CN111877303B - 孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法，属于水利水电施工技术领域。其中，孔口管封固装置，包括孔口管、上支撑板、下支撑板和受力传递结构，所述受力传递结构连接上支撑板和下支撑板；注浆装置包括所述的孔口管封固装置，还包括套管和抗拉拔结构，抗拉拔结构包括筒体、两根顶杆、卡座、顶紧弹簧和限位杆。本发明公开的孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法中，下支撑板通过受力传递结构与上支撑板连接，并且下支撑板受到上支撑板的限制其位置不会移动，从而对土层施加向下的约束力，防止地面***以及管道变形，同时可有利于提高注浆压力和注浆量，扩大浆液的扩散和加固范围，节省钻孔数量，提高加固效果。

Description

孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法

技术领域

本发明涉及一种孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法，属于水利水电施工技术领域。

背景技术

近年来，我国岩溶区城市建设规模不断扩大，岩溶区城市的工程地质与水文地质环境极端复杂，城市地下工程建设极易改变区域地下水环境，导致上覆土层松散，上覆土层松散是诱发地面塌陷的直接因素，是治理地面塌陷的关键。灌浆技术作为水利水电建筑物地基加固处理中常用和重要的工程措施，在岩溶地段特殊地层的治理中具有广泛应用。

注浆法和开挖回填法是治理松散土层的最常采用的方法，开挖回填法需要对松散土层全部挖除，然后倒入粒径较大的碎石，然后浇筑混凝土，这种方法会对道路和地下管道产生破坏，严重影响了交通通行。注浆法需在松散土层分布区地面上钻设和均匀分布一定数量的钻孔，并由钻孔向治理地层内注入浆液，以达到加固松散土层的效果，在地面上开设钻孔通常要在孔口端埋设一段具有钻孔导向和注浆隔压作用的钢制孔口管。目前，孔口管封固通常采用顶部灌浆或模袋工艺实现密封和隔压作用，具体为：孔口管底部与土体间隙通过灌入水泥基材料实现密封，或者孔口管上绑扎模袋，通过注浆使模袋胀起来密封，但其在注浆过程中，较小的注浆压力就极易引起地面的***量过大，从而造成道路和地下浅埋管道破坏，且注浆加固效果不良。

综上所述，有必要设计一种新的孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法，来解决上述问题。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供了一种孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法，可避免地面***，有利于提高注浆压力和注浆量，并且安装拆卸方便，施工便捷。

本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：

一方面，本发明提供了一种孔口管封固装置，包括：

孔口管，所述孔口管的中部外螺纹；

上支撑板，所述上支撑板开设有螺纹孔，所述上支撑板通过所述螺纹孔与所述孔口管螺纹连接；

下支撑板，所述下支撑板上开设有通孔，所述孔口管自由穿过所述通孔；

受力传递结构，所述受力传递结构连接上支撑板和下支撑板。

优选的，所述孔口管的下端设置内螺纹或外螺纹。

优选的，所述受力传递机构为连杆或液压缸。

另一方面，本发明还提供了一种注浆装置，包括所述的孔口管封固装置，还包括：

套管，所述套管的上端与所述孔口管的下端可拆卸连接，所述套管的侧壁均布有注浆孔；

抗拉拔结构，所述抗拉拔结构设置在所述套管的底部；

所述抗拉拔结构包括：

筒体，所述筒体内贯穿设置有与筒体同轴设置的方形通道，所述筒体的筒壁相对开设有两个同轴设置的导向孔，所述导向孔的轴线垂直于所述筒体的轴线；

两根顶杆，每根所述顶杆分别自由穿过其中一个导向孔，两根顶杆的内部开设有与所述顶杆同轴设置的滑道；

卡座，所述卡座设置在所述方形通道内，所述卡座由一个顶板和垂直设置在所述顶板两侧底部的两个侧板构成，两个侧板的下端伸出所述方形通道，每个侧板均呈倒U形；

顶紧弹簧，所述顶紧弹簧设置在所述卡座内且顶紧弹簧的两端分别抵靠在两个侧板上；

限位杆，所述限位杆自由穿过所述顶紧弹簧，所述限位杆的两端穿出所述顶紧弹簧后再分别从所述卡座的两个侧板穿过，然后自由***所述顶杆内的滑道。

优选的，所述筒体上还开设有与所述方形通道连通的进浆通道。

优选的，所述顶板开设有进浆孔。

优选的，所述筒体螺纹连接在所述套管的底部。

优选的，所述限位杆包括第一杆体和设置在第一杆体两端的两个第二杆体，第二杆体的直径小于第一杆体的直径，第一杆体插设在所述顶紧弹簧内，第二杆体***所述滑道内。

优选的，所述套管的上部外侧围设模袋。

再一方面，本发明还提供了一种注浆方法，采用所述的注浆装置，包括如下步骤：

(1)将套管置入土层内的钻孔中，套管落在钻孔底后，抗拉拔结构的卡座向上顶起，顶紧弹簧伸长并作用在两根顶杆上，使顶杆端部作用在钻孔的孔壁上；

(2)在套管的上部套上模袋后向模袋内注入水泥-水玻璃浆液，使模袋膨胀封堵在套管与钻孔内壁之间；

(3)向套管中灌入一定量的膨胀自流平水泥，膨胀自流平水泥落到钻孔底部，在套管口处反复敲击，使膨胀自流平水泥在底部基岩内密实；

(4)待底部基岩内的膨胀自流平水泥达到强度和膨胀要求后，在地面安装下支撑板，使下支撑板上的通孔与钻孔对应；

(5)安装上支撑板，使上支撑板上的螺纹孔与下支撑板上的通孔对应，并通过受力传递结构将上支撑板与下支撑板连接；

(6)将孔口管的下端依次穿过上支撑板上的螺纹孔、下支撑板上的通孔后，旋转孔口管使孔口管与上支撑板上的螺纹孔以及置于钻孔内的套管的上端螺纹连接；

(7)在孔口管上连接注浆管注浆，使浆液从套管中流出渗入到土层中，达到注浆量设计要求后停止注浆；

(8)待注入土层内的浆液初凝后，依次卸掉注浆管、孔口管、上支撑板、受力传递结构和下支撑板。

本申请的有益效果包括但不限于：

本发明申请提供的孔口管封固装置、注浆装置及注浆方法，注浆过程中注浆压力向上传递作用在下支撑板，下支撑板通过受力传递结构与上支撑板连接，上支撑板因固定在孔口管上所以上支撑板的位置不会移动，所以下支撑板受到上支撑板的限制其位置也不会移动，从而对土层施加向下的约束力，防止地面***，避免浅层管道被抬升变形破坏，避免破坏路面，同时可有利于提高注浆压力和注浆量，扩大浆液的扩散和加固范围，节省钻孔数量，提高加固效果，并且安装拆卸方便，施工便捷，适用于水利水电施工。其中，抗拉拔结构能够有效保证套管与底部基岩的连接强度，保障施工顺利进行。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明申请提供的孔口管封固装置的结构示意图；

图2为本发明申请提供的孔口管封固装置中下支撑板的结构示意图；

图3为本发明申请提供的孔口管封固装置中上支撑板的结构示意图；；

图4为本发明申请提供的注浆装置的结构示意图；

图5为图4中A部的放大结构示意图；

图6为本发明申请提供的注浆装置中的抗拉拔结构的俯视图；

图7为图6的B-B向剖视图；

图8为本发明申请涉及的抗拉拔结构中筒体的俯视图；

图9为本发明申请涉及的另一种实施方式中抗拉拔结构中筒体的俯视图；

图10为图8的C-C向剖视图；

图11为本发明申请涉及的抗拉拔结构中顶杆的结构示意图；

图12为本发明申请涉及的抗拉拔结构中卡座的结构示意图；

图13为图12的俯视图；

图14为图12的右视图；

图15为本发明申请涉及的抗拉拔结构中限位杆的结构示意图；

图16为本发明申请涉及的抗拉拔结构在卡座顶起后的结构示意图；

图17为将本发明申请提供的注浆装置中套管和抗拉拔结构置入钻孔后的结构示意图；

图18为将本发明申请提供的注浆装置施工过程示意图；

图19为本发明申请提供的注浆装置在多钻孔应用时示意图；

图20为本发明申请提供的注浆装置在多钻孔应用时的状态示意图；

图21为本发明申请提供的注浆装置施工完成浆液凝固时的状态图；

图中，1、碳酸岩；2、松散土体；3、密实土体；4、素填土；5、地下管道；6、钻孔；7、注浆管；8、模袋注浆内管；

100、孔口管；200、上支撑板；210、螺纹孔；300、下支撑板；310、通孔；400、受力传递结构；500、套管；510、注浆孔；600、抗拉拔结构；610、筒体；611、方形通道；612、导向孔；613、进浆通道；620、顶杆；621、滑道；630、卡座；631、顶板；632、侧板；633、进浆孔；640、顶紧弹簧；650、限位杆；651、第一杆体；652、第二杆体；700、模袋。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

需说明，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施。因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明申请注浆施工区域自下而上包括：碳酸岩1、松散土体2、密实土体3和素填土4，地下管道5埋设在素填土内。注浆前，钻杆钻出钻孔6延伸至碳酸岩内。

如图1-图3中所示，本发明申请提供的孔口管封固装置，包括：

孔口管100，孔口管100的中部外螺纹；

上支撑板200，上支撑板200开设有螺纹孔210，上支撑板200通过螺纹孔210与孔口管100螺纹连接；

下支撑板300，下支撑板300上开设有通孔310，孔口管100自由穿过通孔310；

受力传递结构400，受力传递结构400连接上支撑板200和下支撑板300。

安装时，先将上支撑板200放置在地面，使上支撑板200上的螺纹孔210与下支撑板300上的通孔310对应，并通过受力传递结构400将上支撑板200与下支撑板300连接；然后，将孔口管100的下端依次穿过上支撑板200上的螺纹孔210、下支撑板300上的通孔310后，旋转孔口管100使孔口管100与上支撑板200上的螺纹孔210以及置于钻孔内的套管500的上端螺纹连接，即可完成孔口管100的封固，再安装好注浆管7即可进行注浆作业。

传统的孔口管封固方式在注浆过程中，注浆压力会向上传递会引起地面***，从而造成道路和地下浅埋管道破坏，且注浆加固效果不良。

而本发明申请提供的孔口管封固装置在施工时，孔口管100安装在套管500的上端，注浆前通过套管500向钻孔底部注入膨胀自流平水泥，待膨胀自流平水泥达到强度和膨胀要求后套管500被固定在钻孔内，孔口管100即随套管500被固定在土层内。在注浆过程中注浆压力向上传递作用在下支撑板300，下支撑板300通过受力传递结构400与上支撑板200连接，上支撑板200因固定在孔口管100上所以上支撑板200的位置不会移动，所以下支撑板300受到上支撑板200的限制其位置也不会移动，从而对土层施加向下的约束力，防止地面***，避免浅层管道被抬升破坏，避免破坏路面，同时可有利于提高注浆压力和注浆量，扩大浆液的扩散和加固范围，节省钻孔数量，提高加固效果。

待注入土层内的浆液初凝后，依次卸掉注浆管7、孔口管100、上支撑板200、受力传递结构400和下支撑板300，即可清理找平砂层，恢复路面通行。

为了便于装置安装，在优选的实施方式中，孔口管100的下端设置内螺纹或外螺纹，以与注浆时使用的套管500连接。

进一步的，受力传递机构选择为连杆或液压缸，选择液压缸时还能通过液压缸给下支撑板300施加一定外力。每个上支撑板200和下支撑板300之间通过2-4个受力传递结构400连接。

其次，如图4中所示，本发明还提供了一种注浆装置，除了包括上述孔口管封固装置，还包括套管500和设置在套管500底部的抗拉拔结构600。其中，套管500的上端与孔口管100的下端可拆卸连接，套管500的侧壁均布有注浆孔510。

优选的，套管500的上端与孔口管100的下端螺纹连接，孔口管100转动的过程中能与上支撑板200以及套管500通过螺纹配合旋紧连接。

抗拉拔结构600设置在套管500的底部，用于进一步增大注浆时套管500与底部基岩的连接强度。

具体的，如图5-图15中所示，抗拉拔结构600包括：

筒体610，具体参见图8-图10，筒体610内贯穿设置有与筒体610同轴设置的方形通道611，筒体610的筒壁相对开设有两个同轴设置的导向孔612，导向孔612的轴线垂直于筒体610的轴线；

两根顶杆620，具体参见图11，每根顶杆620分别自由穿过其中一个导向孔612，两根顶杆620的内部开设有与顶杆620同轴设置的滑道；

卡座630，具体参见图12-图14，卡座630设置在方形通道611内，卡座630由一个顶板631和垂直设置在顶板631两侧底部的两个侧板632构成，两个侧板632的下端伸出方形通道611，如图12中所示，每个侧板632均呈倒U形；

顶紧弹簧640，顶紧弹簧640设置在卡座630内且顶紧弹簧640的两端分别抵靠在两个侧板632上；

限位杆650，限位杆650自由穿过顶紧弹簧640，限位杆650的两端穿出顶紧弹簧640后再分别从卡座630的两个侧板632穿过，然后自由***顶杆620内的滑道621。

可以理解的，上述结构中孔口管100、套管500、筒体610均同轴设置。方形通道611是为了与方形卡座630相配合，约束方形卡座630只能在方形通道611内上下直线运动。

在上述结构中，在套管500下入钻孔前，先将抗拉拔结构600安装在套管500的底部，使顶紧弹簧640的两端抵靠在卡座630的两个侧板632上处于受压状态。如图16中所示，当套管500下到钻孔的底部时，卡座630的底部与钻孔底接触，卡座630向上顶开，顶紧弹簧640的两端将与侧板632脱离而失去支撑伸长，顶紧弹簧640伸长过程中将推动两根顶杆620向外移动，使顶杆620端部作用在钻孔的孔壁上。然后，通过套管500向钻孔底部注入膨胀自流平水泥，在膨胀自流平水泥以及顶杆620的双重加固下，套管500将被牢固的固定在钻孔内，提高装置的抗拉拔强度。

为了使膨胀自流平水泥能够顺利到达钻孔的底部以及抗拉拔结构600的内部而形成密实结构，在优选的实施方式中，如图9中所示，筒体610上还开设有与方形通道611连通的进浆通道613，分别连通在方形通道611的两侧，可供膨胀自流平水泥自套管500流入筒体610内。

进一步的，如图13中所示，顶板631开设有进浆孔633，也是为了使膨胀自流平水泥能够进入到卡座630内部形成密实结构。

为了方便安装拆卸，筒体610螺纹连接在套管500的底部。

更进一步的，为了使顶杆620端部与钻孔内壁之间的作用面积更大，在优选的实施方式中，顶杆620的端部直径变大。

其中，在上述结构中，限位杆650穿过顶紧弹簧640，并且两端***两根顶杆620中，目的是为了在卡座630向上顶起的过程中防止顶紧弹簧640也随着向上顶起。如图15中所示，在优选的实施方式中，限位杆650包括第一杆体651和设置在第一杆体651两端的两个第二杆体652，第二杆体652的直径小于第一杆体651的直径，第一杆体651插设在顶紧弹簧640内，第二杆体652***滑道621内。第二杆体652的直径较小，能够从倒U形的侧板632中间空腔区域伸出，防止干扰卡座630向上顶起，使顶紧弹簧640被顺利触发。可以理解的，顶紧弹簧640的直径大于滑道621的直径。

再次参考图4，为了使套管500竖直固定在钻孔的中心，在优选的实施方式中，在套管500的上部外侧围设模袋700，向模袋700内注入水泥-水玻璃浆液，使模袋700膨胀封堵在套管500与钻孔内壁之间，可使套管500与四周的钻孔内壁距离相同，竖直立在钻孔中心，并防止在后续注入膨胀自流平水泥过程中套管500位置移动。除此之外，还可采用灌浆工艺对套管500上部进行固定。

再次，本发明还提供了一种注浆方法，采用上述的注浆装置进行注浆，具体包括如下步骤：

(1)在松散土层分布区地面均匀钻设一定数量的钻孔，将在套管500的底部安装抗拉拔结构600后将套管500置入钻孔中，套管500落在钻孔底后，抗拉拔结构600的卡座630向上顶起，顶紧弹簧640伸长并作用在两根顶杆620上，使顶杆620伸出，顶杆620端部作用在钻孔的孔壁上；

(2)如图17中所示，在套管500的上部套上模袋后，通过模袋注浆内管8向模袋内注入水泥-水玻璃浆液，使模袋膨胀封堵在套管500与钻孔内壁之间；

(3)向套管500中灌入一定量的膨胀自流平水泥，膨胀自流平水泥落到钻孔底部，在套管500口处反复敲击，使膨胀自流平水泥在底部基岩内密实；

(4)待底部基岩内的膨胀自流平水泥达到强度和膨胀要求后，在地面安装下支撑板300，使下支撑板300上的通孔310与钻孔对应；

(5)安装上支撑板200，使上支撑板200上的螺纹孔210与下支撑板300上的通孔310对应，并通过受力传递结构400将上支撑板200与下支撑板300连接；

(6)将孔口管100的下端依次穿过上支撑板200上的螺纹孔210、下支撑板300上的通孔310后，旋转孔口管100使孔口管100与上支撑板200上的螺纹孔210以及置于钻孔内的套管500的上端螺纹连接；

(7)如图18及图19中所示，在孔口管100上连接注浆管7注浆，使浆液从套管500中流出渗入到土层中，达到注浆量设计要求后停止注浆；

(8)待注入土层内的浆液初凝后，依次卸掉注浆管7、孔口管100、上支撑板200、受力传递结构400和下支撑板300，清理找平砂层，恢复路面通行；施工完后土层内呈现图21中的状态。

图18示出的为单个钻孔施工时的结构示意图，图19示出为在土层钻设多个钻孔时的施工示意图；图20示出钻设多个钻孔时，每个钻孔对应安装一个下支撑板300和一个上支撑板200，下支撑板300尺寸较大，上支撑板200尺寸较小，各个下支撑板300彼此相靠将施工地面全部覆盖。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种注浆装置，其特征在于，包括孔口管封固装置、套管和抗拉拔结构，所述孔口管封固装置包括：

孔口管，所述孔口管的中部设有外螺纹；

上支撑板，所述上支撑板开设有螺纹孔，所述上支撑板通过所述螺纹孔与所述孔口管螺纹连接；

下支撑板，所述下支撑板上开设有通孔，所述孔口管自由穿过所述通孔；

受力传递结构，所述受力传递结构连接上支撑板和下支撑板；

所述套管的上部外侧围设模袋，所述套管的上端与所述孔口管的下端可拆卸连接，所述套管的侧壁均布有注浆孔；

所述抗拉拔结构设置在所述套管的底部，所述抗拉拔结构包括：

筒体，所述筒体内贯穿设置有与筒体同轴设置的方形通道，所述筒体的筒壁相对开设有两个同轴设置的导向孔，所述导向孔的轴线垂直于所述筒体的轴线；

两根顶杆，每根所述顶杆分别自由穿过其中一个导向孔，两根顶杆的内部开设有与所述顶杆同轴设置的滑道；

卡座，所述卡座设置在所述方形通道内，所述卡座由一个顶板和垂直设置在所述顶板两侧底部的两个侧板构成，两个侧板的下端伸出所述方形通道，每个侧板均呈倒U形；

顶紧弹簧，所述顶紧弹簧设置在所述卡座内且顶紧弹簧的两端分别抵靠在两个侧板上；

限位杆，所述限位杆自由穿过所述顶紧弹簧，所述限位杆的两端穿出所述顶紧弹簧后再分别从所述卡座的两个侧板穿过，然后自由***所述顶杆内的滑道。

2.根据权利要求1所述的注浆装置，其特征在于，所述筒体上还开设有与所述方形通道连通的进浆通道。

3.根据权利要求1所述的注浆装置，其特征在于，所述顶板开设有进浆孔。

4.根据权利要求1所述的注浆装置，其特征在于，所述筒体螺纹连接在所述套管的底部。

5.根据权利要求1所述的注浆装置，其特征在于，所述限位杆包括第一杆体和设置在第一杆体两端的两个第二杆体，第二杆体的直径小于第一杆体的直径，第一杆体插设在所述顶紧弹簧内，第二杆体***所述滑道内。

6.根据权利要求1所述的注浆装置，其特征在于，所述孔口管的下端设置内螺纹或外螺纹。

7.根据权利要求1所述的注浆装置，其特征在于，所述受力传递结构为连杆或液压缸。

8.一种注浆方法，其特征在于，采用权利要求1所述的注浆装置，包括如下步骤：

(1)将套管置入土层内的钻孔中，套管落在钻孔底后，抗拉拔结构的卡座向上顶起，顶紧弹簧伸长并作用在两根顶杆上，使顶杆端部作用在钻孔的孔壁上；

(2)在套管的上部套上模袋后向模袋内注入水泥-水玻璃浆液，使模袋膨胀封堵在套管与钻孔内壁之间；

(3)向套管中灌入一定量的膨胀自流平水泥，膨胀自流平水泥落到钻孔底部，在套管口处反复敲击，使膨胀自流平水泥在底部基岩内密实；

(4)待底部基岩内的膨胀自流平水泥达到强度和膨胀要求后，在地面安装下支撑板，使下支撑板上的通孔与钻孔对应；

(5)安装上支撑板，使上支撑板上的螺纹孔与下支撑板上的通孔对应，并通过受力传递结构将上支撑板与下支撑板连接；

(6)将孔口管的下端依次穿过上支撑板上的螺纹孔、下支撑板上的通孔后，旋转孔口管使孔口管与上支撑板上的螺纹孔以及置于钻孔内的套管的上端螺纹连接；

(7)在孔口管上连接注浆管注浆，使浆液从套管中流出渗入到土层中，达到注浆量设计要求后停止注浆；

(8)待注入土层内的浆液初凝后，依次卸掉注浆管、孔口管、上支撑板、受力传递结构和下支撑板。

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