專利名稱：一種孔管封填、高壓沖擠灌漿的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地基基礎(chǔ)加固與防滲處理灌漿領(lǐng)域，具體為一種“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，主要適用于對破碎、松軟等不良地質(zhì)體進行基礎(chǔ)加固與防滲灌漿處理。
背景技術(shù)：
我國在建的向家壩水電站大壩壩基存在構(gòu)造擠壓破碎帶等不良地質(zhì)體，關(guān)系到壩基應(yīng)力變形和滲透穩(wěn)定，是向家壩水電站工程關(guān)鍵技術(shù)問題。目前我國對于構(gòu)造擠壓破碎帶處理多采用“常規(guī)水泥灌漿”、“化學(xué)漿液灌漿”等工藝進行灌漿處理。因構(gòu)造擠壓破碎帶中巖體多為碎屑結(jié)構(gòu)、孔隙細微、強度較低、可灌性差等特性，常規(guī)水泥灌漿效果較差，而化學(xué)灌漿材料環(huán)保性、成本經(jīng)濟性、結(jié)構(gòu)耐久性、工藝復(fù)雜性等諸多問題，給推廣應(yīng)用帶來一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
針對我國在建的向家壩水電站壩基存在的地質(zhì)構(gòu)造擠壓破碎帶巖體灌漿特性，本發(fā)明旨在提供一種“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，該方法是一種基于灌漿出漿口三維封閉、原位高壓沖擠式回轉(zhuǎn)提升灌注的全新灌漿技術(shù)。灌漿前先對灌漿孔段與灌漿管組之間采用快凝固化料進行封填，孔段內(nèi)封填體與灌漿管組下端單向高壓沖擠灌漿頭形成三維封閉結(jié)構(gòu)，灌漿時孔段內(nèi)自下而上進行原位高壓沖擠回轉(zhuǎn)提升灌注，達到對灌漿地層實施有效、均勻的控制性高壓沖擠、劈裂與滲透灌漿。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特點是，包括如下步驟
1)進行灌漿段鉆孔，下入灌漿管組，清孔；
2)灌漿前對灌漿孔段與灌漿管組之間采用快凝固化料進行封填，灌漿段封填體與灌漿管組下端的單向高壓沖擠灌漿頭形成三維封閉結(jié)構(gòu)；
3)灌漿時通過所述單向高壓沖擠灌漿頭，在三維封閉條件下對灌漿孔段自下而上進行原位高壓沖擠灌注；
4)灌漿過程中，根據(jù)單位灌入量Q(L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制，直至整個灌漿段高壓沖擠灌注結(jié)束；灌漿過程中根據(jù)單位灌入量Q (L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制。進一步地，所述灌漿過程中根據(jù)單位灌入量Q (L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制為灌漿每回轉(zhuǎn)提升一定距離x，按照Px ^ Ps和Qx ^ Qs灌漿提升標準進行判斷與控制，其中Px為灌漿回轉(zhuǎn)提升一定距離X所達到的灌漿沖擠壓力(MPa)值，Qx 為提升一定距離X單位灌入量(L/m)計算值；PS為設(shè)計最小灌漿沖擠壓力(Mpa)值，Qs為設(shè)計最小灌入量(L/m)，例如，當回轉(zhuǎn)提升一定距離X為0. Im時，按照Pai彡P(guān)s和Qai彡Q設(shè)灌漿提升標準進行判斷與控制，其中Pai為灌漿回轉(zhuǎn)提升0. Im所達到的灌漿沖擠壓力(MPa) 值，Qa1為提升0. Im單位灌入量(L/m)計算值；PS為設(shè)計最小灌漿沖擠壓力(Mpa)值，Qs為設(shè)計最小灌入量(L/m)。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述灌漿段鉆孔為自上而下分段鉆孔，所述高壓大于 3MPa，灌漿過程中，按照設(shè)計最小灌漿沖擠壓力P (Mpa)和最小單位灌入量Q (L/m)要求， 進行回轉(zhuǎn)提升速度判斷與控制，按照上述步驟1) 4)的順序自上而下循環(huán)鉆孔灌注直至完成全孔段高壓沖擠灌漿，每個灌漿段的長度為10nT50m，相鄰兩個灌漿段之間相互搭接Im 以上。全孔段灌漿完成后進行封孔灌漿。本發(fā)明所述灌漿前先對灌漿孔段與灌漿管組之間采用快凝固化料進行封填，是指根據(jù)鉆孔孔壁穩(wěn)定性自上而下分段進行灌漿段鉆孔，灌漿前先下入灌漿管組，灌入快凝固化封填料，封填體與灌漿管組下端單向高壓沖擠灌漿頭形成三維封閉結(jié)構(gòu)。所述快凝固化封填料，即根據(jù)孔管一體封填凝固時間與封填料后期強度要求，所采用的一種快凝固化材料。為便于封填灌注施工，固化材料分成甲乙兩個組分，甲組分主要由硫鋁水泥熟料、穩(wěn)定劑等組成；乙料由石膏、石灰、粉煤灰、穩(wěn)定劑等組成，封填灌注施工采用甲乙兩組份對等與水混合后灌入，水固比1: 1，封填灌注I小時后，抗壓強度大于 0.5MPa。所述灌漿時孔段內(nèi)自下而上進行原位高壓沖擠回轉(zhuǎn)提升灌注，即借助封填體與灌漿管組下端單向高壓沖擠灌漿頭形成的三維封閉結(jié)構(gòu)對灌漿孔段自下而上進行原位沖擠回轉(zhuǎn)提升灌注，其灌注材料可采用普通硅酸鹽水泥、磨細水泥或超細水泥。所述沖擊式回轉(zhuǎn)提升灌注，即采用單杠灌漿泵，借助單作用低頻高壓沖擠灌注產(chǎn)生“堵車效應(yīng)”，達到對地層實施控制性高壓沖擠、劈裂與滲透灌注。所述單向高壓沖擠灌漿頭的結(jié)構(gòu)為，包括密封上接頭和導(dǎo)向鉆頭，所述密封上接頭和導(dǎo)向鉆頭通過一單向閥座相連；所述密封上接頭內(nèi)具有中空通道A ;所述單向閥座設(shè)有進漿通道D與出漿通道C，所述進漿通道D連通中空通道A，出漿通道C連通漿液出口 ；所述單向閥座與導(dǎo)向鉆頭之間設(shè)有過漿通道B，該過漿通道B與進漿通道D連通；所述出漿通道C內(nèi)設(shè)有實現(xiàn)出漿通道C與過漿通道B通斷的單向閥球。當有高壓漿液經(jīng)中空通道A、進漿通道D、進入過漿通道B時，單向閥球打開，高壓漿液經(jīng)過出漿通道C和漿液出口沖擠灌入地層，反之單向閥球重錘下落封閉閥座，穩(wěn)定高壓沖擠灌漿能量。所述單向閥球為耐磨鋼球，耐磨鋼球置于單向閥座的出漿通道C內(nèi)；所述單向閥座具有U型的進漿通道D與出漿通道C，所述出漿通道C頂部設(shè)有工藝堵塞。所述灌漿組管下端的單向高壓沖擠灌漿頭，其作用為與封填體形成三維封閉結(jié)構(gòu)，為實施原位高壓沖擠灌漿創(chuàng)造條件；單向鋼球可控制高壓沖擠漿體依次經(jīng)過進漿口、中空通道A、進漿通道D、過漿通道B、出漿通道C，然后從出漿口單向沖擠灌入地層，穩(wěn)定高壓沖擠灌漿能量；單向高壓沖擠灌漿頭上下焊接的合金片用作灌漿管組下入不到位或灌漿上提受阻時進行回轉(zhuǎn)掃孔。根據(jù)“孔管封填、高壓沖擠”灌漿機理，本發(fā)明首次提出一種全新的采用量壓比I (I=Q/P)進行灌漿效果分析的方法。所述采用量壓比I (Q/P)進行灌漿效果分析方法，即高壓沖擠灌漿效果應(yīng)遵循隨孔序加密量壓比I (I=Q/P)減小，也即①隨孔序加密，若單位灌入量不變，則沖擠灌漿壓力提高；②隨孔序加密，若沖擠灌漿壓力不變，則單位灌入量減少。 “孔管封填、高壓沖擠”灌漿末序孔量壓比值為10-1。本發(fā)明的有益效果是灌漿前先對灌漿孔與灌漿管組采用快凝固化料進行封填，灌漿段封填體與灌漿管組下端單向高壓沖擠灌漿頭形成三維封閉結(jié)構(gòu)，灌漿時孔段內(nèi)自下而上進行原位高壓沖擠回轉(zhuǎn)提升灌注，灌漿過程中根據(jù)單位灌入量Q (L/m)和灌漿沖擠壓力P(MPa)進行回轉(zhuǎn)提升控制，確保能達到對灌漿地層實施有效、均勻的高壓沖擠、劈裂與滲透灌漿，灌漿結(jié)構(gòu)體強度高、耐久性好、經(jīng)濟環(huán)保，可廣泛用于水電、市政、鐵道、公路、橋梁、 港口等領(lǐng)域?qū)ζ扑椤⑺绍浀炔涣嫉刭|(zhì)體基礎(chǔ)加固與防滲灌漿處理。


圖I是本發(fā)明一種實施例的結(jié)構(gòu)原理圖2是本發(fā)明一種實施例的工藝流程圖3是本發(fā)明所述單向高壓沖擠灌漿頭的結(jié)構(gòu)示意圖4是圖3的0-0剖視圖5是采用本發(fā)明的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿前鉆孔芯樣照片；
圖6是采用本發(fā)明的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿后檢查鉆孔芯樣照片；
圖7是采用本發(fā)明的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿后擠密膠結(jié)芯樣照片。在圖中
I-密封上接頭； 2-導(dǎo)向鉆頭； 3-單向閥座； 4-堵塞；
5-止?jié){密封槽； 6-耐磨鋼球； 7-隔板；8-漿料出口 ；
A-中空通道； B-過漿通道； C-出漿通道； D-進漿通道。
具體實施例方式一種采用如上所述“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，具體步驟為
(I)鉆孔與灌漿提升采用全液壓動力頭鉆機；沖擠灌漿宜采用專用高壓(> IOMPa)單缸單作用灌漿泵，也可采用目前國內(nèi)現(xiàn)有三缸高壓灌漿泵保留一個柱塞(卸去兩個柱塞)來實現(xiàn)單缸單作用沖擠灌漿，單次沖擠量0. 3—IL為宜，沖擠頻率30次/min —100次/min。(2)鉆孔分段依據(jù)孔壁穩(wěn)定性及設(shè)備、機具能力確定，采取全孔一次鉆孔或自上而下每IOm — 50m作為一個灌漿段長。灌漿孔孔徑采用O 75mm或O91mm。灌漿段鉆孔完成后進行孔內(nèi)沖洗，沖洗至孔口返出清水止。(3)采用50mm或54mm平接頭連接的鉆桿兼做灌衆(zhòng)管,灌衆(zhòng)管組下接專用的帶止?jié){槽的單向高壓沖擠灌漿頭。如圖3所示，所述單向高壓沖擠灌漿頭，其作用為與封填體形成三維封閉結(jié)構(gòu)，為實施原位高壓沖擠灌漿創(chuàng)造條件；單向鋼球可控制高壓沖擠漿體依次經(jīng)過進漿口、中空通道A、進漿通道D、過漿通道B、出漿通道C，然后從出漿口單向高壓沖擠灌入地層，穩(wěn)定高壓沖擠灌漿能量；單向高壓沖擠灌漿頭上下焊接的合金片用作灌漿管組下入不到位或灌漿上提受阻時進行回轉(zhuǎn)掃孔。單向高壓沖擠灌漿頭的各部件的材質(zhì)選用40Cr或45#合金鋼，并進行嚴格的熱處理；所述單向閥座加工時單向閥座3的座口不倒角，裝配時采用單向鋼球與閥座沖擊配合倒角，以確保單向閥密封配合可靠。采用“孔管封填、高壓沖擠”灌漿技術(shù)灌漿時，單向高壓沖擠灌漿頭連接于灌漿管組下端，下入灌漿孔內(nèi)前緊固各連接件，并檢查鋼球與閥座的密封性，每次灌漿完后進行拆卸沖洗與單向性能檢查。(4)“孔管封填、高壓沖擠”灌漿按照分序加密原則，一般灌漿分II序或III序施工。(5) “孔管封填、高壓沖擠”灌漿工藝流程參見附圖2 孔管封填、高壓沖擠”灌漿工藝流程圖。(6)地質(zhì)構(gòu)造擠壓破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)體固結(jié)或防滲灌漿處理宜采用磨細水泥或超細水泥漿液，并加入適量改性劑；漿液配比可采用1:1、1.5:1或2:1，并根據(jù)地層可灌性選擇使用。(7)灌漿過程中，根據(jù)單位灌入量Q (L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制，直至整個灌漿段高壓沖擠灌注結(jié)束；所述灌漿過程中根據(jù)單位灌入量Q (L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制，為灌漿每回轉(zhuǎn)提升0. lm，按照 P0.! ^ Qa1 ^ 0^瞿漿提升標準進行判斷與控制，其中Pai為灌漿回轉(zhuǎn)提升0. Im所達到的灌漿沖擠壓力(MPa)值，Qai為提升0. Im單位灌入量(L/m)計算值；PS為設(shè)計最小灌漿沖擠壓力(Mpa)值，Qs為設(shè)計最小灌入量(L/m)。(8)灌漿效果分析可依據(jù)量壓比I (I=Q/P)分序變化值進行。“孔管封填、高壓沖擠”灌漿末序孔量壓比值，一般可達到10-1。(9)灌漿質(zhì)量標準主要依據(jù)現(xiàn)行國家與行業(yè)技術(shù)標準和工程要求由設(shè)計制定。質(zhì)量檢查方法主要依據(jù)設(shè)計質(zhì)量標準一般采用原狀取樣、壓水試驗、物探測試、力學(xué)試驗等。灌漿后的檢查鉆孔芯樣照片如圖6所示，灌漿后擠密膠結(jié)芯樣照片如圖7所示。上述實施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當理解為這些實施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種“孔管封填、高壓沖擠”灌漿方法，其特征在于，包括如下步驟1)進行灌漿段鉆孔，下入灌漿管組，清孔；2)灌漿前對灌漿孔段與灌漿管組之間采用快凝固化料進行封填，灌漿段封填體與灌漿管組下端的單向高壓沖擠灌漿頭形成三維封閉結(jié)構(gòu)；3)灌漿時通過所述單向高壓沖擠灌漿頭，在三維封閉條件下對灌漿孔段自下而上進行原位高壓沖擠灌注；4)灌漿過程中，根據(jù)單位灌入量Q(L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制，直至整個灌漿段高壓沖擠灌注結(jié)束；灌漿過程中根據(jù)單位灌入量Q (L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，所述灌漿過程中根據(jù)單位灌入量Q (L/m)和灌漿沖擠壓力P (MPa)進行自下而上回轉(zhuǎn)提升控制為灌漿每回轉(zhuǎn)提升一定距離x，按照Px ^ Qx ^ 9^灌漿提升標準進行判斷與控制，其中Px為灌漿回轉(zhuǎn)提升一定距離X所達到的灌漿沖擠壓力(MPa)值，Qx為提升一定距離X單位灌入量(L/m)計算值；PS為設(shè)計最小灌漿沖擠壓力(Mpa)值，Qs為設(shè)計最小灌入量(L/m)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，所述灌漿段鉆孔為自上而下分段鉆孔，所述高壓大于3MPa，灌漿過程中，按照設(shè)計最小灌漿沖擠壓力P 與最小單位灌入量Q要求，進行回轉(zhuǎn)提升速度判斷與控制；按照步驟1) 4)的順序自上而下分段循環(huán)鉆孔灌注直至完成全孔段高壓沖擠灌漿，并進行全孔段封孔灌漿。
4.根據(jù)權(quán)利要求f3之一所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，所述快凝固化料分成甲乙兩個組分，甲組分包括硫鋁水泥熟料、穩(wěn)定劑；乙組分包括石膏、石灰、 粉煤灰、穩(wěn)定劑；封填灌注施工時將甲、乙兩組分對等與水混合后灌入，水固比為1:1，封填灌注I小時后，抗壓強度大于0. 5MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求f3之一所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，所述灌注的材料為普通水泥、磨細水泥或超細水泥。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，所述單向高壓沖擠灌漿頭的結(jié)構(gòu)為，包括密封上接頭(I)和導(dǎo)向鉆頭(2)，所述密封上接頭(I)和導(dǎo)向鉆頭(2)通過一單向閥座(3)相連；所述密封上接頭(I)內(nèi)具有中空通道(A);所述單向閥座(3 )設(shè)有進漿通道(D )與出漿通道(C);所述進漿通道(D )連通中空通道(A )，出漿通道 (C)連通漿液出口( 8 );所述單向閥座(3 )與導(dǎo)向鉆頭(2 )之間設(shè)有過漿通道(B )，該過漿通道(B)與進漿通道(D)連通；所述出漿通道(C)內(nèi)設(shè)有實現(xiàn)出漿通道(C)與過漿通道(B)通斷的單向閥球(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，所述單向閥球為耐磨鋼球(6)，耐磨鋼球(6)置于單向閥座(3)的出漿通道(C)內(nèi)；所述單向閥座(3)具有U型的進漿通道(D)與出漿通道(C)，所述出漿通道(C)頂部設(shè)有工藝堵塞(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，單向高壓沖擠灌漿頭上部開有多條止?jié){密封槽(5)，單向高壓沖擠灌漿頭的上部和底端均設(shè)有合金片。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，每個灌漿段的長度為10nT50m，相鄰兩個灌漿段之間相互搭接Im以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求f3之一所述的“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，其特征在于，采用量壓比I (I=Q/P)進行灌漿效果分析；所述量壓比I為沖擠灌漿單位灌入量Q (L/m)與沖擠灌漿壓力P (Mpa)之比Q/p;所述采用量壓比I (I=Q/P)進行灌漿效果分析方法為，高壓沖擠灌漿遵循隨孔序加密量壓比I (I=Q/P)減小，即①隨孔序加密，若單位灌入量不變，則沖擠灌漿壓力提高；②隨孔序加密，若沖擠灌漿壓力不變，則單位灌入量減少；“孔管封填、 高壓沖擠”灌漿末序孔量壓比值為10-1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種“孔管封填、高壓沖擠”灌漿的方法，主要適用于對破碎、松軟等不良地質(zhì)體加固與防滲灌漿處理。本發(fā)明灌漿前先對灌漿孔段與灌漿管組之間采用快凝固化料進行封填，灌漿段封填體與灌漿管組下端單向高壓沖擠灌漿頭形成三維封閉結(jié)構(gòu)，灌漿時孔段內(nèi)進行原位自下而上高壓沖擠回轉(zhuǎn)提升灌注；灌漿過程中根據(jù)單位灌入量Q(L/m)和灌漿沖擠壓力P(MPa)進行控制，灌漿效果分析可依據(jù)量壓比I(I=Q/P)分序變化值進行。本發(fā)明確保能達到對灌漿地層實施有效、均勻的高壓沖擠、劈裂與滲透灌漿，灌漿結(jié)構(gòu)體強度高、耐久性好、經(jīng)濟環(huán)保。
文檔編號E02D3/12GK102535472SQ20121004945
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者劉曉豐, 劉良平, 盧賢偉, 周運東, 曾祥喜, 潘江洋, 胡大可, 舒王強, 詹前波, 陳安重 申請人:中國水電顧問集團中南勘測設(shè)計研究院