CN219475290U - 一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，包括透明管、收集筒和支架，支架竖直固定在地面上，支架的下部安装有可调支撑架，可调支撑架上置有收集筒，透明管固定在支架的一侧，且透明管的下端与收集筒连接，透明管的下部安装有水龙头A，还包括循环***。本实用新型通过静水试验、动水试验能得到灌浆材料抗水侵能力的真实性能指标，包括结石率、不同时间对应的凝结强度、流动状态等，相较现有试验装置的间接数据更具可靠度，不仅能实现定水线长度的模拟测试，还能通过循环管道实现预设水线长度的模拟测试，同时透明管道利于观察灌注实际效果，以此评价装置优化提升材料的抗水侵能力，可以大大降低材料的消耗用量。

Description

一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置

技术领域

本实用新型涉及钻孔施工技术领域，特别是一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置。

背景技术

钻孔施工中经常会遇到钻孔漏失、钻孔涌水等复杂情况，其对材料消耗、泥浆质量、孔壁稳定等影响很大，增加了钻孔施工的难度和风险。漏涌严重时往往采用灌注胶凝材料进行堵漏、堵涌，使钻孔恢复正常。通常情况下钻孔内是存在大量水体的，包括地下水或泥浆。灌浆材料从孔口投入或泵入均会受到孔内水体的侵蚀，直接造成灌浆材料凝结不好甚至完全失效。灌浆材料抗水侵主要体现在穿越钻孔水体快速下落时，浆体会不断翻滚或分割成更小形态，整个表面会不断遭受孔内水体的侵蚀。灌浆材料所经过的水线越长，即含水孔段越长则侵蚀越严重。地表性能优良的胶凝材料用在钻孔灌浆时效果常打折扣，加大用量可部分抵御水侵，但仍然难以把控灌注质量。

因此，灌浆材料的抗水侵能力非常重要，通过提高此能力可有效提高材料利用率。国内灌浆材料抗水侵的试验评价装置及评价方法并不统一，灌浆材料途径水线的长度不同，侵蚀程度也不同。

现有技术存在如下缺点：

1、通过将灌浆材料倒入一定长度的水槽，通过不同水流速度的冲刷效果来评价抗水侵能力。但水槽中的浆体本身是不运动的，整体形态保持相对稳定，只在表面进行流水冲刷，运动状态模拟过于简单，孔内灌注浆体不但面临高速下落的冲刷，形体也在不断翻滚变化，实际情况远比此复杂；

2、通过在水面往一定深度水缸(0.5m)的模具中倒入灌浆材料，测试流失量、抗压强度等进行评价。往水缸中的模具倒入灌注材料，虽然能一定程度模拟，但距离过短，远不符合实际，超过一定距离水线完全失效的可能性很大，同时钻孔圆柱状的空间对浆体是有影响的，这个也没有模拟；

3、通过器皿中的磁力搅拌器带动水流转动，达到不同的水流速度，而形成对滤网内水泥浆液的冲刷，采用电导率测试仪测试浆体破坏的临界水流速度，以此来评价抗水侵能力。但通过电导率测试仪测定的临界水流速度是一个间接指标，实际灌浆材料到达孔底预定位置且发挥作用的部分具体有多少无法评价。

4、通过有水环境下向岩石模拟的钻孔内注入灌注浆体，测试胶凝面粘结强度进行评价。通过测试胶凝面粘结强度仅一个指标，且对水体冲刷侵蚀这个主要影响作用没有很好模拟，其粘结强度指标实际代表性不大。

为更好地模拟其在孔内实际流态，准确评估其抗水侵能力，故研发此试验评价装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，包括透明管、收集筒和支架，所述支架竖直固定在地面上，所述支架的下部安装有可调支撑架，所述可调支撑架上置有收集筒，所述透明管固定在支架的一侧，且所述透明管的下端与收集筒连接，所述透明管的下部安装有水龙头A。

进一步的，还包括循环***，所述循环***包括进水管、出水管、水池和大流量水泵，所述进水管的下端与收集筒的下部连通，上端与大流量水泵的出水口连接，所述大流量水泵置于水池的底部，所述出水管的一端与透明管的上端可拆卸式连接，另一端与水池连接，所述进水管的下端安装有水龙头B。

进一步的，所述收集筒的内侧套装有塑料袋。

进一步的，所述进水管的出水口出安装有滤网A，所述出水管的入水口处安装有滤网B。

进一步的，所述透明管和所述进水管分别通过抱箍固定在支架的两侧。

进一步的，所述滤网A和所述滤网B均为不锈钢滤网。

进一步的，所述大流量水泵的控制输入端与变频控制器的控制输出端连接。

本实用新型具有以下优点：

1、模拟灌浆材料在孔内运动的状况，包括钻孔的口径、钻孔内水线长度等，测试记录灌浆材料经过不同长度水线后，到达预定位置的结石率、凝结强度、凝结时间等相关参数，同时还应能直接观察浆体流态，真实客观地评价灌浆材料的抗水侵能力，更准确地指导材料研发和生产。

2、本实用新型通过静水试验、动水试验能得到灌浆材料抗水侵能力的真实性能指标，包括结石率、不同时间对应的凝结强度、流动状态等，相较大部分现有试验装置的间接数据更具可靠度。该装置不仅能实现8m的定水线长度的模拟测试，还能通过循环管道实现预设水线长度的模拟测试，同时透明管道利于观察灌注实际效果，便于抗水侵灌浆材料的研发改进。在实际应用中，具有优良抗水侵能力的灌注材料可以大大降低材料的消耗用量，对国民经济建设具有现实意义。

附图说明

图1为本实用新型的静水试验评价装置的结构示意图；

图2为本实用新型的动水试验评价装置的结构示意图；

图中：1-透明管，2-收集筒，3-水龙头A，4-支架，5-可调支撑架，6-抱箍，7-进水管，8-出水管，9-水池，10-大流量水泵，11-变频控制器，12-水龙头B，13-滤网A，14-滤网B。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1和图2所示，一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，包括透明管1、收集筒2和支架4，所述支架4竖直固定在地面上，所述支架4的下部安装有可调支撑架5，所述可调支撑架5上置有收集筒2，所述透明管1固定在支架4的一侧，且所述透明管1的下端与收集筒2连接，所述透明管1的下部安装有水龙头A3。在本实施例中，透明管1采用的无色透明有机玻璃管，模拟常用钻孔口径，透明管1的高度为8m，收集筒2的内径与透明管1的内径相同，收集筒2的高度0.5m，容积约4L，通过调节可调节支撑架5的高度，以防止水柱压漏。

进一步的，还包括循环***，所述循环***包括进水管7、出水管8、水池9和大流量水泵10，所述进水管7的下端与收集筒2的下部连通，上端与大流量水泵10的出水口连接，大流量水泵流量55000L/h，所述大流量水泵10置于水池9的底部，所述出水管8的一端与透明管1的上端可拆卸式连接，另一端与水池9连接，所述进水管7的下端安装有水龙头B12。

进一步的，所述进水管7的出水口出安装有滤网A13，所述出水管8的入水口处安装有滤网B14。

进一步的，所述透明管1和所述进水管7分别通过抱箍6固定在支架4的两侧。

进一步的，所述滤网A13和所述滤网B14均为不锈钢滤网，滤网直径110mm，放置并限位于管材接箍位置，滤网目数80-120目不等，根据具体浆体特性可适当调整，达到正常通水且不易渗浆的目的。

进一步的，所述大流量水泵10的控制输入端与变频控制器11的控制输出端连接，变频控制器为水泵异步电机变速器，可实现水泵流量按设计流量输出控制，模拟浆体孔内自由下落过程。

一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价方法，包括静水试验评价步骤和动水试验评价步骤：

使用所述的基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，该装置的静水试验不含循环***，如图1所示，所述静水试验评价步骤包括：

A1、将透明管1与收集筒2连接，在收集筒2内套装等直径桶状塑料袋，塑料袋方便材料取出，使收集筒能反复使用，向透明管1内注满清水；

A2、按设计配方调制5L灌浆材料，计时器记录调制搅拌开始时间，取2.5L从透明管1顶端均匀倒入，计时器记录倒入开始时间，控制在10s内倒完，剩余的2.5L装入与收集筒2形状相同的容器中留样对比；浆液的稠度以能达到施工工艺要求为准，如采用泵送即需满足抽吸要求，采用孔口直接灌入即需满足适宜流动性要求等。

A3、记录人员观察灌浆材料在透明管1内的流动状况，并记录水的浑浊程度、浆体沉淀时间t_沉、浆体下落形态，其中t_沉为开始倒入至浆液沉淀完毕的时间，浑浊程度分为清澈、较清澈、浑浊、完全浑浊，浆体下落形态分为块状、流线状、散体状、完全分散状，记录人员在记录透明管1内的流动状况时，采用录像方式记录整个下落过程，便于不同材料间相互对比；

A4、待沉淀完毕后，通过水龙头A3放出透明管1内的清水，取下收集筒2，一般收集筒2上部为灌浆材料的浮浆，不能凝结或凝结很差，浮浆越多抗水侵能力越差，记录结石高度h1、浮浆高度h2、灌浆材料凝固时间t_凝。其中，t_凝为材料调制搅拌至开始凝结形成强度的时间，此时材料已不易被水侵蚀污染，计算出沉淀体总高度h＝h1+h2，并计算出结石率：n＝h1/h*100％；

A5、形成强度后分别记录T1、T2、T3……Tn时间点对应的水下结石体强度σ1、σ2、σ3……σn，以及该时间点地表留样材料强度σ1′、σ2′、σ3′……σn′，Tn时间从调制浆液开始算起；

A6、从σn中找到满足预定强度对应的时间值Tx，Tx为下步生产的时间衔接点，比如进行扫孔操作；σn与σn′可对应了解灌浆材料水侵损失强度。强度采用SJY-800B贯入式砂浆强度检测仪进行测试，强度查询指标采用砌筑砂浆抗压强度换算表中的现场拌制水泥砂浆，使用贯入深度测量尺检测贯入深度，精度0.01mm，强度测试范围0.4MPa—16.1MPa，能做到方便快捷。

A7、进行定量评价和定性评价，其中：定量评价包括凝固时间t_凝、结石率n、凝结强度σ、达到预定强度对应的时间Tx，一般凝固时间需满足到正常灌注操作用时，结实率越高、凝结强度越大、达到预定强度对应的时间Tx越短，则灌浆材料的抗水浸能力越好；定性评价包括浑浊程度、浆体沉淀时间t_沉和浆体下落形态，浑浊状态越清澈、沉淀时间越短、下落形态越不易被水冲刷成微小颗粒，则灌浆材料的抗水浸能力越好。

使用所述的基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，该装置的动水试验含循环***，如图2所示，所述动水试验评价步骤包括：

B1、将透明管1与收集筒2连接，在进水管7内安装滤网A13，进水管7分别与收集筒2和大流量水泵10连接，在收集筒2内套装等直径桶状塑料袋，塑料袋底部贯通，向透明管1和水池9内注满清水；

B2、按设计配方调制5L灌浆材料，计时器记录调制搅拌开始时间，取2.5L从透明管1顶端均匀倒入，计时器记录倒入开始时间，控制在10s内倒完，剩余的2.5L装入与收集筒2形状相同的容器中留样对比；

B3、记录人员观察灌浆材料在透明管1内的流动状况，并记录水的浑浊程度、浆体沉淀时间t_沉、浆体下落形态，其中t_沉为开始倒入至浆液沉淀完毕的时间，记录人员在记录透明管1内的流动状况时，采用录像方式记录整个下落过程，便于不同材料间相互对比；

B4、待沉淀完毕后，在出水管8内装入滤网B14，将出水管8的一端与透明管1的顶端连接，另一端与水池9连接，启动大流量水泵10，按预定时间控制水流循环冲刷时间，停泵或至浆体明显失效为止，待浆液沉淀完毕，同时打开两侧水龙头A3和水龙头B12放水，取下收集筒2，并记录结石高度h1、浮浆高度h2、灌浆材料凝固时间t_凝。其中，t_凝为材料调制搅拌至开始凝结形成强度的时间，此时材料已不易被水侵蚀污染，计算出沉淀体总高度h＝h1+h2，并计算出结石率：n＝h1/h*100％；

B5、形成强度后分别记录T1、T2、T3……Tn时间点对应的水下结石体强度σ1、σ2、σ3……σn，以及该时间点地表留样材料强度σ1′、σ2′、σ3′……σn′，Tn时间从调制浆液开始算起；

B6、从σn中找到满足预定强度对应的时间值Tx，Tx为下步生产的时间衔接点，比如进行扫孔操作；σn与σn′可对应了解灌浆材料水侵损失强度。强度采用SJY-800B贯入式砂浆强度检测仪进行测试，强度查询指标采用砌筑砂浆抗压强度换算表中的现场拌制水泥砂浆，使用贯入深度测量尺检测贯入深度，精度0.01mm，强度测试范围0.4MPa—16.1MPa，能做到方便快捷。

B7、进行定量评价和定性评价，其中：定量评价包括凝固时间t_凝、结石率n、凝结强度σ、达到预定强度对应的时间Tx，一般凝固时间需满足到正常灌注操作用时，结实率越高、凝结强度越大、达到预定强度对应的时间Tx越短，则灌浆材料的抗水浸能力越好；定性评价包括浑浊程度、浆体沉淀时间t_沉和浆体下落形态，浑浊状态越清澈、沉淀时间越短、下落形态越不易被水冲刷成微小颗粒，则灌浆材料的抗水浸能力越好。

灌浆材料的抗水侵能力评价标准以定量评价为主、定性评价为辅的方式，两者协调统一。

定量评价包括凝固时间t_凝、结石率n、凝结强度σ、达到预定强度对应的时间Tx。灌浆材料若能正常凝结，结石率n代表材料能有效发挥作用的比例，通过Tn与σn的对应关系，找到预定强度对应的时间Tx为下部生产的时间衔接点。一般凝固时间需满足到正常灌注操作用时，结实率越高、凝结强度越大、达到预定强度对应的时间Tx越短，则灌浆材料的抗水浸能力越好。

定性评价包括浑浊状态、沉淀时间、下落形态等，一般浑浊状态越清澈、沉淀时间越短、下落形态越不易被水冲刷成微小颗粒，试验结果越好，这些均作为辅助评价标准。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，其特征在于：包括透明管(1)、收集筒(2)和支架(4)，所述支架(4)竖直固定在地面上，所述支架(4)的下部安装有可调支撑架(5)，所述可调支撑架(5)上置有收集筒(2)，所述透明管(1)固定在支架(4)的一侧，且所述透明管(1)的下端与收集筒(2)连接，所述透明管(1)的下部安装有水龙头A(3)。

2.根据权利要求1所述的一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，其特征在于：还包括循环***，所述循环***包括进水管(7)、出水管(8)、水池(9)和大流量水泵(10)，所述进水管(7)的下端与收集筒(2)的下部连通，上端与大流量水泵(10)的出水口连接，所述大流量水泵(10)置于水池(9)的底部，所述出水管(8)的一端与透明管(1)的上端可拆卸式连接，另一端与水池(9)连接，所述进水管(7)的下端安装有水龙头B(12)。

3.根据权利要求2所述的一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，其特征在于：所述收集筒(2)的内侧套装有塑料袋。

4.根据权利要求2所述的一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，其特征在于：所述进水管(7)的出水口出安装有滤网A(13)，所述出水管(8)的入水口处安装有滤网B(14)。

5.根据权利要求2所述的一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，其特征在于：所述透明管(1)和所述进水管(7)分别通过抱箍(6)固定在支架(4)的两侧。

6.根据权利要求4所述的一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，其特征在于：所述滤网A(13)和所述滤网B(14)均为不锈钢滤网。

7.根据权利要求2所述的一种基于钻孔灌浆材料的抗水侵评价装置，其特征在于：所述大流量水泵(10)的控制输入端与变频控制器(11)的控制输出端连接。