CN102535472B - 一种孔管封填、高压冲挤灌浆的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种“孔管封填、高压冲挤”灌浆的方法，主要适用于对破碎、松软等不良地质体加固与防渗灌浆处理。本发明灌浆前先对灌浆孔段与灌浆管组之间采用快凝固化料进行封填，灌浆段封填体与灌浆管组下端单向高压冲挤灌浆头形成三维封闭结构，灌浆时孔段内进行原位自下而上高压冲挤回转提升灌注；灌浆过程中根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行控制，灌浆效果分析可依据量压比I（I=Q/P）分序变化值进行。本发明确保能达到对灌浆地层实施有效、均匀的高压冲挤、劈裂与渗透灌浆，灌浆结构体强度高、耐久性好、经济环保。
Description
技术领域
本发明涉及地基基础加固与防渗处理灌浆领域,具体为一种“孔管封填、高压冲挤”灌浆的方法，主要适用于对破碎、松软等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理。
背景技术
我国在建的向家坝水电站大坝坝基存在构造挤压破碎带等不良地质体，关系到坝基应力变形和渗透稳定，是向家坝水电站工程关键技术问题。目前我国对于构造挤压破碎带处理多采用“常规水泥灌浆”、“化学浆液灌浆”等工艺进行灌浆处理。因构造挤压破碎带中岩体多为碎屑结构、孔隙细微、强度较低、可灌性差等特性，常规水泥灌浆效果较差，而化学灌浆材料环保性、成本经济性、结构耐久性、工艺复杂性等诸多问题，给推广应用带来一定的影响。
发明内容
针对我国在建的向家坝水电站坝基存在的地质构造挤压破碎带岩体灌浆特性，本发明旨在提供一种“孔管封填、高压冲挤”灌浆的方法，该方法是一种基于灌浆出浆口三维封闭、原位高压冲挤式回转提升灌注的全新灌浆技术。灌浆前先对灌浆孔段与灌浆管组之间采用快凝固化料进行封填，孔段内封填体与灌浆管组下端单向高压冲挤灌浆头形成三维封闭结构，灌浆时孔段内自下而上进行原位高压冲挤回转提升灌注，达到对灌浆地层实施有效、均匀的控制性高压冲挤、劈裂与渗透灌浆。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种“孔管封填、高压冲挤”灌浆的方法，其特点是，包括如下步骤：
1）进行灌浆段钻孔，下入灌浆管组，清孔；
2）灌浆前对灌浆孔段与灌浆管组之间采用快凝固化料进行封填，灌浆段封填体与灌浆管组下端的单向高压冲挤灌浆头形成三维封闭结构；
3）灌浆时通过所述单向高压冲挤灌浆头，在三维封闭条件下对灌浆孔段自下而上进行原位高压冲挤灌注；
4）灌浆过程中，根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制，直至整个灌浆段高压冲挤灌注结束；灌浆过程中根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制。
进一步地，所述灌浆过程中根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制为灌浆每回转提升一定距离x，按照Px≥P设和Qx≥Q设灌浆提升标准进行判断与控制，其中Px为灌浆回转提升一定距离x所达到的灌浆冲挤压力（MPa）值，Qx为提升一定距离x单位灌入量（L/m）计算值；P设为设计最小灌浆冲挤压力（Mpa）值，Q设为设计最小灌入量（L/m），例如，当回转提升一定距离x为0.1m时，按照P0.1≥P设和Q0.1≥Q设灌浆提升标准进行判断与控制，其中P0.1为灌浆回转提升0.1m所达到的灌浆冲挤压力（MPa）值，Q0.1为提升0.1m 单位灌入量（L/m）计算值；P设为设计最小灌浆冲挤压力（Mpa）值，Q设为设计最小灌入量（L/m）。
作为本发明的优选方案，所述灌浆段钻孔为自上而下分段钻孔，所述高压大于3MPa，灌浆过程中，按照设计最小灌浆冲挤压力P（Mpa）和最小单位灌入量Q（L/m）要求，进行回转提升速度判断与控制，按照上述步骤1）~4）的顺序自上而下循环钻孔灌注直至完成全孔段高压冲挤灌浆，每个灌浆段的长度为10m~50m，相邻两个灌浆段之间相互搭接1m以上。全孔段灌浆完成后进行封孔灌浆。
本发明所述灌浆前先对灌浆孔段与灌浆管组之间采用快凝固化料进行封填，是指根据钻孔孔壁稳定性自上而下分段进行灌浆段钻孔，灌浆前先下入灌浆管组，灌入快凝固化封填料，封填体与灌浆管组下端单向高压冲挤灌浆头形成三维封闭结构。
所述快凝固化封填料，即根据孔管一体封填凝固时间与封填料后期强度要求，所采用的一种快凝固化材料。为便于封填灌注施工，固化材料分成甲乙两个组分，甲组分主要由硫铝水泥熟料、稳定剂等组成；乙料由石膏、石灰、粉煤灰、稳定剂等组成，封填灌注施工采用甲乙两组份对等与水混合后灌入，水固比1:1，封填灌注1小时后，抗压强度大于0.5MPa。
所述灌浆时孔段内自下而上进行原位高压冲挤回转提升灌注，即借助封填体与灌浆管组下端单向高压冲挤灌浆头形成的三维封闭结构对灌浆孔段自下而上进行原位冲挤回转提升灌注，其灌注材料可采用普通硅酸盐水泥、磨细水泥或超细水泥。所述冲击式回转提升灌注，即采用单杠灌浆泵，借助单作用低频高压冲挤灌注产生“堵车效应”，达到对地层实施控制性高压冲挤、劈裂与渗透灌注。
所述单向高压冲挤灌浆头的结构为，包括密封上接头和导向钻头，所述密封上接头和导向钻头通过一单向阀座相连；所述密封上接头内具有中空通道A；所述单向阀座设有进浆通道D与出浆通道C，所述进浆通道D连通中空通道A，出浆通道C连通浆液出口；所述单向阀座与导向钻头之间设有过浆通道B，该过浆通道B与进浆通道D连通；所述出浆通道C内设有实现出浆通道C与过浆通道B通断的单向阀球。当有高压浆液经中空通道A、进浆通道D、进入过浆通道B时，单向阀球打开，高压浆液经过出浆通道C和浆液出口冲挤灌入地层，反之单向阀球重锤下落封闭阀座，稳定高压冲挤灌浆能量。
所述单向阀球为耐磨钢球，耐磨钢球置于单向阀座的出浆通道C内；所述单向阀座具有U型的进浆通道D与出浆通道C，所述出浆通道C顶部设有工艺堵塞。
所述灌浆组管下端的单向高压冲挤灌浆头，其作用为与封填体形成三维封闭结构，为实施原位高压冲挤灌浆创造条件；单向钢球可控制高压冲挤浆体依次经过进浆口、中空通道A、进浆通道D、过浆通道B、出浆通道C，然后从出浆口单向冲挤灌入地层，稳定高压冲挤灌浆能量；单向高压冲挤灌浆头上下焊接的合金片用作灌浆管组下入不到位或灌浆上提受阻时进行回转扫孔。
根据“孔管封填、高压冲挤”灌浆机理，本发明首次提出一种全新的采用量压比I（I=Q/P）进行灌浆效果分析的方法。所述采用量压比I（Q/P）进行灌浆效果分析方法，即高压冲挤灌浆效果应遵循随孔序加密量压比I（I=Q/P）减小，也即：①随孔序加密，若单位灌入量不变，则冲挤灌浆压力提高；②随孔序加密，若冲挤灌浆压力不变，则单位灌入量减少。“孔管封填、高压冲挤”灌浆末序孔量压比值为10-1。
本发明的有益效果是：灌浆前先对灌浆孔与灌浆管组采用快凝固化料进行封填，灌浆段封填体与灌浆管组下端单向高压冲挤灌浆头形成三维封闭结构，灌浆时孔段内自下而上进行原位高压冲挤回转提升灌注，灌浆过程中根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行回转提升控制，确保能达到对灌浆地层实施有效、均匀的高压冲挤、劈裂与渗透灌浆，灌浆结构体强度高、耐久性好、经济环保，可广泛用于水电、市政、铁道、公路、桥梁、港口等领域对破碎、松软等不良地质体基础加固与防渗灌浆处理。
附图说明
图1是本发明一种实施例的结构原理图；
图2是本发明一种实施例的工艺流程图；
图3是本发明所述单向高压冲挤灌浆头的结构示意图；
图4是图3的O-O剖视图；
图5是采用本发明的“孔管封填、高压冲挤”灌浆前钻孔芯样照片；
图6是采用本发明的“孔管封填、高压冲挤”灌浆后检查钻孔芯样照片；
图7是采用本发明的“孔管封填、高压冲挤”灌浆后挤密胶结芯样照片。
在图中：
1-密封上接头； 2-导向钻头； 3-单向阀座； 4-堵塞；
5-止浆密封槽； 6-耐磨钢球； 7-隔板； 8-浆料出口；
A-中空通道； B-过浆通道； C-出浆通道； D-进浆通道。
具体实施方式
一种采用如上所述“孔管封填、高压冲挤”灌浆的方法，具体步骤为：
（1）钻孔与灌浆提升采用全液压动力头钻机；冲挤灌浆宜采用专用高压（≥10MPa）单缸单作用灌浆泵，也可采用目前国内现有三缸高压灌浆泵保留一个柱塞（卸去两个柱塞）来实现单缸单作用冲挤灌浆，单次冲挤量0.3—1L为宜，冲挤频率30次/min-—100次/min。
（2）钻孔分段依据孔壁稳定性及设备、机具能力确定，采取全孔一次钻孔或自上而下每10m—50m作为一个灌浆段长。灌浆孔孔径采用Φ75mm或Φ91mm。灌浆段钻孔完成后进行孔内冲洗，冲洗至孔口返出清水止。
（3）采用Φ50mm或Φ54mm平接头连接的钻杆兼做灌浆管，灌浆管组下接专用的带止浆槽的单向高压冲挤灌浆头。如图3所示，所述单向高压冲挤灌浆头，其作用为与封填体形成三维封闭结构，为实施原位高压冲挤灌浆创造条件；单向钢球可控制高压冲挤浆体依次经过进浆口、中空通道A、进浆通道D、过浆通道B、出浆通道C，然后从出浆口单向高压冲挤灌入地层，稳定高压冲挤灌浆能量；单向高压冲挤灌浆头上下焊接的合金片用作灌浆管组下入不到位或灌浆上提受阻时进行回转扫孔。
单向高压冲挤灌浆头的各部件的材质选用40Cr或45#合金钢，并进行严格的热处理；所述单向阀座加工时单向阀座3的座口不倒角，装配时采用单向钢球与阀座冲击配合倒角，以确保单向阀密封配合可靠。
采用“孔管封填、高压冲挤”灌浆技术灌浆时，单向高压冲挤灌浆头连接于灌浆管组下端，下入灌浆孔内前紧固各连接件，并检查钢球与阀座的密封性，每次灌浆完后进行拆卸冲洗与单向性能检查。
（4）“孔管封填、高压冲挤”灌浆按照分序加密原则，一般灌浆分II序或Ⅲ序施工。
（5）“孔管封填、高压冲挤”灌浆工艺流程参见附图2：“孔管封填、高压冲挤”灌浆工艺流程图。
（6）地质构造挤压破碎带、软弱夹层等不良地质体固结或防渗灌浆处理宜采用磨细水泥或超细水泥浆液，并加入适量改性剂；浆液配比可采用1:1、1.5:1或2:1,并根据地层可灌性选择使用。
（7）灌浆过程中，根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制，直至整个灌浆段高压冲挤灌注结束；所述灌浆过程中根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制，为灌浆每回转提升0.1m，按照P0.1≥P设和Q0.1≥Q设灌浆提升标准进行判断与控制，其中P0.1为灌浆回转提升0.1m所达到的灌浆冲挤压力（MPa）值，Q0.1为提升0.1m 单位灌入量（L/m）计算值；P设为设计最小灌浆冲挤压力（Mpa）值，Q设为设计最小灌入量（L/m）。
（8）灌浆效果分析可依据量压比I（I=Q/P）分序变化值进行。“孔管封填、高压冲挤”灌浆末序孔量压比值，一般可达到10-1。
（9）灌浆质量标准主要依据现行国家与行业技术标准和工程要求由设计制定。质量检查方法主要依据设计质量标准一般采用原状取样、压水试验、物探测试、力学试验等。
灌浆后的检查钻孔芯样照片如图6所示，灌浆后挤密胶结芯样照片如图7所示。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1. 一种“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）进行灌浆段钻孔，下入灌浆管组，清孔；
2）灌浆前对灌浆孔段与灌浆管组之间采用快凝固化料进行封填，灌浆段封填体与灌浆管组下端的单向高压冲挤灌浆头形成三维封闭结构；
3）灌浆时通过所述单向高压冲挤灌浆头，在三维封闭条件下对灌浆孔段自下而上进行原位高压冲挤灌注；
4）灌浆过程中，根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制，直至整个灌浆段高压冲挤灌注结束；灌浆过程中根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制。
2. 根据权利要求1所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，所述灌浆过程中根据单位灌入量Q（L/m）和灌浆冲挤压力P（MPa）进行自下而上回转提升控制为灌浆每回转提升一定距离x，按照Px≥P设和Qx≥Q设灌浆提升标准进行判断与控制，其中Px为灌浆回转提升一定距离x所达到的灌浆冲挤压力（MPa）值，Qx为提升一定距离x单位灌入量（L/m）计算值；P设为设计最小灌浆冲挤压力（Mpa）值，Q设为设计最小灌入量（L/m）。
3. 根据权利要求1所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，所述灌浆段钻孔为自上而下分段钻孔，所述高压大于3MPa，灌浆过程中，按照设计最小灌浆冲挤压力P设与最小单位灌入量Q设要求，进行回转提升速度判断与控制；按照步骤1）~4）的顺序自上而下分段循环钻孔灌注直至完成全孔段高压冲挤灌浆，并进行全孔段封孔灌浆。
4. 根据权利要求1~3之一所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，所述快凝固化料分成甲乙两个组分，甲组分包括硫铝水泥熟料、稳定剂；乙组分包括石膏、石灰、粉煤灰、稳定剂；封填灌注施工时将甲、乙两组分对等与水混合后灌入，水固比为1:1，封填灌注1小时后，抗压强度大于0.5MPa。
5. 根据权利要求1~3之一所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，所述灌注的材料为普通水泥、磨细水泥或超细水泥。
6. 根据权利要求1所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，所述单向高压冲挤灌浆头的结构为，包括密封上接头（1）和导向钻头（2），所述密封上接头（1）和导向钻头（2）通过一单向阀座（3）相连；所述密封上接头（1）内具有中空通道（A）；所述单向阀座（3）设有进浆通道（D）与出浆通道（C）；所述进浆通道（D）连通中空通道（A），出浆通道（C）连通浆液出口（8）；所述单向阀座（3）与导向钻头（2）之间设有过浆通道（B），该过浆通道（B）与进浆通道（D）连通；所述出浆通道（C）内设有实现出浆通道（C）与过浆通道（B）通断的单向阀球。
7. 根据权利要求6所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，所述单向阀球为耐磨钢球（6），耐磨钢球（6）置于单向阀座（3）的出浆通道（C）内；所述单向阀座（3）具有U型的进浆通道（D）与出浆通道（C），所述出浆通道（C）顶部设有工艺堵塞（4）。
8. 根据权利要求6所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，单向高压冲挤灌浆头上部开有多条止浆密封槽（5），单向高压冲挤灌浆头的上部和底端均设有合金片。
9. 根据权利要求3所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，每个灌浆段的长度为10m~50m，相邻两个灌浆段之间相互搭接1m以上。
10. 根据权利要求1~3之一所述的“孔管封填、高压冲挤”灌浆方法，其特征在于，采用量压比I（I=Q/P）进行灌浆效果分析；所述量压比I为冲挤灌浆单位灌入量Q（L/m）与冲挤灌浆压力P（Mpa）之比Q/p；所述采用量压比I（I=Q/P）进行灌浆效果分析方法为，高压冲挤灌浆遵循随孔序加密量压比I（I=Q/P）减小，即：①随孔序加密，若单位灌入量不变，则冲挤灌浆压力提高；②随孔序加密，若冲挤灌浆压力不变，则单位灌入量减少；“孔管封填、高压冲挤”灌浆末序孔量压比值为10~1:1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Owner name: HYDROCHINA ZHONGNAN ENGINEERING CORPORATION Free format text: FORMER NAME: ZHONGNAN PROSPECTING DESIGN INST. CHINA HYDRAUELECTRIC CONSULTANT GROUP Owner name: CHINA POWER GROUP ZHONGNAN INVESTIGATION DESIGN + Free format text: FORMER NAME: HYDROCHINA ZHONGNAN ENGINEERING CORPORATION |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 410014 Hunan province Changsha Yuhua District, camphor Road No. 16 Patentee after: POWERCHINA ZHONGNAN ENGINEERING Corp.,Ltd. Address before: 410014 Hunan province Changsha Yuhua District, camphor Road No. 16 Patentee before: HYDROCHINA ZHONGNAN ENGINEERING Corp. |
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 410014 Hunan province Changsha Yuhua District, camphor Road No. 16 Patentee after: HYDROCHINA ZHONGNAN ENGINEERING Corp. Address before: 410014, 9 camphor Road, Yuhua District, Hunan, Changsha Patentee before: Mid-South Hydroelectric Investigation & Design Institute of China Hydropower Engineering Consulting Group |