灌漿方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種灌漿方法，包括以下步驟：1）確定灌漿區(qū)域，按照設(shè)計方案完成灌漿孔和灌漿通道的布設(shè)；2）基于灌漿孔的孔間距和裂隙的寬度確定要灌漿的砂漿的流動性能和粘度；3）進(jìn)行灌漿砂漿的配合比設(shè)計，得到性能滿足要求的灌漿砂漿系列配合比；4）根據(jù)得到的配合比生產(chǎn)配置出滿足各項指標(biāo)要求且性能穩(wěn)定的灌漿砂漿；5）將灌漿砂漿通過灌漿孔灌注，直至灌漿孔滿，完成單孔灌漿；6）按照設(shè)計的灌漿排序和孔序，逐孔完成灌注，直至完成本灌漿區(qū)域內(nèi)所有灌漿孔的灌注。該灌漿方法可調(diào)節(jié)灌漿砂漿流動性能和粘度，適用于不同裂隙寬度（毫米級及以上寬度裂隙）和擴(kuò)散距離的灌漿需求。
【專利說明】灌漿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種灌漿方法，具體涉及一種填充毫米級及以上寬度裂隙的灌漿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]灌漿是通過堵塞開敞的地質(zhì)缺陷來減少滲漏或加固地層、地基或建筑物的一項工程。一般是把漿液壓送到地層或建筑物地基的裂隙、斷層破碎帶或建筑物本身的接縫、裂縫中，從而提高被灌地層或建筑物的抗?jié)B性和整體性。目前世界上用于灌漿堵漏加固技術(shù)的材料有兩大類型:一類是以有機(jī)高分子材料為基礎(chǔ)的化學(xué)灌漿材料；另一種是以水泥為主的無機(jī)灌漿材料。相比前者，后者無機(jī)灌漿材料由于無污染，符合環(huán)保要求；老化年限長，成本低，固結(jié)體強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來取得了迅速發(fā)展。
[0003]在灌漿施工中，大空隙地層灌漿經(jīng)常遇到的一個問題是，如在覆蓋層強(qiáng)滲失地層、基巖大裂隙地層、斷層破碎帶或巖溶地層中進(jìn)行灌漿時，漿材耗量大、工效低、施工成本高，并且工程質(zhì)量難以達(dá)到設(shè)計要求。對于此類大空隙地層的灌漿，傳統(tǒng)的解決方法主要有兩種類型:①通過控制性灌漿方法來控制灌漿量；②摻入砂子減少水泥用量。按照所控制參數(shù)的種類，控制性灌漿方法大致可以分為三種:
[0004](I)調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時間。根據(jù)調(diào)節(jié)凝結(jié)時間的方法可以分為內(nèi)摻和外摻促凝劑兩種。外摻促凝劑形成速凝漿液，如水泥水玻璃等漿材，通過灌漿漿材與促凝漿液混合實現(xiàn)凝結(jié)時間的調(diào)節(jié)，主要靠凝結(jié)速度控制漿液的擴(kuò)散。該方法施工工藝和控制技術(shù)較復(fù)雜、結(jié)石強(qiáng)度低。通過在較濃水泥濃漿摻入促凝劑和其它改善漿體流變特性或凝結(jié)特性的外加劑、摻合料形成促凝濃漿，在漿液具有一定可泵性條件下，加快漿液塑性強(qiáng)度的增長并縮短漿液凝結(jié)時間，從而可用來控制漿液的擴(kuò)散。促凝漿液配比要求配料精度較高，而且組成也較復(fù)雜，在工程現(xiàn)場配制難度較大。且受凝結(jié)時間的限制，難以高摻廉價摻合料，造價成本較聞。
[0005](2)調(diào)節(jié)流動性能。膏狀漿液是通過在水泥漿中摻加一定量的輔助材料攪拌而成的塑性屈服強(qiáng)度大于50Pa的超穩(wěn)定性漿液，摻加輔助材料的作用是使膏漿有更大的保水性和更高的粘度。針對地層可灌性的不同，可以根據(jù)需要配制不同粘度的膏狀漿液，還可以配置速凝膏漿或摻加纖維，提高漿液的抗水流沖刷能力。膏狀漿液通常都是針對大空隙地層，流動性差、粘度高，其中一個關(guān)鍵問題是漿液擴(kuò)散距離的控制問題。通常通過灌漿壓力來控制漿液在大空隙地層中的擴(kuò)散距離，但是這種方法對泵壓要求高，且施工速度較慢，對于大規(guī)模施工來說難以把握。
[0006]3)調(diào)節(jié)灌漿范圍。對于溶洞、空腔等特大缺陷，充填碎石(級配料)、鋸末、木屑、蛙石、棉籽殼、水泥袋或其他纖維片，可以有效降低灌漿范圍。然后再用普通水泥、粘土、砂及水混合漿或速凝膨脹型漿灌注碎石堆石體。該灌漿方法的缺點(diǎn)是不易施工，充填料充填困難，灌漿材料在空隙中的充填范圍不易控制。要么充填范圍過大，浪費(fèi)材料；要么充填范圍過小，灌漿后難以形成連續(xù)的防滲體，往往還需要反復(fù)灌注水泥漿才能夠形成合格的帷幕?，F(xiàn)有一種模袋灌漿技術(shù)，將特定形狀、尺寸的土工模袋下放到灌漿部位，向模袋內(nèi)進(jìn)行充填灌漿，在灌漿壓力作用下模袋膨脹，模袋內(nèi)水泥漿中的水分由袋內(nèi)析出，而水泥顆粒保留在模袋中形成灌漿體。水泥漿液在模袋中凝固，在水下不具有分散性，當(dāng)水流較大時不會被沖失；模袋在灌漿壓力作用下能產(chǎn)生變形，去適應(yīng)不同形狀的大裂隙、洞穴。模袋灌漿的關(guān)鍵是壓力和灌漿速率的控制。該灌漿方法主要適用于溶洞、空腔等特大缺陷的情況，對于一般的寬大裂隙不適用，且灌漿成本較高。
[0007]在裂隙發(fā)育、耗漿量巨大的巖體中灌漿時，常采用水泥砂漿灌注。灌注水泥砂漿的優(yōu)點(diǎn):漿液流動度較小，不易流失，結(jié)石強(qiáng)度高，粘結(jié)力強(qiáng)，耐久性和抗?jié)B性好，砂料可就地取材，節(jié)約水泥。但是常規(guī)水泥砂漿不穩(wěn)定，在灌注過程中總會產(chǎn)生一定程度的分離現(xiàn)象，淤堵進(jìn)漿通道，漿液中漿體部分?jǐn)U散過遠(yuǎn)，從而形成浪費(fèi)或所處理孔隙充填不飽滿。為了改善砂漿性能，可在砂漿中摻入塑化劑、膨潤土或粉煤灰，提高漿液穩(wěn)定性。而且由于砂漿流動性小，在自流狀態(tài)下擴(kuò)散距離小，難以達(dá)到灌漿需求。對于常規(guī)砂漿，為了保證漿液的穩(wěn)定性和流動性，通常所攜帶的砂率不宜過高，一般膠砂比不超過1:1。
[0008]水泥基灌漿材料是由水泥、集料、外加劑和礦物摻合料等原材料經(jīng)工廠化生產(chǎn)的干混料，加水拌合均勻后具有高流動性、不離析、微膨脹等良好工藝特性及硬化快、早期強(qiáng)度高的性能特點(diǎn)，自20世紀(jì)90年代起，在設(shè)備安裝領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。這種灌漿材料性能穩(wěn)定，有不同的型號以適應(yīng)不同寬度空隙填充的需求。但是作為定制產(chǎn)品，成本高，不適用于大規(guī)模灌漿應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中，很多人員也針對以上問題進(jìn)行了各種有益的嘗試，如郭蕾等基于普通硅酸鹽水泥、河砂、細(xì)石等現(xiàn)場材料，通過摻加開發(fā)的灌漿劑生產(chǎn)適用于實際情況的水泥基灌漿材料，成本低廉；另外劉小兵等通過摻加萘系減水劑、葡萄糖酸鈉、石膏等，利用普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、中砂配置得到水泥基灌漿材料，膠砂比1:1。但現(xiàn)有技術(shù)仍存在以下問題:為了保證水泥基灌漿材料的性能，膠砂比一般不宜超過1:1.5，水泥等膠凝材料用量仍然相對較高，不利于成本控制；而且這種灌漿材料只能調(diào)節(jié)流動性能以適應(yīng)不同灌漿需求，不能同時調(diào)節(jié)材料粘度、控制擴(kuò)散距離以節(jié)約漿材消耗量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可調(diào)節(jié)灌漿砂漿流動性能和粘度，適用于不同寬度裂隙和擴(kuò)散距離的灌漿需求的灌漿方法。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，提供一種灌漿方法，包括以下步驟:
[0011]I)確定灌漿區(qū)域，按照設(shè)計方案完成灌漿孔和灌漿通道的布設(shè)；
[0012]2)基于灌漿孔的孔間距和裂隙的寬度確定要灌漿的砂漿的流動性能和粘度；
[0013]3)基于材料進(jìn)行灌漿砂漿的配合比設(shè)計，得到性能滿足要求的灌漿砂漿系列配合比；
[0014]4)根據(jù)得到的配合比生產(chǎn)配置出滿足各項指標(biāo)要求且性能穩(wěn)定的灌漿砂漿；
[0015]5)將灌漿砂漿通過灌漿孔灌注，直至灌漿孔滿，完成單孔灌漿。
[0016]6)按照設(shè)計的排序和孔序，逐孔完成灌漿，直至完成本灌漿區(qū)域內(nèi)所有灌漿孔的灌注。
[0017]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，在步驟2)中，通過調(diào)整灌漿砂漿的流動性能和粘度以適用于不同裂隙寬度(毫米級及以上寬度裂隙)和擴(kuò)散距離的灌漿需求。適用范圍廣。[0018]作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，在步驟5)中，除有壓灌注方式外，灌漿砂漿還可通過無壓自流的方式進(jìn)行灌注，多了一種選擇。而且相對于有壓灌注方式減少了對灌漿設(shè)備的要求。
[0019]作為本發(fā)明的還有一種改進(jìn)，步驟3)和步驟4)中所述灌漿砂漿基于現(xiàn)場工程材料進(jìn)行配合比設(shè)計，且在工程現(xiàn)場完成生產(chǎn)配置，能滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求。
[0020]作為本發(fā)明的還有一種改進(jìn)，設(shè)計灌漿砂漿的配合比中膠砂比最小可達(dá)1: 5，大幅降低了水泥用量。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選，灌漿砂漿在施工作業(yè)時間內(nèi)能保持性能穩(wěn)定，一般穩(wěn)定性時間不低于3個小時。
[0022]與現(xiàn)有灌漿方法相比，本發(fā)明的灌漿方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023](I)通過同時調(diào)節(jié)流動性能、粘度，能夠適應(yīng)于不同裂隙寬度(毫米級及以上寬度)和擴(kuò)散距離的灌漿需求。如通過調(diào)節(jié)流動性能和粘度可用于實現(xiàn)漿液的擴(kuò)散距離可控。反過來，針對不同的裂隙寬度和擴(kuò)散距離，可選擇不同流動性能和粘度的灌漿砂漿的配合比來滿足灌漿需求，例如可以采用粘度大，流動性能差的灌漿砂漿以滿足裂隙寬度大但擴(kuò)散距離小的灌漿需求。
[0024](2)膠砂比的大幅降低大大減少了水泥用量。如膠砂比達(dá)到1:5，可有效降低成本30%以上。而且單方砂漿中水泥的低含量有效地解決了砂漿的收縮開裂問題。
[0025](3)灌漿砂漿的流動性能好，除常規(guī)有壓灌注方式外，還可采用無壓自流方式實現(xiàn)灌注。通過無壓自流方式灌注時，整個過程中基本取消壓力灌漿設(shè)備，可以有效節(jié)約灌漿施工設(shè)備的投入成本，簡化灌注過程。
[0026](4)灌漿砂漿的配合比基于現(xiàn)場工程材料，適于大規(guī)模應(yīng)用，成本低。所用材料均為常規(guī)工程材料，無毒無副作用，綠色環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是灌漿區(qū)域灌漿孔布置示意圖；
[0028]圖2是V型漏斗通過時間檢測的示意圖；
[0029]圖3是流動度檢測的示意圖；
[0030]圖4是灌漿砂漿無壓自流灌注的示意圖；
[0031]圖5是灌漿區(qū)域灌漿完成后的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0033]如圖1?圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的灌漿方法的一種具體實施例。其包括以下步驟:
[0034]I)確定灌漿區(qū)域1，并完成灌漿孔3的布設(shè)，如圖1所示。
[0035]2)基于灌漿孔3之間的孔間距和裂隙2的寬度確定灌漿砂漿的流動性能和粘度。在本實施例中，采用砂漿通過V型漏斗的通過時間評定來測定砂漿的粘度，采用砂漿擴(kuò)展度檢測結(jié)果來評定砂漿的流動性能。
[0036]其中，圖2所示為V型漏斗的結(jié)構(gòu)示意圖。所述V型漏斗上部開口為270mmX 30mm、下部開口為30mmX 30mm，上部高240mm，下部高60mm。砂漿V型漏斗的通過時間是灌漿砂漿4通過V型漏斗的時間。
[0037]如圖3所示，砂漿擴(kuò)展度檢測采用砂漿坍落度筒，所述砂漿坍落度筒為圓臺狀的坍落度筒，圓臺的小端(上端)內(nèi)徑是70mm,圓臺的大端(下端)內(nèi)徑是100mm,圓臺的高度為60mm,將坍落度筒裝滿待測砂漿，然后將坍落度筒豎直連續(xù)提起，砂漿流動停止后測試展開面兩個垂直方向的擴(kuò)展直徑Dl和D2，砂漿的擴(kuò)展度為兩個直徑Dl和D2的平均值，應(yīng)精確至 Imnin
[0038]在本實施例中，根據(jù)裂隙2的寬度選擇灌漿砂漿4的粘度。裂隙2的寬度為5?20mm時，V型漏斗的通過時間范圍5?IOs ;裂隙2的寬度為20?50mm時，V型漏斗的通過時間范圍為10?20s ;裂隙2的寬度大于50mm時；V型漏斗的通過時間范圍大于20s。
[0039]在本實施例中，根據(jù)灌漿孔3擴(kuò)散距離的要求選定砂漿擴(kuò)展度。根據(jù)經(jīng)驗，擴(kuò)散距離小于Im的時候,擴(kuò)展度200?250mm ;擴(kuò)散距離Im?3m的時候,擴(kuò)展度250?300mm ;擴(kuò)散距離大于3m時,擴(kuò)展度300?350mm。在選定前,先進(jìn)行現(xiàn)場灌衆(zhòng)試驗,最終值的確定以現(xiàn)場灌漿試驗結(jié)果為準(zhǔn)。
[0040]3)基于現(xiàn)場材料，經(jīng)過配合比試驗完成完成灌漿砂漿4的配合比設(shè)計，得到滿足2)中性能指標(biāo)要求的灌漿砂漿系列配合比。除2)中性能指標(biāo)要求外，灌漿砂漿4不應(yīng)有離析、泌水等不良現(xiàn)象。且要求其工作性能在施工作業(yè)時間內(nèi)能保持穩(wěn)定，一般要求穩(wěn)定性保持時間不低于3小時，以保證灌注質(zhì)量。
[0041]4)基于現(xiàn)場材料現(xiàn)場生產(chǎn)配制灌漿砂漿4，生產(chǎn)產(chǎn)品需滿足2)、3)中的相關(guān)技術(shù)要求才可用于灌漿施工。
[0042]5)如圖4所示，通過灌漿管5采用孔口自流的無壓灌注方式對單個灌漿孔3a進(jìn)行灌漿砂漿4的灌注，直至灌漿孔3a灌滿，完成單孔灌漿。此處灌滿以灌漿漿液上升到孔口、不溢出為準(zhǔn)。
[0043]6)然后按照設(shè)計的灌漿排序和孔序，逐孔灌注，直至完成灌漿區(qū)域I所有灌漿孔的灌注，如圖5所示。
[0044]雖然已經(jīng)結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，然而可以理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進(jìn)行各種改進(jìn)或替換。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)上的沖突，各實施例中的特征均可相互結(jié)合起來，所形成的組合式特征仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種灌漿方法，包括以下步驟: 1)確定灌漿區(qū)域，按照設(shè)計方案完成灌漿孔和灌漿通道的布設(shè)； 2)基于灌漿孔的孔間距和裂隙的寬度確定要灌漿的砂漿的流動性能和粘度； 3)進(jìn)行灌漿砂漿的配合比設(shè)計，得到性能滿足要求的灌漿砂漿系列配合比； 4)根據(jù)得到的配合比生產(chǎn)配置出滿足各項指標(biāo)要求且性能穩(wěn)定的灌漿砂漿； 5)將灌漿砂漿通過灌漿孔灌注，直至灌漿孔滿，完成單孔灌漿。 6)按照設(shè)計的灌漿排序和孔序，逐孔完成灌注，直至完成本灌漿區(qū)域內(nèi)所有灌漿孔的灌注。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌漿方法，其特征在于，在步驟2)中，通過調(diào)整灌漿砂漿的流動性能和粘度以適用于不同裂隙寬度(毫米級及以上寬度裂隙)和不同擴(kuò)散距離的灌漿需求。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的灌漿方法，其特征在于，除有壓灌注方式外，灌漿砂漿還可通過無壓自流的方式進(jìn)行灌注。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌漿方法，其特征在于，步驟3)和步驟4)中所述灌漿砂漿基于現(xiàn)場工程材料進(jìn)行配合比設(shè)計，且在工程現(xiàn)場完成生產(chǎn)配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌漿方法，其特征在于，灌漿砂漿的設(shè)計配合比膠砂比最小可達(dá)1:5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的灌漿方法，其特征在于，灌漿砂漿在施工作業(yè)時間內(nèi)能保持性能穩(wěn)定，一般不低于3個小時。
【文檔編號】E02D3/12GK103628469SQ201310547991
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】安雪暉, 陳長久, 周虎, 金峰 申請人:清華大學(xué)