筒包括套筒形的筒体，筒体下端口扣盖有通过在周边均布的至少两个剪力钉连接的端盖，筒体内预装有收缩在一起的防塌孔装置，防塌孔装置包括钢丝网筒及其周边均布的至少三根中空龙骨，中空龙骨和/或钢丝网筒上设有用于将收缩在一起的钢丝网筒撑开的撑开结构，至少一根中空龙骨中安装有一磁极朝下的电磁形式的磁吸部件；
s500，释放防塌孔装置
向磁吸部件通电，并在防塌孔装置上方施压的情况下，向上拔出护筒的筒体，使得剪力钉被剪断，防塌孔装置周围的约束得以解除，之后在撑开结构的作用下，使得钢丝网筒撑开并抵靠在钻孔的孔壁上；
s600，清孔；
s700，灌注混凝土。
2.根据权利要求1所述的深层淤泥地质长桩基施工工法，其特征是：所述撑开结构包括连接在钢丝网筒的筒壁上的弹性的中空圈，中空圈的内腔与至少一根中空龙骨内设置的气路相通；在步骤s500中，撑开结构的作用方式是：向中空圈中充气，中空圈在气压和弹性作用下向圆环形复位，直至与钻孔的孔壁相贴。
3.根据权利要求2所述的深层淤泥地质长桩基施工工法，其特征是：所述中空龙骨有且仅有三根，并且三根中两根位于钢丝网筒内、并定义为内龙骨，一份位于钢丝网筒外、并定义为外龙骨；在步骤s400中，防塌孔装置的收缩方式是：外龙骨从两内龙骨之间塌陷穿过，以使钢丝网筒一侧内凹而围拢成c形。
4.根据权利要求2所述的深层淤泥地质长桩基施工工法，其特征是：所述撑开结构还包括在两个内龙骨内各自预装的位于两者相向侧的斥力磁铁，斥力磁铁为相向端磁极相同的电磁铁；在步骤s500中，撑开结构的作用方式还有：向两斥力磁铁通电，使两内龙骨相对远离。
5.深层淤泥地质长桩基施工装置，其特征是：包括护筒和防塌孔装置，护筒包括套筒形的筒体，筒体下端口扣盖有通过在周边均布的至少两个剪力钉连接的端盖，筒体内预装有收缩在一起的防塌孔装置，防塌孔装置包括钢丝网筒及其周边均布的至少三根中空龙骨，中空龙骨和/或钢丝网筒上设有用于将收缩在一起的钢丝网筒撑开的撑开结构，至少一根中空龙骨中安装有一磁极朝下的电磁形式的磁吸部件。
6.根据权利要求5所述的深层淤泥地质长桩基施工装置，其特征是：所述撑开结构包括连接在钢丝网筒的筒壁上的弹性的中空圈，中空圈的内腔与至少一根中空龙骨内设置的气路相通。
7.根据权利要求6所述的深层淤泥地质长桩基施工装置，其特征是：所述中空龙骨有且仅有三根，并且三根中两根位于钢丝网筒内、并定义为内龙骨，一份位于钢丝网筒外、并定义为外龙骨。
8.根据权利要求6所述的深层淤泥地质长桩基施工装置，其特征是：所述撑开结构还包括在两个内龙骨内各自预装的位于两者相向侧的斥力磁铁，斥力磁铁为相向端磁极相同的电磁铁。
技术总结