專利名稱：一種鉆灌一體、自上而下、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，具體為一種鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，主要是適用于對(duì)結(jié)構(gòu)松散、軟弱等不良地質(zhì)體進(jìn)行基礎(chǔ)加固與防滲灌漿處理，可廣泛用于水電、市政、鐵道與公路橋梁、港口、機(jī)場(chǎng)等領(lǐng)域?qū)λ缮?、軟弱等不良地質(zhì)體進(jìn)行基礎(chǔ)加固與防滲灌漿處理。
背景技術(shù)：
我國(guó)在建的托口水電站河灣地塊白堊系紅層底部分布有巨厚層鈣質(zhì)礫巖(K1—1)，大多呈全 強(qiáng)風(fēng)化狀，碎塊、砂礫復(fù)合結(jié)構(gòu)，軟硬 疏密不均，透水率10-50LU中等透水，屬IV V類巖體。中國(guó)專利申請(qǐng)CN102535472A公開(kāi)了一種孔管封填、高壓沖擠灌漿的方法，該灌漿方法分為三步，先采用鉆機(jī)鉆孔、再進(jìn)行灌漿段孔管封填、然后由孔底采用自下而上的灌漿方法進(jìn)行灌漿；在鉆孔時(shí)，采用濃泥漿進(jìn)行排渣與鉆孔護(hù)壁。托口水電站河灣地塊灌漿研究表明，受白堊系紅層特別是底部風(fēng)化礫巖層結(jié)構(gòu)性狀制約，采用常規(guī)的灌漿工藝普遍存在如下問(wèn)題
1、成孔鉆進(jìn)極易(崩)分解成沙礫，鉆孔孔壁很不穩(wěn)定；
2、孔口封閉灌漿局部容易產(chǎn)生劈裂難以起壓；
3、灌漿易出現(xiàn)“水平夾餅”無(wú)效灌注問(wèn)題突出；
4、常規(guī)的帷幕布孔結(jié)構(gòu)難以建造合格的帷幕。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)我國(guó)在建的托口水電站河灣地塊白堊系紅層防滲灌漿地層特性，本發(fā)明旨在提供一種鉆灌一體、自上而下、高壓沖擊灌漿的方法，該方法將鉆孔、灌漿、護(hù)壁合為一體，鉆灌時(shí)采用灌漿液作為沖洗液，鉆頭上部安裝單向接頭和螺旋接頭組成螺旋密封高壓沖擠灌漿頭，通過(guò)螺旋密封高壓沖擠灌漿頭螺旋密封作用與單缸單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵脈沖效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全孔段鉆灌一體，自上而下連續(xù)高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧孔內(nèi)排渣與孔壁保護(hù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特點(diǎn)是，包括如下步驟
1)根據(jù)鉆灌孔徑規(guī)格配置螺旋密封高壓沖擠灌漿頭，鉆灌采用灌漿液作為沖洗液，通過(guò)灌漿泵向孔底進(jìn)行脈沖式壓漿，在螺旋密封高壓沖擠灌漿頭作用下，進(jìn)行鉆灌一體，自上而下對(duì)地層進(jìn)行高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧排渣與鉆孔護(hù)壁；
2)鉆灌速度為10-20cm/min，灌漿有效壓力控制在3.OMPa以上；單孔灌漿結(jié)束后，進(jìn)行孔內(nèi)充填封孔灌漿，遇孔內(nèi)承壓水時(shí)，采用孔口屏漿和閉漿處理。以下為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案
當(dāng)遇松散或架空地層鉆灌難以起壓時(shí)，原位采用濃漿或膏漿進(jìn)行充填與低壓擠密灌注，起壓后再按照上述步驟I)和2)進(jìn)行鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿。
為了提高灌漿液的利用率，在鉆灌孔口安裝有孔口回漿收集、沉淀裝置，沉淀處理后回漿采用泥漿泵轉(zhuǎn)抽至灌漿儲(chǔ)漿桶進(jìn)行循環(huán)使用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述螺旋密封高壓沖擠灌漿頭的結(jié)構(gòu)為，包括螺旋接頭，連接在螺旋接頭下端的單向接頭，連接在單向接頭底端的全斷面鉆頭；所述單向接頭為一種單向下進(jìn)上出結(jié)構(gòu)，該單向接頭內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制高壓沖擠漿體單向沖擠灌入地層的單向閥球；所述螺旋接頭表面開(kāi)有螺旋槽。當(dāng)然，本發(fā)明還可以采用另一種結(jié)構(gòu)形式，所述螺旋密封高壓沖擠灌漿頭的結(jié)構(gòu)為，包括螺旋接頭，連接在螺旋接頭上端的單向接頭，連接在螺旋接頭下端的全斷面鉆頭；所述單向接頭為一種單向下進(jìn)上出結(jié)構(gòu)，該單向接頭內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制高壓沖擠漿體單向沖擠灌入地層的單向閥球；所述螺旋接頭表面開(kāi)有螺旋槽。其中單向接頭的上端直接與鉆機(jī)的立軸鉆桿下端固定相連。
所述螺旋接頭的螺旋外徑，根據(jù)地層送軟情況，要求比所述全斷面鉆頭的外徑大
2-8_，以確保螺旋密封效果與灌漿起壓。所述螺旋槽優(yōu)選為左旋螺旋槽。所述螺旋接頭優(yōu)選采用65Mn彈簧鋼或40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼，表面淬火，HRC=45_55。所述灌漿泵優(yōu)選為單杠單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵。本發(fā)明所述的灌漿液為普通水泥漿液或水泥粘土穩(wěn)定漿液；所述穩(wěn)定漿液是指水固質(zhì)量比為O. 7:1— 1: 1，且漿液析水率小于5%的普通水泥漿液或水泥粘土漿液。進(jìn)一步地，所述濃漿為水固質(zhì)量比小于O. 5:1的普通水泥漿液或水泥粘土漿液；所述膏漿為普通水泥漿液或水泥粘土漿液摻加復(fù)合材料，形成的一種膏狀樣漿體。所述復(fù)合材料為增塑劑、速凝劑等。以下對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述
一種鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，包括如下步驟
1)根據(jù)地層條件確定鉆灌孔徑規(guī)格，配置鉆頭、單向接頭、螺旋接頭等組成螺旋密封高壓沖擠灌衆(zhòng)頭；
2)鉆灌采用灌漿液作為沖洗液，通過(guò)單缸單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵向孔底進(jìn)行脈沖壓漿，在I)所述螺旋密封高壓沖擠灌漿頭組合功能作用下，實(shí)現(xiàn)鉆灌一體，自上而下對(duì)地層進(jìn)行高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧排渣與鉆孔護(hù)壁。3)孔口安裝孔口回漿收集、沉淀裝置，沉淀處理后回漿采用泥漿泵轉(zhuǎn)抽至灌漿儲(chǔ)漿桶進(jìn)行循環(huán)使用；
4)鉆灌速度結(jié)合地層條件控制在10-20cm/min，灌漿有效壓力控制在3. OMPa以上。遇松散或架空地層鉆灌難以起壓時(shí)，采用濃漿或膏漿進(jìn)行灌注，起壓后再進(jìn)行鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿。遇特別松軟地層，可采用加大螺旋接頭外徑和加長(zhǎng)螺旋接頭長(zhǎng)度，確保螺旋密封效果與沖擠高壓的實(shí)施。5 )單孔鉆灌可一次完成。單孔灌漿結(jié)束后，進(jìn)行孔內(nèi)充填封孔灌漿，遇孔內(nèi)承壓水時(shí)，可采用孔口屏漿和閉漿處理。本發(fā)明的所述全斷面鉆頭、單向接頭和螺旋接頭組成螺旋密封高壓沖擠灌漿頭，鉆灌時(shí)采用灌漿液作為沖洗液，通過(guò)螺旋密封高壓沖擠灌漿頭螺旋密封作用與單缸單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵脈沖效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全孔段鉆灌一體，自上而下連續(xù)高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧孔內(nèi)排渣與孔壁保護(hù)。
所述灌漿液為普通水泥或水泥粘土穩(wěn)定漿液，所述螺旋密封高壓沖擠灌漿頭結(jié)構(gòu)為，包括全斷面鉆頭、單向接頭，螺旋接頭。所述全斷面鉆頭可采用地質(zhì)鉆孔常用的合金、復(fù)合片或金剛石全斷面鉆頭；所述單向接頭，為一種單向下進(jìn)上出結(jié)構(gòu)，內(nèi)置鋼球重錘作用，自動(dòng)控制高壓沖擠漿體單向沖擠灌入地層，防止因脈沖負(fù)壓而產(chǎn)生的孔內(nèi)鉆屑倒灌堵塞螺旋密封高壓沖擠灌漿頭；所述螺旋接頭，接頭表面加工出左旋螺旋槽，當(dāng)鉆灌正轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)時(shí)，可對(duì)鉆灌漿液產(chǎn)生推進(jìn)力，形成一種螺桿泵壓入效應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)鉆灌沖擠壓力創(chuàng)造條件。所述螺旋接頭，螺旋外徑一般要比全斷面鉆頭外徑大2-8mm ;所述螺旋密封接頭，采用65Mn彈簧鋼或40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼，表面淬火，HRC=45-55。本發(fā)明公開(kāi)的一種鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，是繼孔管封填、高壓沖擠灌漿工藝之后再一次提出的一種全新灌漿工法。本功法把鉆孔、灌漿、護(hù)壁合為一體，鉆孔時(shí)采用灌漿液作為沖洗液，鉆頭上部安裝螺旋密封接頭與單向接頭組成螺旋密封高壓沖擠灌漿頭，配合單缸單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵脈沖擁擠效應(yīng)產(chǎn)生灌漿沖擠壓力，實(shí)現(xiàn)鉆灌一體，自上而下對(duì)地層進(jìn)行高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧排渣與鉆孔護(hù)壁，鉆灌與護(hù)孔結(jié)合，工藝操作較孔管封填、高壓沖擠灌漿工藝更為簡(jiǎn)便，功效更高，質(zhì)量有保證。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明將鉆孔、灌漿、護(hù)壁合為一體，鉆灌時(shí)采用灌漿液作為沖洗液，通過(guò)螺旋密封高壓沖擠灌漿頭螺旋密封作用與單缸單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵脈沖效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)全孔段鉆灌一體，自上而下連續(xù)高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧孔內(nèi)排渣與孔壁保護(hù)。工藝操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)環(huán)保。可根據(jù)不同的工程要求，采用不同的孔排距布孔方式，達(dá)到理想的灌漿質(zhì)量效果?？蓮V泛用于水電、市政、鐵道與公路橋梁、港口、機(jī)場(chǎng)等領(lǐng)域?qū)λ缮ⅰ④浫醯炔涣嫉刭|(zhì)體進(jìn)行基礎(chǔ)加固與防滲灌漿處理。


圖I是本發(fā)明的鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿工藝示意圖。圖2是本發(fā)明的一種螺旋密封高壓沖擠灌漿頭結(jié)構(gòu)圖。在圖中
I-螺旋密封高壓沖擠灌漿頭；2-地質(zhì)鉆機(jī)；
3-單缸單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵；4-制漿儲(chǔ)漿桶；
5-泥漿泵；6-孔口回漿收集、沉降裝置；7-鉆灌進(jìn)漿管；
8-鉆灌回漿管；9-螺旋接頭；10-單向接頭；11-全斷面鉆頭。
具體實(shí)施例方式一種采用如上所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，如圖I所示，具體步驟為
(I)根據(jù)地層條件及其工程設(shè)計(jì)要求，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定鉆灌孔、排間距。(2)鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿工藝設(shè)備及布置見(jiàn)附圖2 :鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿工藝示意圖。(3)鉆灌施工宜采用動(dòng)力頭鉆機(jī)也可采用普通機(jī)械傳動(dòng)地質(zhì)鉆機(jī)2 ;灌漿泵宜采用單缸單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵3，灌漿泵工作壓力應(yīng)大于5. OMPa,單次脈沖量應(yīng)大于I. 0L，單作用脈沖頻率30次/min —100次/min為宜。(4)孔口設(shè)置鉆灌回漿收集與鉆屑沉淀處理裝置，配置回漿轉(zhuǎn)送泥漿泵，用作孔口返出的回漿經(jīng)沉淀處理后轉(zhuǎn)抽至灌漿儲(chǔ)漿桶進(jìn)行循環(huán)使用；
(5)采用Φ50πιπι或Φ54mm普通地質(zhì)鉆桿作為鉆桿，鉆桿內(nèi)徑應(yīng)不小于20mm，鉆桿下面連接螺旋密封高壓沖擠灌漿頭。如圖2所示，所述螺旋密封高壓沖擠灌漿頭結(jié)構(gòu)為，包括全斷面鉆頭、單向接頭、螺旋接頭。所述全斷面鉆頭可采用地質(zhì)鉆孔常用的合金、復(fù)合片或金剛石全斷面鉆頭；所述單向接頭，為一種單向下進(jìn)上出結(jié)構(gòu)，內(nèi)置鋼球重錘作用，自動(dòng)控制高壓沖擠漿體單向沖擠灌入地層，防止因脈沖負(fù)壓而產(chǎn)生的孔內(nèi)鉆屑倒灌堵塞螺旋密封高壓沖擠灌漿頭；所述螺旋密封接頭，接頭表面加工出左旋螺旋槽，當(dāng)鉆灌正轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)時(shí)，可對(duì)鉆灌漿液產(chǎn)生推進(jìn)力，形成一種螺桿泵壓入效應(yīng)，為實(shí)現(xiàn)鉆灌沖擠壓力創(chuàng)造條件。所述螺旋接頭的螺旋外徑一般要比鉆頭外徑大2-8mm ;所述螺旋接頭，采用65Mn彈簧鋼或40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼，表面淬火，HRC=45-55。(6)鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿按照分排、分序加密原則，每排孔灌漿可分 II序或III序施工。(7)鉆灌采用灌漿液作為鉆孔沖洗液，灌漿液可采用普通水泥或水泥粘土穩(wěn)定漿液。所述穩(wěn)定漿液是指水固質(zhì)量比為O. 7:1— 1:1，且漿液析水率小于5%的普通水泥或水泥粘土漿液；
(8)鉆灌速度結(jié)合地層條件控制在10-20cm/min，灌漿有效壓力控制在3. OMPa以上。遇松散或架空地層鉆灌難以起壓時(shí)，采用濃漿或膏漿進(jìn)行灌注，起壓后再進(jìn)行鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿。遇特別松軟地層，可采用加大螺旋接頭外徑和加長(zhǎng)螺旋接頭長(zhǎng)度，確保沖擠高壓的實(shí)施。所述濃漿為水固質(zhì)量比小于O. 5:1普通水泥或水泥粘土漿液；所述膏漿為普通水泥漿液或水泥粘土漿液摻加增塑劑、速凝劑等復(fù)合材料，形成的一種膏狀樣漿體。(9)單孔鉆灌可一次完成。單孔灌漿結(jié)束后，進(jìn)行孔內(nèi)充填封孔灌漿，遇孔內(nèi)承壓水時(shí)，可采用孔口屏漿和閉漿處理。(10)灌漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家與行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和工程要求由設(shè)計(jì)制定。質(zhì)量檢查方法主要依據(jù)設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一般采用原狀取樣、壓水試驗(yàn)、物探測(cè)試、力學(xué)試驗(yàn)等。上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說(shuō)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(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，包括如下步驟 1)根據(jù)鉆灌孔徑規(guī)格配置螺旋密封高壓沖擠灌漿頭(I)，鉆灌采用灌漿液作為沖洗液，通過(guò)灌漿泵(3)向孔底進(jìn)行脈沖式壓漿，在螺旋密封高壓沖擠灌漿頭作用下，進(jìn)行鉆灌一體，自上而下對(duì)地層進(jìn)行高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧排渣與鉆孔護(hù)壁； 2)鉆灌速度為10-20cm/min，灌漿有效壓力控制在3.OMPa以上；單孔灌漿結(jié)束后，進(jìn)行孔內(nèi)充填封孔灌漿，遇孔內(nèi)承壓水時(shí)，采用孔口屏漿和閉漿處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，遇松散或架空地層鉆灌難以起壓時(shí)，原位采用濃漿或膏漿進(jìn) 行充填與低壓擠密灌注，起壓后再按照權(quán)利要求I步驟I)和2)進(jìn)行鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，在鉆灌孔口安裝有孔口回漿收集、沉淀裝置(6)，沉淀處理后回漿采用泥漿泵(5)轉(zhuǎn)抽至灌漿儲(chǔ)漿桶(4)進(jìn)行循環(huán)使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，所述螺旋密封高壓沖擠灌漿頭的結(jié)構(gòu)為，包括螺旋接頭(9)，連接在螺旋接頭(9)下端的單向接頭(10)，連接在單向接頭(10)底端的全斷面鉆頭(11);所述單向接頭(10)為一種單向下進(jìn)上出結(jié)構(gòu)，該單向接頭(10)內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制高壓沖擠漿體單向沖擠灌入地層的單向閥球；所述螺旋接頭表面開(kāi)有螺旋槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，所述螺旋密封高壓沖擠灌漿頭的結(jié)構(gòu)為，包括螺旋接頭(9)，連接在螺旋接頭(9)上端的單向接頭(10)，連接在螺旋接頭(9)下端的全斷面鉆頭(11);所述單向接頭(10)為一種單向下進(jìn)上出結(jié)構(gòu)，該單向接頭(10)內(nèi)設(shè)有自動(dòng)控制高壓沖擠漿體單向沖擠灌入地層的單向閥球；所述螺旋接頭表面開(kāi)有螺旋槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，所述螺旋接頭(9)的螺旋外徑比所述全斷面鉆頭(11)的外徑大2-8_，所述螺旋槽為左旋螺旋槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，所述螺旋接頭采用65Mn彈簧鋼或40Cr合金結(jié)構(gòu)鋼，表面淬火，HRC=45_55。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，所述灌漿泵(3)為單杠單作用往復(fù)式柱塞灌漿泵。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，所述灌漿液為普通水泥漿液或水泥粘土穩(wěn)定漿液；所述水泥粘土穩(wěn)定漿液的水固質(zhì)量比為0.7:1-1:1,且漿液析水率小于5%的普通水泥漿液或水泥粘土漿液。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，其特征在于，所述濃漿為水固質(zhì)量比小于O. 5:1的普通水泥漿液或水泥粘土漿液；所述膏漿為普通水泥漿液或水泥粘土漿液摻加復(fù)合材料，形成的一種膏狀樣漿體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉆灌一體、自上而下、高壓沖擠灌漿的方法，主要適用于對(duì)結(jié)構(gòu)松散、軟弱等不良地質(zhì)體進(jìn)行基礎(chǔ)加固與防滲灌漿處理。本發(fā)明根據(jù)鉆灌孔徑規(guī)格配置螺旋密封高壓沖擠灌漿頭，鉆灌采用灌漿液作為沖洗液，通過(guò)灌漿泵向孔底進(jìn)行脈沖式壓漿，在螺旋密封高壓沖擠灌漿頭作用下，進(jìn)行鉆灌一體，自上而下對(duì)地層進(jìn)行高壓沖擠灌漿，灌漿液同時(shí)兼顧排渣與鉆孔護(hù)壁。該灌漿方法灌漿全孔連續(xù)均勻，工藝操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)環(huán)保?？筛鶕?jù)不同的工程要求，采用不同的孔排距布孔方式，達(dá)到理想的灌漿質(zhì)量效果。
文檔編號(hào)E02D3/12GK102839651SQ201210348150
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者陳安重, 劉良平, 舒王強(qiáng), 周運(yùn)東, 楊松林, 彭春雷, 張貴金 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院