CN113898379B - 一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩土工程技术领域，提供了一种实测注浆固结地层压力及参数优化的方法和装置，通过在注浆孔之间构建几何中心来对注浆孔进行检测，绘制P‑T曲线，解决注浆过程掌握地层内部的实际压力状况，并结合不同的地质条件，及时调整注浆参数(压力、孔距)，固结质量可得到有效保障、减少补注浆环节，提高功效；同时避免过度固结导致浆材浪费。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体而言，涉及一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法。
背景技术
隧道(洞)及地下工程开挖面(掌子面)前方围岩破碎软弱、构筑物(包括隧道(洞)及地下工程、桥梁、路基、房建等)的基底承载力弱，或下伏较厚的软弱层或岩溶填充物，等等，以土质或填充物为主的软弱或破碎的工程地质环境，常采用注浆方法对地层进行注浆加固，以提高承载力，控制变形，达到维持或提高地层的稳定性，同时，较桩(筏)基础施工有利于加快工程进度、节省投资。若遇含水地层，因有水的存在，注浆压力一旦大于静水压力，浆液扩散比较容易；而对于非含水(或含水率较小)地层，浆液扩散受注浆孔间距、注浆压力、地层的物理参数影响较大。
隧道(洞)及地下工程的超前注浆(水平向)或构建长物地基加固注浆(竖向为主)，其注浆参数都是根据经验事先选择，然后在现场进行试验确定。在试验验证参数阶段，判断浆液或浆脉是否有效填充注浆孔间的地层、固结密实，早期是根据注浆前后取的芯样(直观观察固结前后芯样物理参数的变化)、压水试验(前后地层的透水率变化)，后来又增加了静(动)力触探(承载力变化)，随着物探技术的发展，补充了弹性波或跨孔CT(波速变化)等方法，采用这些方法进行综合对比分析，是目前衡量固结灌浆质量较为常用的方法。该评价方法，也有其缺陷性，1)对比检测孔为总孔数的5％，代表性不强，存在局限性。经常发现验证孔质量满足要求，而还存在注浆效果极差的现象，比如隧道采用地面固结注浆后开挖，当掌子面开挖揭示时就会明显发现孔间的空隙(或土洞)在重叠区无浆(脉)、或局部仍然渗漏涌水(泥)现象；2)在试验过程中不能够及时发现浆液扩散范围及固结质量状况，做到及时修正参数，比如孔间距过大或压力过小、地层局部比较密实，可能发生扩散半径边缘无法有效重叠，就符合结束注浆条件而提前结束注浆等现象。3)注浆压力表读数摆动较大，掌握实际的进浆压力值经验性强，无法准确判断地层的实际注浆压力值，以至于影响浆液有效扩散。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法，可以解决注浆过程掌握地层内部的实际压力状况，并结合不同的地质条件，及时调整注浆参数(压力、孔距)，固结质量可得到有效保障、减少补注浆环节，提高功效；同时避免过度固结导致浆材浪费。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种实测注浆固结地层压力及参数优化的方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：物料准备，地形勘探，确定注浆孔的参数；S2：以注浆孔为点，在任意构成多边形单元的相邻注浆孔连线的几何中心处设置检测孔，然后取样编录，第一芯样；S3：在检测孔内埋设注浆压力检测装置；压力检测装置连接终端；S4：对注浆孔进行压力注浆；并记录注浆初始压力值Ps；同时通过压力检测装置记录压力随时间变化的曲线，即P-T曲线；S5：待注浆完成后且固结到设计强度后，钻验证孔并取样编录，第二芯样；S6：根据P-T曲线结合第一芯样和第二芯样的获得率、容/比重、浆脉填充描述等物理参数、结合其他检测与观测成果，***分析压力、孔距的合理性并优化注浆参数。
进一步的，在S3步骤中：压力检测装置设有至少两个，每个压力检测装置的水平高度与注浆分段齐平；压力检测装置用中细沙回填至顶端不小于10cm处。
进一步的，压力检测装置采用压力盒；S3和S4步骤之间还包括以下步骤：S31：将细绳打套圈住压力盒，并用透明胶将它与绳套粘住，之后再与略松的电缆系好侍用；S32：在安装孔深设计位置下方先投放约细砂，再次核定安装位置处的孔深，并在细绳上作好标识后，顺孔壁缓慢放入系好的压力盒直至标识处，保证压力计呈垂直状，并将细绳固定妥当；S33：再顺孔壁少量分5～10次投细砂覆盖住压力盒，随后用钻孔的土或填料填实；S34：敷设好电缆并放入集线箱内待用，初测检测仪器状态。
进一步的，注浆分序进行，其中各序孔可同时注浆，也可先后错开注浆，水灰比由大到小、压力由小到大逐级增加。
进一步的，同一检测孔内隔一个后退段再埋设一套备用。
一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置包括至少一个检测单元和压力记录仪；检测单元设置在任意构成多边形单元的相邻注浆孔连线的几何中心处，检测单元包括检测孔和设置在检测孔内部的压力检测装置，压力检测装置通讯连接压力记录仪。
进一步的，注浆孔从内之外依次包括：注浆管、压力浆液、袖阀管、软胶皮和套壳料，袖阀管上设有若干溢流孔。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1：直观测定地层注浆孔重叠处(薄弱位)的压力值，结合试验参数，用以优化注浆孔距离(或扩散半径)和注浆压力值。实现注浆固结质量合格率的保障，减少补注浆率，达到提高功效、同时控制过度固结，导致的浆材浪费，节省成本为目的。
2：可适用于水平、竖向或斜向等钻孔方式的任何复杂地层固结注(灌)浆，包括预注(超前)浆在内。
3：采取通用检测仪器，投入仪表不足万元、操作方法方便，判断分析容易。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法中的注浆孔的分布图；
图2为本发明提供的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法中的检测孔的分布图；
图3为本发明提供的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法中的检测孔的断面示意图；
图4为本发明提供的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法中的注浆孔的示意图；
图5为本发明提供的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法中的压力检测装置的安装示意图；
图6为本发明提供的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法中的压力检测装置的示意图；
图7为本发明提供的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置及方法中的P-T曲线图；
图标：1-注浆孔，2-检测孔，3-第二芯样，21-第一压力检测装置，22-第二压力检测装置，11-注浆管，12-压力浆液，13-袖阀管，14-软胶皮，15-套壳料，16-溢流孔，23-电缆线，24-尼龙绳，25-中细沙层，26-回填层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
一种实测注浆固结地层压力及参数优化的方法，包括以下步骤：
S1：物料准备，包括压力检测设备和注浆材料以及钻孔设备等，地形勘探，根据地形地貌确定注浆孔1的参数；如：对隧道进行参数设计；隧道穿越第四纪全新统坡洪积层，以含砾黏土(高液限，弱膨胀)和含黏土砾砂土为主，承载力150～200KPa，不满足设计要求，对隧底下15m范围采取复合桩基(袖阀管13+注浆固结)基础进行试验；对隧底以下15m范围及之间的两侧土体采用刚性袖阀管13复合桩注浆加固，两侧外扩不小于15度。刚性袖阀管13复合桩横向布孔间距2m，终孔间距3m，排距5m，交错布置。两侧各设一排加密袖阀管13复合围护桩，桩间距2m，终孔间距2m，外插角15°。共布置注浆孔190个；如图1所示。
S2：如图2所示，以注浆孔1为点，在任意构成多边形单元的相邻注浆孔1连线的几何中心处设置检测孔2，然后取样(第一芯样)编录；这里还是以上述90个注浆孔1为例，其构成了三角形，那么注浆孔1就应该设置在三角形的几何中心上，如图1，2所示；进一步的，开孔偏差±50mm、钻孔偏差控制在±L/150及以内(L：孔长)，取芯编录，包括计算芯样获得率、容(比)重等物理参数后并装箱。
S3：如图3，4，5，6所示，在检测孔2内埋设注浆压力检测装置；压力检测装置连接终端；具体的，压力检测装置为圆饼状，其安装过程如下：S31：将细绳打套圈住压力盒，并用透明胶将它与绳套粘住，之后再与略松的电缆系好侍用；S32：在安装孔深设计位置下方先投放约细砂，再次核定安装位置处的孔深，并在细绳上作好标识后，顺孔壁缓慢放入系好的压力盒直至标识处，保证压力计呈垂直状，并将细绳固定妥当；S33：再顺孔壁少量分5～10次投细砂覆盖住压力盒，随后用钻孔的土或填料填实；S34：敷设好电缆并放入集线箱内待用，初测检测仪器状态；需要说明的是，在本实施例中，每个检测孔2内的压力检测装置的数量根据注浆分段的数量决定；如：图所示，一般采用两个注浆分段，那么就采用两个压力检测装置；最后，中细砂回填至压力装置顶端20cm处止，利余孔段用注浆孔1钻孔的钻屑自然回填。
S4：对注浆孔1进行压力注浆；并记录注浆初始压力值Ps；同时通过压力检测装置记录压力随时间变化的曲线，即P-T曲线；具体的，注浆孔1需要准备注浆***，如下：制备浆液，当完成钻孔及袖阀管13安装后，待套壳料15具备注浆时机时，依序注浆；注浆压力表的表针应相对稳定，注浆设备宜配置空气储能器。
另外的，记录P-T曲线的过程如下：
⑴注浆初压估算Ps：注浆泵表针读数Ps＝劈裂软弱地层阻力(设计值P)+管道阻力-进浆口与出浆口间压差(ΔP)。因固结注浆水灰比可选2、1、0.7、0.5，变换由大到小。见于注浆管11道不长，该阻力可忽略，即Ps＝(P-ΔP)。式中：ΔP＝γ0ΔH，Ps—初值压力(MPa)，γ0—浆液容重(N/m3)、ΔH—表针标到溢浆口的高程差(m)，垂直向下注浆ΔH为正，向上注浆ΔH为负。P由设计给定。
⑵注浆分序进行，即Ⅰ序孔、Ⅱ序孔，其中各序孔可同时注浆，也可先后错开注浆(Ⅰ-1、Ⅰ-2)。水灰比由大到小、压力由小到大逐级增加，防止突变。
⑶全过程记录孔内外注浆压力随时间的变化，并绘成P—t曲线。时间起算以注浆击穿袖阀管13内益浆孔时刻起计算(此时浆液注入率会突然加大)。Ⅱ序孔注浆的初压值(P0)即为Ⅰ序孔结束后在Ⅱ序孔注浆前实测的压力值。同时Ⅱ序孔注浆升压时间相对较快、注入率变化相对较快，反应在P-T曲线上会有区别。
⑷注浆过程中如果压力装置读数没有反映：有两种可能，一是注浆压力过小或扩散半径过大、二是仪器不能正常工作。如果继续持续加大压力，浆液注入率也先随之增大后再逐渐下降，压力超量程时仍然无读数，证明仪器损坏可能性极大。见于此，同一检测孔2内隔一个后退段长度(约100cm)再埋设一套备用。
S5：待注浆完成后且固结到设计强度后，钻验证孔并取样(第二芯样3)编录；同时对固结区上方地面标高变化、隧道内还要对初支的变形进行观测记录；i：已经固结区；ii：为固结区，如图2所示。
S6：根据P-T曲线结合第一芯样和第二芯样3的获得率、容(比)重、浆脉填充描述等物理参数、结合其他检测(压水试验、触探、声波等)与观测成果，***分析压力、孔距的合理性并优化注浆参数。
过程如下：绘制孔内实测P-T曲线，同步记录孔外注浆压力表P-T变化、浆材的注入率变化。记录零点相同(以击穿溢浆孔时刻起算，此时注入率会突然增大)，P-T曲线绘在同一坐标系上，以便分析，P-T曲线如图7所示。
定性分析原则(受地层密度、孔隙率、压力、水灰比等多因素影响，无法实现定量分析)：
①孔内触发时间较短(t触)，注浆孔1孔间距离较小，当升压至稳压的时间较快，意味着压力偏大；若升压至稳压时间过长，意味着压力偏小。
②孔内触发时间较长(t触)，注浆孔1孔间距离较大，当升压至稳压时的间较快，意味着压力偏大；若升压至稳压时间过长，意味着压力偏小。
③孔内长时间不触发或升压至稳压时间过长，注浆孔1孔间距离较大或压力过小；若持续升压至压力计量程值仍不触发：仪器***故障或地层致密间距过大。
需要强调的是：1：当固结范围离地面距离较小时，应在注浆过程同步对地面进行标高、串冒浆等情况进行观察记录；2：同一套地层应进行至少设置两处检测装置，不同地层应另行埋置。装置埋设位置原则上靠近孔底方向。
在本实施例中，还包括一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置，适用于上述的方法，具体的，包括至少一个检测单元和压力记录仪；检测单元设置在任意构成多边形单元的相邻注浆孔1连线的几何中心处，检测单元包括检测孔2和设置在检测孔2内部的压力检测装置，压力检测装置通讯连接压力记录仪；注浆孔1从内之外依次包括：注浆管11、压力浆液12、袖阀管13、软胶皮14和套壳料15，袖阀管13上设有若干溢流孔16。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种实测注浆固结地层压力及参数优化的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：物料准备，地形勘探，确定注浆孔(1)的参数；
S2：以注浆孔(1)为点，在任意构成多边形单元的相邻注浆孔(1)连线的几何中心处设置检测孔(2)，然后取样编录，第一芯样；
S3：在检测孔(2)内埋设注浆压力检测装置；压力检测装置连接终端；
S4：对注浆孔(1)进行压力注浆；并记录注浆初始压力值Ps；同时通过压力检测装置记录压力随时间变化的曲线，即P-T曲线；
S5：待注浆完成后且固结到设计强度后，钻验证孔并取样编录，第二芯样(3)；
S6：根据P-T曲线结合第一芯样和第二芯样(3)的获得率、容/比重、浆脉填充描述物理参数、结合检测与观测成果，***分析压力、孔距的合理性并优化注浆参数；
在S3步骤中：所述压力检测装置设有至少两个，每个压力检测装置的水平高度与注浆分段齐平；所述压力检测装置用中细沙回填至顶端不小于10cm处；
所述压力检测装置采用压力盒；所述S3和S4步骤之间还包括以下步骤：
S31：将细绳打套圈住压力盒，并用透明胶将它与绳套粘住，之后再与略松的电缆系好待用；
S32：在安装孔深设计位置下方先投放细砂，再次核定安装位置处的孔深，并在细绳上作好标识后，顺孔壁缓慢放入系好的压力盒直至标识处，保证压力计呈垂直状，并将细绳固定妥当；
S33：再顺孔壁少量分5～10次投细砂覆盖住压力盒，随后用钻孔的土或填料填实；
S34：敷设好电缆并放入集线箱内待用，初测检测仪器状态。
2.如权利要求1所述的实测注浆固结地层压力及参数优化的方法，其特征在于：注浆分序进行，其中各序孔可同时注浆，也可先后错开注浆，水灰比由大到小、压力由小到大逐级增加。
3.如权利要求1所述的实测注浆固结地层压力及参数优化的方法，其特征在于：同一检测孔(2)内隔一个后退段再埋设一套备用。
4.一种实测注浆固结地层压力及参数优化的装置，适用于如权利要求1-3中任一项所述的一种实测注浆固结地层压力及参数优化的方法，其特征在于：包括至少一个检测单元和压力记录仪；所述检测单元设置在任意构成多边形单元的相邻注浆孔(1)连线的几何中心处，所述检测单元包括检测孔(2)和设置在检测孔(2)内部的压力检测装置，所述压力检测装置通讯连接压力记录仪。
5.如权利要求4所述的实测注浆固结地层压力及参数优化的装置，其特征在于，所述注浆孔(1)从内之外依次包括：注浆管(11)、压力浆液(12)、袖阀管(13)、软胶皮(14)和套壳料(15)，所述袖阀管(13)上设有若干溢流孔(16)。
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