CN106948336A - 一种基于热力学原理的注浆加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于热力学原理的注浆加固方法，包括有：气源***、注浆机、注浆管以及注浆压力泵。所述加固方法中包括：注浆前先注入冷空气对加固岩土体进行降温冷冻，使得岩土体中原本微小的裂隙和连接较弱的部位受冻发生扩张，裂隙增大。将热空气和浆液同步注入，提升浆液的流动性的同时降低了其在注浆孔中的摩擦，提升了注浆效果。本发明有以下优点：以加固岩土体为出发点，基于岩土体中各单元体的冻胀差异性，通过热力学作用优化加固地质体的孔隙、裂隙结构，增大注浆路径，提升注浆效果，避免了使用化学方法加重对环境的污染；不仅可用于常规地基加固注浆还可用于抗渗要求较高的实践之中，适用范围广泛具有较大的工程实用价值。

Description

一种基于热力学原理的注浆加固方法

技术领域

本发明涉及地基处理技术领域，尤其是一种基于热力学原理的注浆加固方法。

背景技术

随着社会的进步，工程建设规模的发展，各种新型建筑物对地基承载性能的要求越来越高。当天然地基不能满足建筑物的设计要求时，就需对地基进行人工加固处理，来保证构筑物的安全和正常使用。地基注浆处理主要解决三方面的问题：地基承载力或稳定性问题；沉降、水平位移及不均匀沉降问题；渗透问题。前两种比较容易理解，而第三个渗透问题主要指的是堤坝蓄水构筑物地基、水库地基、管道地基等对抗渗有要求的渗流量超过设计值时，轻则造成水量损失，严重时影响构筑物的蓄水功能和周围建筑物的地基安全。目前地基处理技术不尽完善，因此需要新的地基处理技术来应对和解决以上可能出现的各类工程问题。

中国专利CN201410804176.2公开了一种岩土体注浆方法，其主要是通过改变注浆浆液不同组分的温度，提高注浆浆液与被注入岩土体的温度差，利用浆液在温度升高时流动性增强的特性，获得浆液在岩土体孔隙和裂隙中的更大的扩散半径，提高浆液在土体和破碎岩石中的可注入特性，达到增强注浆效果的目的，同时浆液在岩土体中渗流和热传导的过程中改变了附近岩土体的温度性状，可获得注浆扩散范围的温度可监测特性。但是，该注浆方法存在的问题有：1、浆液温度的提升会改变浆液本身的和易性，降低其加固的性能；2、提升浆液温度是一种被动的方法，不能改变加固体的原有孔隙通透特性，即没有从根本上提高注浆的通道。

中国专利CN201110035395.5公开了地基处理组合物及其地基注入施工方法，地基处理组合物含有钢渣、粉煤灰、生石灰、硅灰、水玻璃、铝酸钙、石膏、二乙醇胺，其步骤是预先分别调制含有钢渣、粉煤灰和生石灰及水的A液以及含有铝酸钙、石膏和二乙醇胺和水的B液，将其分别注入地基中。但是，该注浆方法存在的问题有：1、组合物中化学成分复杂，对环境污染较大；2、该方法属于注入材料的改进，地下水长时间作用使得钢渣锈蚀，水玻璃老化等问题，将会大大降低地基处理效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于热力学原理的注浆加固方法，该方法通过物理方法来提高地基注浆效果，对地下环境无污染，施工工艺简单，对现有建筑物的基础影响较小，能够显著提升地基加固效果，不仅可进行常规地基处理还可应用于抗渗要求较高的工程等特点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种基于热力学原理的注浆加固方法，包括的设施设备有，提供冷空气(T<0℃)和热空气(20℃<T<35℃)输出的气源***及其附属控制阀门，该控制阀门经输气管与注浆管相连接；注浆压力泵经输气管与注浆机相连通，注浆机通过其附属控制阀门与注浆管连通，注浆管伸入岩土体的注浆孔中。注浆工程准备阶段，开孔机械选定开孔位置，校准孔位坐标，按照注浆设计书要求完成注浆孔的成孔作业。注浆作业时，注浆管伸入至注浆孔中设计书要求位置，先通过气源***向注浆管道输入冷空气(T<0℃)，冷空气的气流流速10m/s以上，使得注浆孔周围的岩土体因受到寒冷空气而冻结，冷空气注入持续的时间根据注浆岩土体空隙特性、处理深度、设计承载力要求综合确定。基于热力学原理可知，岩土体中的各种组分和矿物的膨胀系数不同，受到冷空气冻结后体积收缩不均匀，持续的冷空气使得岩土体中原本微小的裂隙及岩土体之间连接较弱的部位经冷空气受冻发生扩张，裂隙增大，注浆通道得到扩张，从根本上提高了浆液注入时的通透性。岩土体的降温冷缩工作完成后，打开注浆机控制阀门，调节气源***输出热空气，温度太低效果欠佳，温度太高影响浆液的和易性，温度控制为20℃<T<35℃，同时为了不引起浆液的离析，控制热空气气流不超过5m/s。将浆液和热空气同步注入注浆孔，热空气提升了浆液的流动性能，增加了注浆扩散距离，使得岩土体的有效加固范围从常规注浆包络线拓展至基于热力学注浆包络线，显著提升了注浆效果。随着注浆工程的进行，分阶段分步提升注浆管的位置，同时根据注浆设计要求，分析在下一阶段注浆位置是否需要采用上述基于热力学原理的注浆处理方法，直至整个注浆工作结束。完成注浆工作后，可根据实际复测检查结果判断是否需要再次注浆，若需要再次注浆则采用上述的工作流程，即在需要二次注浆的注浆孔中先注入冷空气(T<0℃)对岩土体进行降温冷冻，再将热空气(20℃<T<35℃，流速小于5m/s)和浆液同步注入，提升注浆效率，提高注浆加固效果。

进一步地，该注浆方法不仅可以用于常规地基处理之中，也可用于对抗渗要求较高的注浆工程之中，还可用于解决常规注浆过程中注浆孔堵塞问题。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：一种基于热力学原理的注浆加固方法，以加固地质体为出发点，基于岩土体中各单元体的冻胀差异性，通过热力学作用优化加固地质体的孔隙、裂隙结构，增大注浆路径，提升注浆效果，避免了使用化学方法加重对环境的污染；同时该方法施工工艺简单，容易操作，对现有建筑物的基础影响较小，显著提升地基加固效果；不仅可用于常规地基加固注浆还可用于抗渗要求较高的实践之中，适用范围广泛具有较大的工程实用价值。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的平面示意图；

附图标记说明：

1—气源*** 2—压缩机控制阀门

3—注浆机控制阀门 4—注浆机

5—常规注浆包络线 6—基于热力学注浆包络线

7—注浆压力泵 8—注浆管

9—注浆孔 10—岩土体

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示一种基于热力学原理的注浆加固方法的平面示意图，包括的设施设备有，可提供冷空气(T<0℃)和热空气(20℃<T<35℃)输出的气源***1及其附属控制阀门2，该控制阀门2经输气管与注浆管8相连接；注浆压力泵7经输气管与注浆机4相连通，注浆机4通过其附属控制阀门3与注浆管8连通，注浆管8伸入岩土体10的注浆孔9中。注浆工程准备阶段，开孔机械选定开孔位置，校准孔位坐标，按照注浆设计书要求完成注浆孔的成孔作业。注浆作业时，注浆管8伸入至注浆孔9中设计书要求的位置，先通过气源***向注浆管8输入冷空气(T<0℃)，冷空气的气流流速10m/s以上，使得注浆孔9周围的岩土体因受到寒冷空气而冻结，冷空气注入持续的时间根据注浆岩土体空隙特性、处理深度、设计承载力要求综合确定。基于热力学原理可知，岩土体中的各种组分和矿物的膨胀系数不同，受到冷空气冻结后体积收缩不均匀，持续的冷空气使得岩土体中原本微小的裂隙及岩土体之间连接较弱的部位经冷空气受冻发生扩张，裂隙增大，注浆通道得到扩张，从根本上提高了浆液注入时的通透性。岩土体的降温冷缩工作完成后，打开注浆机控制阀门，调节气源***输出热空气，温度太低效果欠佳，温度太高影响浆液的和易性，温度控制为20℃<T<35℃，同时为了不引起浆液的离析，控制热空气气流不超过5m/s。将浆液和热空气同步注入注浆孔9，热空气提升了浆液的流动性能，增加了注浆扩散距离，使得岩土体10的有效加固范围从常规注浆包络线5扩展至基于热力学注浆包络线6，显著提升了注浆效果。随着注浆工程的进行，分阶段分步提升注浆管8的位置，同时根据注浆设计要求，分析在下一阶段注浆位置是否需要采用上述基于热力学原理的注浆处理方法，直至整个注浆工作结束。完成注浆工作后，可根据实际复测检查结果判断是否需要再次注浆，若处理后不能满足设计要求，需要再次注浆，则采用上述的工作流程进行二次注浆，即在注浆孔中先注入冷空气(T<0℃)对岩土体进行降温冷冻，再将热空气(20℃<T<35℃，流速小于5m/s)和浆液同步注入，提升注浆效率，提高注浆加固效果。该注浆方法不仅可以用于常规地基处理之中，也可用于对抗渗要求较高的注浆工程之中，还可用于解决常规注浆过程中注浆孔堵塞问题。

Claims (3)

1.一种基于热力学原理的注浆加固方法，其特征是，设施设备包括：气源***、注浆管、注浆机以及注浆压力泵，其中，气源***及其附属控制阀门通过输气管与注浆管相连通，注浆机及其附属控制阀门通过输浆管与注浆管相连通，注浆压力泵通过输气管与注浆机相连接；

步骤1：注浆前开启气源***中的冷气功能，并将冷空气通过注浆管注入岩土体，对加固土体进行降温，完成冷空气注入工作；

步骤2：调节气源***的热气功能，将热空气和浆液同步注入岩土体中，随着浆液的注入，随时调节注浆深度。

2.如权利1所述的注浆加固方法，其特征是，完成注浆工作后，根据实际复测检查结果能否满足设计书要求，若不能满足要求，则需要二次注浆，循环步骤1、2，直至复测结果满足设计书要求，注浆结束。

3.如权利要求1所述的注浆加固方法，其特征是，控制冷空气的温度为T<0℃，注入的速度为10m/s以上；热空气的温度为20℃<T<35℃，注入的速度为5m/s以下。