CN102787602A - 一种帷幕灌浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种帷幕灌浆工艺。采用预设花管灌浆工艺，包括钻孔，安装花管，模袋阻塞，灌浆步骤。本发明采用模袋代替孔壁填料，克服、减小预埋花管灌浆法孔壁填料受施工条件和水文地质条件等的影响；具有高效、适用性广、可操作性强的特点；模袋采用管外注浆膨胀或管内注浆膨胀均能方便将灌浆施工分段灌注；在花管壁出浆孔设置弹性材料包箍如同一个单向阀门，在灌浆压力作用下浆液可以由里向外流出，但灌浆结束或中止后，浆液不会返流，并且在采用模袋管内注浆膨胀操作时，利用弹性材料包箍作用使浆液自动首先灌注膨胀模袋，待模袋膨胀阻塞完成后，因压力作用自动开始钻孔分段灌注，施工方便，高效。

Description

一种帷幕灌浆工艺

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，尤其属于水利水电建设基础加固技术领域，特别涉及一种基础加固的帷幕灌浆工艺。

背景技术

目前，适用于覆盖层帷幕灌浆的工艺工法有多种，包括循环钻灌法、预埋花管法、打管灌浆法、套管灌浆法。

循环钻灌法：是我国独创的一种灌浆方法，也称边钻边灌法。这种方法是在冲积层中自上而下逐段进行钻孔和灌浆，各段灌浆都在孔口封闭。循环钻灌法后来被扩展到岩石地基灌浆施工中，并加以改进，发展成为目前普遍采用的孔口封闭灌浆法。其特点：（1）适宜于砂卵砾石中灌注水泥黏土浆或水泥浆；（2）在钻孔的过程中，也利用循环泥浆对地层进行灌浆；（3）由于每段灌浆都是在孔口封闭，各个灌浆段可以得到多次复灌，因而灌浆质量好；（4）与预埋花管法相比，可以节省大量的管材；（5）工序相对比较简单，操作容易。

循环钻灌法的缺点是：由于钻灌工序交替进行，因此工效相对较低；各段灌浆均在孔口封闭，因而灌浆时地表常常冒浆严重，既使进行深部灌浆时，也不能使用很高的灌浆压力；当覆盖层由多种地层组成，需要灌注不同类型浆液时，难以施工。

预埋花管法：也称套阀花管法、袖阀花管法。它是法国人首先发明的，称为索列丹斯（Soletanche）法。这种方法是首先钻出灌浆孔，在孔内下入特制的带有孔眼的灌浆管即花管，灌浆管与孔壁之间填入特制的“填料”，然后在灌浆管里安装双灌浆塞分段进行灌浆。其特点：（1）灌浆孔一次连续钻完，灌浆和钻孔工序分开进行，施工效率高；（2）灌浆在花管中进行，无塌孔之虑，灌浆段隔离也比较容易；（3）可以任意采用自下而上或自上而下灌浆方式，也可以先灌全孔中的任何一段，或对某一段进行多次复灌，灌浆质量有保证；（4）可以使用较大压力灌浆，灌浆过程中发生冒浆、串浆的可能性小。根据地层情况和工程需要，可以进行渗透性质的灌浆，也可以进行挤密灌浆或劈裂灌浆；（5）对各种冲积层的适应性好，可区别不同冲积层选用不同的浆液。可适应深厚覆盖层灌浆。

预埋花管法所使用的“填料”配合比，必须根据材料性能、加工方法、要求养护时间、施工条件和水文地质条件等具体情况，由试验决定。

预埋花管法的主要缺点是需要预埋花管，且无法回收。工程需要使用大量钢管，加大了工程造价。其次，预埋花管法的施工程序较多，花管的制作和下设、填料、灌浆等技术均比较复杂。花管结构单一造成施工操作复杂，不利用提高施工效率和施工质量。

打管灌浆法：是一种最简单的钻孔灌浆方法。它是将钢管（灌浆管）打入到砂砾石层中，然后利用该钢管进行灌浆。

套管灌浆法：是利用钻孔时的护壁套管进行灌浆的方法。它的施工程序是：套管护壁钻孔→下入灌浆管→起拔套管（1～2m）→安装灌浆塞→灌浆→再起拔套管及灌浆管（1～2m）→安装灌浆塞→灌浆→重复上述工序，灌注至孔口。其特点：采用这种施工方法，钻孔由于有套管护壁，消除了塌孔之虑。采用先进的全液压工程钻机和跟管钻进，效率高，孔深可达60m左右。需要注意的是在灌浆过程中，浆液容易沿着套管外壁向上流动，甚至地表冒浆；如果灌注水泥浆时间过长，则可能会凝结固住套管，造成起拔困难。

无塞上提灌浆法：不使用灌浆塞，利用在孔内充灌的细砂隔离灌浆段进行灌浆。它的施工程序是：钻孔→下管或跟管→冲洗→下花管→填砂、起套管→逐段上提灌浆管并灌浆→直至孔口。

近年来水利水电工程项目在开发数量上越来越多，规模越来越大，工期越来越紧，施工强度越来越高，对今后的防渗要求会越来越高，现有的工艺工法已不能满足目前的施工需要，改进新型高效的灌浆方法投入生产弥补行业不足是本行业持续研究的方向。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种帷幕灌浆工艺。本发明要解决的问题是提供一种用模袋代替孔壁填料，克服或减小预埋花管灌浆法孔壁填料受施工条件和水文地质条件等的影响；具有高效、适用性广、可操作性强的特点；对各种冲积层的适应性好，在深厚覆盖层灌浆中可取的较高的生产效率及功效；对于土石围堰渗漏抢险亦可取的良好的质量与进度效果的帷幕灌浆工艺。

本发明通过以下技术方案实现：

帷幕灌浆工艺，采用预设花管灌浆工艺，包括以下步骤：钻孔，安装花管，模袋阻塞，灌浆；

钻孔：钻机钻孔，直径φ91～φ140毫米，钻孔后冲洗并清除钻渣；

安装花管：将直径φ60～φ89毫米花管沿钻孔套管放入，花管下端离孔底距离不大于20厘米，孔口高出地面10～20厘米，拔起套管；所述花管管底封闭，管壁上轴向间隔33～50厘米有环绕的一组出浆孔，每组出浆孔3～4个在管壁周向均匀设置，孔径10～15毫米，每组出浆孔的外表面，用弹性材料包箍，弹性材料下端有防滑环固定；所述花管外壁有根据灌浆分段段长间隔环绕绑扎的模袋；

模袋阻塞：花管安装完成后，注浆膨胀模袋，使填充膨胀后的模袋阻塞花管外壁与钻孔壁的环状间隙，保证浆液在灌浆时不沿孔壁上冒；

灌浆：下灌浆塞分段灌浆。

注浆膨胀模袋采用管外注浆膨胀；注浆膨胀模袋后，下灌浆塞灌浆，灌浆时分段卡塞灌注。

或，注浆膨胀模袋采用管内注浆膨胀；注浆膨胀模袋时，将灌浆塞设置在模袋注浆孔以上、下一段花管出浆孔以下位置，使灌浆液优先填充模袋。

所述包箍出浆孔外表面的弹性材料优选橡胶皮。

所述花管由多根分段管材连接组成。

上述管外注浆膨胀模袋是通过专门设置的灌浆通道对模袋进行注浆膨胀，一般可采用附设的直径较小的管道构成，专门设置的管外注浆管入口端设置于孔口外，出口端设置于模袋中。

上述管内注浆膨胀模袋是通过花管壁设置的模袋注浆孔完成，模袋注浆孔位于环绕绑扎的模袋中，注浆膨胀模袋时，灌浆塞设置在模袋注浆孔以上、下一段花管出浆孔以下位置，由于弹性材料包箍作用使浆液自动首先灌注膨胀模袋，待模袋膨胀阻塞完成后，因压力作用自动开始通过注浆孔进行钻孔灌注。

本发明有益性是：本发明采用模袋代替孔壁填料，克服、减小预埋花管灌浆法孔壁填料受施工条件和水文地质条件等的影响；具有高效、适用性广、可操作性强的特点；对各种冲积层的适应性好，在深厚覆盖层灌浆中可取的较高的生产效率及功效；对于土石围堰渗漏抢险亦可取的良好的质量与进度效果的帷幕灌浆工艺；模袋采用管外注浆膨胀或管内注浆膨胀均能方便将灌浆施工分段灌注；在花管壁出浆孔设置弹性材料包箍如同一个单向阀门，在灌浆压力作用下浆液可以由里向外流出，但灌浆结束或中止后，浆液不会返流，并且在采用模袋管内注浆膨胀操作时，利用弹性材料包箍作用使浆液自动首先灌注膨胀模袋，待模袋膨胀阻塞完成后，因压力作用自动开始钻孔分段灌注，施工方便，高效。

附图说明

图1是钻孔示意图；

图2是管外注浆模袋工艺花管安装示意图；

图3是管外注浆模袋工艺注浆膨胀模袋和下灌浆塞灌浆示意图；

图4是管外注浆模袋工艺孔底段灌浆效果及第二段灌浆示意图；

图5是第二段灌浆效果示意图；

图6是第三段灌浆示意图；

图7是管内注浆模袋工艺花管安装示意图；

图8是管内注浆模袋工艺注浆膨胀模袋和下灌浆塞灌浆示意图；

图9是管内注浆模袋工艺孔底段灌浆效果及第二段灌浆示意图；

图10是管外注浆模袋工艺花管安装结构示意图；

图11是管内注浆模袋工艺花管安装结构示意图。

图中，1是盖板，2是模袋，3是弹性材料，4a是模袋注浆孔，4b是出浆孔，4c是管外注浆管，5是防滑环，6是进浆管，7是回浆管，8是灌浆塞，9是注浆膨胀模袋，10是灌浆地层。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。

实施例1

预设花管管外注浆模袋工艺

结合图1至图6，图10。

钻孔设备：钻孔设备采用阿特拉斯A66CB进口多功能全液压履带式钻机钻孔、克莱姆KR805-1、HM-90K液压钻机；

灌浆设备：灌浆采用3SNS高压灌浆泵。

供风设备：供风设备采用阿特拉斯XRHS415MD、XHP900WCAT高风压空压机。

吊装设备：20吨汽车吊。

如图所述，图1是利用高效率钻机（如特拉斯A66型进口岩锚钻机）一次性跟管钻进成孔；图2是套管内下入带有阀套、分段阻塞膜袋的花管后起拔套管；图3是从模袋管外注浆管注浆使模袋膨胀；图4是下入灌浆塞，从孔底段阻塞开始第一段灌浆；图5是第一段灌浆完成后，卡塞，进行第二段灌浆；图6是重复图4、图5工作，自下而上分段灌浆至孔口。

施工过程

⑴钻孔可以使用各种适宜的机械和方法钻进灌浆孔。由于在钻孔中要下入花管，因此钻孔终孔孔径不宜太小，通常为φ91～φ140mm；钻孔机械宜选用精度高、进尺快钻进孔深能满足灌浆需要的钻机。

钻孔完成后用“风水联合冲洗”方式清除孔内钻渣，下设花管完毕后起拔套管。

⑵下花管花管可用φ60～φ89mm的管材加工，本例选用钢管或塑料管。在满足管内可顺利下入灌浆塞的前提下，管子直径宜尽量小。花管内壁须光滑，管底封闭要严密牢固。管子上每隔33～50cm钻一环出浆孔，每环3～4个孔，孔径10～15mm。出浆孔的***，用弹性良好的弹性材料箍紧，本例选用橡皮套，橡皮套的厚度为1.5～2.2mm，宽度100～150mm。如用摩托车内胎作橡皮套，效果良好。为了防止在下花管时橡皮套移动或翻卷，在其下端用细铁丝绑扎，称之为防滑环。

这样，每个橡皮套如同一个单向阀门，在灌浆压力作用下浆液可以由里向外流出，但灌浆结束或中止后，浆液不能返流。

模袋，根据灌浆所需段长在花管上绑扎模袋，模袋直径根据孔径确定，长度不宜大于花管出浆孔的间距，它在花管与钻孔的环状间隙中起阻塞的作用，保证浆液在灌浆时能横向流出，而不会沿孔壁上冒。

用作花管的管材应当尺寸规格整齐标准，便于加工和连接；内壁平整光滑，灌浆塞可以在里面移动自如；具有足够的强度，能承受灌浆和下管时的内外压力。

由于帷幕灌浆孔深比较深，每套花管需用多根花管连接起来。

下花管是预埋花管法灌浆的一道关键工序，花管下入前应当逐节进行检查，在地面进行全孔预安装，逐节编号，下管时应详细校核并记录各段花管长度和搭接尺寸，下设位置与设计位置的偏差等。花管下端离孔底距离不得大于20cm。孔口高出地面10～20cm。

花管在不进行灌浆工作的时间，管口都要加上塞子或盖子，防止落入异物。

⑶模袋阻塞花管安装完成后，膨胀模袋，使填充膨胀后的模袋阻塞在花管与钻孔的环状间隙，保证浆液在灌浆时只能横向流出，而不会沿孔壁上冒。

模袋填充注浆有两种方式：本例采用管外注浆，即不通过花管，另设模袋管外注浆管注浆充填模袋的方式，绑扎模袋时，在模袋内安装一根管外注浆管，水泥浆从此管外注浆管注入使模袋膨胀，从而达到阻塞花管与钻孔环状间隙的目的。

⑷灌浆对于选用管外注浆方式填充模袋的，模袋膨胀起到阻塞作用后，不需待凝等待，可直接下塞灌浆，灌浆时按与模袋同步的原则分段卡塞灌注。

实施例2

预设花管管内注浆模袋工艺

结合图1、图7、图8、图9和图11。

如图所示，图1利用高效率钻机（如特拉斯A66型进口岩锚钻机）一次性跟管钻进成孔；图7套管内下入带有阀套、分段阻塞膜袋的花管后起拔套管；图8下入灌浆塞，小压力灌注通过花管上设置的注浆孔注浆使模袋膨胀，升压，对第一段进行灌浆，完成后进行第二段卡塞，膨胀模袋；图9待膜袋膨胀起到阻塞作用后，升压开始第二段灌浆；重复d、e工作，自下而上分段灌浆至孔口。

预设花管管内注浆模袋工艺与管外注浆模袋不同仅仅在于膨胀模袋的注浆不同。

在实施例施工步骤⑶模袋阻塞中，采用管内注浆，即通过花管上设置的模袋注浆孔注浆充填模袋的方式，绑扎模袋时，花管模袋段设置模袋注浆孔，但不安装橡皮套，在灌浆时先使用小压力压浆异步膨胀阻塞膜袋，由于其他部分出浆孔设有橡皮套，小压力灌浆时，浆液只能从模袋段未设置橡皮套的模袋注浆孔流出，填充模袋，从而达到异步膨胀阻塞膜袋的效果，待膜袋膨胀起到阻塞作用后，升压通过出浆孔开始进行分段灌浆。

管内注浆方式填充模袋时，灌浆塞应卡至模袋注浆孔以上，下一段花管出浆孔以下位置，以便灌浆时水泥浆液优先填充模袋，达到阻止浆液上串的目的。

工程例

某水电站二期上游帷幕左堰肩覆盖层帷幕灌浆采用了本发明技术方案，孔距1.5m，排距0.75m，三排孔梅花形交错布置，处理深度为最深为92m，灌后质量检查成果显示，覆盖层防渗帷幕灌浆部位其渗透系数均小于1×10^-4cm/s。基坑开挖后，覆盖层防渗部位未见渗、漏点，其防渗效果显著。得到了业主、设计、监理的一致好评。

Claims (7)

1.一种帷幕灌浆工艺，采用预设花管灌浆工艺，其特征在于包括以下步骤：钻孔，安装花管，模袋阻塞，灌浆；

钻孔：钻机钻孔，直径φ91～φ140毫米，钻孔后冲洗并清除钻渣；

安装花管：将直径φ60～φ89毫米花管沿钻孔套管放入，花管下端离孔底距离不大于20厘米，孔口高出地面10～20厘米，拔起套管；所述花管管底封闭，管壁上轴向间隔33～50厘米有环绕的一组出浆孔，每组出浆孔3～4个在管壁周向均匀设置，孔径10～15毫米，每组出浆孔的外表面，用弹性材料包箍，弹性材料下端有防滑环固定；所述花管外壁有根据灌浆分段段长间隔环绕绑扎的模袋；

模袋阻塞：花管安装完成后，注浆膨胀模袋，使填充膨胀后的模袋阻塞花管外壁与钻孔壁的环状间隙，保证浆液在灌浆时不沿孔壁上冒；

灌浆：下灌浆塞分段灌浆。

2.根据权利要求1所述的帷幕灌浆工艺，其特征在于：注浆膨胀模袋采用管外注浆膨胀。

3.根据权利要求2所述的帷幕灌浆工艺，其特征在于：注浆膨胀模袋后，下灌浆塞灌浆，灌浆时分段卡塞灌注。

4.根据权利要求1所述的帷幕灌浆工艺，其特征在于：注浆膨胀模袋采用管内注浆膨胀。

5.根据权利要求4所述的帷幕灌浆工艺，其特征在于：注浆膨胀模袋时，将灌浆塞设置在模袋注浆孔以上、下一段花管出浆孔以下位置，使灌浆液优先填充模袋。

6.根据权利要求1至5任一项所述的帷幕灌浆工艺，其特征在于：所述包箍出浆孔外表面的弹性材料是橡胶皮。

7.根据权利要求6所述的帷幕灌浆工艺，其特征在于：所述花管由多根分段管材连接组成。

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