CN102660952B

CN102660952B - 可控粘土膏浆灌浆方法

Info

Publication number: CN102660952B
Application number: CN201210172437.4A
Authority: CN
Inventors: 彭春雷; 宾斌; 刘军; 贺茉莉; 龚高武; 李莉; 谭勇; 贺佐; 夏杰
Original assignee: HUNAN HONGYU WATER CONSERVANCY HYDROPOWER GEOTECHNICAL ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: Hunan Hongyu Engineering Group Co., Ltd.
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: CN102660952A

Abstract

本发明公开了一种用于处理土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层的可控粘土膏浆灌浆方法。本发明使用粘土、水泥、速凝剂、增稠剂、水为原材料，控制浆液流动度为60～80mm。粘土膏浆的材料配比为：水泥:粘土:速凝剂:增稠剂=100:100～300:2～10:0.1～0.5，水量根据浆液的流动度进行调节控制，通常水固比在1:0.7～1.3之间。而且所述灌浆管路的内直径为30mm～70mm。本发明采用双缸往复泵，自下而上、无栓塞灌浆，形成连续、透水率低的幕体。

Description

可控粘土膏浆灌浆方法

技术领域

本发明涉及水利水电、矿山工程内学科的岩土工程领域的帷幕灌浆，具体涉及到可控粘土膏浆灌浆方法，适用于含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层的防渗，土洞、溶洞的防渗和充填加固。

背景技术

在水利水电工程、矿山工程中，经常遇到不良的地质构造，如较大的土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层。在这类地层中，当开挖边坡，或施工各种竖井、巷道等构造物时，含有较大的土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层易出现大面积的渗漏，导致拟定的工程无法施工，需要进行防渗。

目前主要采用砼防渗墙、高压喷射灌浆方法、常规灌浆法等进行处理。

砼防渗墙是通过采用相应机械先开挖成槽，再往槽段内浇筑混凝土，使之形成连续的砼防渗墙，以阻止水体外泄与渗漏。防渗墙槽体开挖需要一定的时间，槽段形成过程中，含水层内水体在水头作用下会迅速向槽段内排溢，极易造成槽段墙体垮塌，成槽难度极大，此外，砼浇筑过程中，还会受到水头的顶托和水流的冲刷，使砼浇筑不密实、离析，起不到防渗的效果。

高压喷射灌浆方法系在钻孔内利用高压水或高压浆流对土体进行切割，并用水泥浆液与切割后的土体充分拌合形成水泥土混合体，各灌孔桩墙相互搭接起到整体防渗作用。由于高喷防渗墙整体形成受下列因素控制：钻孔斜度、孔深、切割水压力、浆体的凝结速度、地下水流的淘蚀作用、墙体的连续性。其中地下水水流使旋喷桩体难以连续形成，同时未完全风化的岩体阻碍水泥浆对土体的切割与固化，导致形成的墙体整体防渗效果差。

常规帷幕灌浆是采用钻孔，利用水泥浆或粘土水泥浆用泵送入灌段，充填较大的土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层中的空隙，通过成排连续钻孔灌浆，进行防渗，形成连续帷幕，阻止水体外泄。这种方法在较大的土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层施工时，需要安装孔口止浆塞，工艺复杂；浆材易沿一个方向跑浆，浆材耗量非常大，施工排数多，施工周期非常长，防渗效果差，满足不了这类地层防渗的需要。

发明内容

为了对较大的土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层进行防渗处理，针对已有技术在处理过程中存在的不足，本发明提供了一种快速、经济的可控粘土膏浆灌浆方法。该技术能达到很好的防渗效果且施工时间短。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

可控粘土膏浆灌浆方法，采用双缸往复泵进行间歇式往复灌浆，将成本较低、流动性很小的粘土膏浆压入到所述土洞、溶洞或者岩土层中，利用粘土膏浆的粘滞力、内摩擦阻力以及周围介质的反压力等来平衡灌浆压力，实现对粘土膏浆扩散半径的可控性，通过自下而上、无栓塞灌浆，形成需要的连续、完整、低渗性系数幕体。

所述粘土膏浆的流动度为60～80mm（用圆盘法所测得，参照规范GB/T 8077，下同）。在实施过程中，针对土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层中的填充情况，一般先采用流动度75mm左右的浆液进行灌浆，在灌浆量超过600L/m，而灌浆压力上升不快时，可采用流动度60mm左右的粘土膏状浆液，进行灌浆。

其中，所述粘土膏浆的材料配比为：水泥:粘土:速凝剂:增稠剂=100:100～300:2～10:0.1～0.5，水量根据浆液的流动度进行调节控制，通常水固比在1:0.7～1.3之间。采用流动度为60～80mm的粘土膏浆进行灌浆时，可以无栓塞灌浆或者是不封孔灌浆。在灌浆过程中，浆液在灌浆压力作用下，沿灌浆管上冒小段距离，同时浆体受其粘滞力、内摩擦阻力作用，很快与灌浆压力达到一个平衡过程，因此可以达到无栓塞灌浆或者不封孔灌浆的效果。

所述粘土膏浆的制浆工艺流程为：采用粘土制浆机将原状粘土和水制成1.20～1.35g/cm³的粘土原浆，然后加入干水泥或水泥浆，进行搅拌均匀，再加入速凝剂和增稠剂，所述速凝剂可以为硅酸钠、铝酸钠、石膏、硫酸铝中的一种或几种，所述增稠剂可以为丹宁酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、钠羧甲基纤维素中的一种或几种。

所述灌浆管路的内直径为30mm～70mm，内直径低于30mm时，粘土膏浆容易堵管；灌浆管路内直径超过70mm时，下入灌浆管难度增加，有效的灌浆压力不足。同时，优选地，所述双缸往复泵的间歇时长为3s～6s/次，单缸泵送量大于10L。采用单缸泵送量大于10L的双缸往复泵泵送浆体才能保证粘土膏状浆液在对地层产生劈裂作用的同时，压密土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩层中的软弱层，大幅度降低粘土膏浆结石体周围软弱层的渗透系数。在这个过程中，结合粘土膏浆较小的流动度，促使粘土膏浆在泵送灌浆过程中，避免往同一方向或同一裂隙进行多次的无效灌注，保证粘土膏浆的扩散半径有限。

在采用粘土膏浆灌浆过程中，灌浆的压力随地层的深度、被灌地层的充填密实度的不同而变化。

在灌浆过程中，达到下列控制标准之一时，可结束灌浆，上提灌浆段：

（1）最大灌浆压力达到3～5MPa时；

（2）灌入浆量达到3000L/m，灌浆压力超过1.5MPa时。

在可控粘土膏浆灌浆方法中，通过自下而上灌浆，形成自下而上方向上的，一个浆体和周围介质组合的低渗透系数的柱体。然后在帷幕轴线上进行单排或双排，一定间距下进行连续灌浆，形成连续完整的帷幕体，实现对土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩层的防渗处理。

有益效果

本发明针对土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩层中，进行可控粘土膏浆灌浆施工，能快速、经济地达到良好的防渗处理效果。

具体实施方式

下面举例对本发明进行详细阐述。

实施例一：某主、副提升井帷幕灌浆工程

某主、副提升井位于宜丰县，拟建井筒直径4.0m，井深500m。经勘察，0～11.3m依次为地表耕植土、粉质粘土、中砂、砾砂层，11.30～53.70为白垩系南雄群，灰白色、棕红色、浅灰色的砾岩，钻孔遇有六层溶洞，溶洞内砂、砾石及泥质物充填，半充填状，与上部第四系连通性好，含丰富的岩溶地下水，钻进中该层全孔漏水，单孔涌水量为118.73m³/d·m，砾岩岩溶水水量丰富。对开凿主、副井以及矿床开有较大影响，需对上部砾岩岩溶水层采取可行可靠的防渗处理措施。

施工方法

钻孔：灌浆孔按单排布置，分Ⅱ序施工，孔距3m，孔深进入花岗斑岩层内5m，共布置钻孔18个，总进尺1056.6m。

灌浆工艺：采用可控粘土膏浆灌浆方法和改性粘土水泥浆纯压灌浆相结合的方法。采用改性粘土水泥浆纯压灌浆相结合的方法对细微裂隙灌浆（略），采用可控粘土膏浆灌浆方法对溶洞、土洞和强风化砾岩进行灌浆，先钻孔至基岩内2m，进行自上而下、分段无栓塞灌浆，段长1～2.0m。

灌浆材料：粘土膏浆材料的配比为：水泥:粘土:速凝剂:增稠剂=100:110:7:0.2，水固比在1:1～1.1之间。速凝剂为硅酸钠，增稠剂为聚丙烯酰胺。粘土膏浆的流动度为60～70mm，在实施过程中，针对土洞、溶洞或者是含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层中的填充情况，一般先采用流动度75mm左右的浆液进行灌浆，在灌浆量超过600L/m，而灌浆压力上升不快时，可采用流动度60mm左右的粘土膏状浆液，进行灌浆。

灌浆设备：采用粘土制浆机将施工场地附近的粉质粘土和水制成1.28g/cm³的粘土原浆；灌浆设备为双缸往复泵，单缸泵送量为15L，每小时可泵送浆量为6～12m³。灌浆管路内直径为60mm。双缸往复泵的间歇时长为3s～5s/次。

结束标准：达到下列控制标准之一时，可结束灌浆，上提灌浆段：

（1）最大灌浆压力达到4MPa时；

（2）灌入浆量达到3000L/m，灌浆压力超过1.5MPa时。

施工效果

粘土膏浆灌浆量累计达4050m³，较常规水泥灌浆用量少得多；灌浆时长仅2个月，较常规灌浆节约至少4个月。

结石体渗透系数小于5×10^－7cm/s，结石体28天抗压强度为3.5MPa，膏浆灌浆段整体帷幕透水率＜5Lu，达到了处理效果。

实施例二

某水闸枢纽工程位于湘江一级支流洣水上，主要由溢流闸坝、电站厂房、船闸、公路桥等建筑物所组成。2011年陆续发现水闸下游，间歇性溢出浑水，之后水闸下游出现浑水的频率不断加大，出现险情。经查险勘察成果，场地地层自上而下为：素混凝土：为强度等级C15混凝土，层厚1.0～3.4m；浆砌石：块石料以灰岩为主，层厚1.0～5.4m不等；泥质粉砂岩（D3x2)：浅黄色，全风化呈土状，层厚2.6～12.0m不等。灰岩（D3x1)：灰黑色～灰白色，中厚～厚层状，岩溶发育强烈，在勘探深度45m范围内，先后揭露3～8层溶洞。溶洞呈半充填或未充填状态，连通性好。在出险闸坝段F8断层斜切，断层破碎带宽度3～5m，充填角砾岩、断层泥，断层破碎带内溶蚀剧烈，溶蚀后呈半充填状态，部分砂卵石及泥质物充填，透水性强烈。

施工处理方法（仅介绍断层及溶洞处理方法）：

钻孔：灌浆孔按单排布置，分Ⅱ序施工，孔距4m，孔深进入岩层内5m，共布置钻孔40个，总进尺2160.4m。

灌浆工艺：先确定断层或者是溶洞位置，然后在其位置上，进行自上而下、无栓塞灌浆，提升段长1.0m。

灌浆材料：粘土膏浆材料的配比为：水泥:粘土:速凝剂:增稠剂=100:280:3:0.5，水固比在1:1.0～1.2之间。速凝剂为铝酸钠，增稠剂为钠羧甲基纤维素。粘土膏浆的流动度为70～80mm。

灌浆设备：采用粘土制浆机制成1.28g/cm³的粘土原浆；灌浆设备为双缸往复泵，单缸泵送量为15L，每小时可泵送浆量为6～12m³。灌浆管路内直径为40mm。双缸往复泵的间歇时长为5s/次。

结束标准：达到下列控制标准之一时，可结束灌浆，上提灌浆段，：

（1）最大灌浆压力达到3MPa时；

（2）灌入浆量达到3000L/m，灌浆压力超过1.5MPa时。

施工效果

粘土膏浆灌浆量累计达7000多立方米。

结石体渗透系数小于8×10^－7cm/s，结石体28天抗压强度为0.8MPa，膏浆灌浆段整体帷幕透水率＜10Lu，达到了处理效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.可控粘土膏浆灌浆方法，用于含有断层发育、裂隙组面众多的全风化或强风化岩土层的防渗，土洞、溶洞的防渗和充填加固，其特征在于，采用双缸往复泵进行间歇式往复灌浆，将成本较低、流动性很小的粘土膏浆压入到所述土洞、溶洞或者岩土层中，利用粘土膏浆的粘滞力、内摩擦阻力以及周围介质的反压力来平衡灌浆压力，实现对粘土膏浆扩散半径的可控性，通过自下而上、无栓塞灌浆，形成需要的连续、完整、低渗性系数幕体；所述粘土膏浆的流动度为60～80mm，所述粘土膏浆的材料配比为：水泥:粘土:速凝剂:增稠剂=100:100～300:2～10:0.1～0.5，水量根据浆液的流动度进行调节控制，通常水固比在1:0.7～1.3之间，灌浆管路的内直径为30mm～70mm，在采用粘土膏浆灌浆过程中，依据设定的灌浆结束标准进行控制，上提灌浆管段。

2.根据权利要求1所述的可控粘土膏浆灌浆方法，其特征在于，所述粘土膏浆的制浆工艺流程为：采用粘土制浆机将原状粘土和水制成1.20～1.35g/cm³的粘土原浆，然后加入干水泥或水泥浆，进行搅拌均匀，再加入速凝剂和增稠剂，所述速凝剂为硅酸钠、铝酸钠、石膏、硫酸铝中的一种或几种，所述增稠剂为丹宁酸钠、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、钠羧甲基纤维素中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的可控粘土膏浆灌浆方法，其特征在于，所述双缸往复泵单缸泵送量大于10L/次，间歇时长为3s～6s/次。

4.根据权利要求1所述的可控粘土膏浆灌浆方法，其特征在于，达到下列控制标准之一时，结束灌浆，上提灌浆段：

（1）最大灌浆压力达到3～5MPa时；

（2）灌入浆量达到3000L/m，灌浆压力超过1.5MPa时。