一種封孔止漿材料及灌漿封孔工藝的製作方法

2023-10-05 10:56:49

專利名稱：一種封孔止漿材料及灌漿封孔工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於巖土工程基礎處理灌漿領域，尤其涉及ー種封孔止漿材料及利用該封孔止漿材料進行灌漿封孔止漿的施工エ藝。
背景技術：
在全(強)風化巖體、鬆散土層、砂礫層、節理裂隙密集發育巖體等鬆軟透水巖土體，以及高地下水位、承壓水等條件下的防滲和加固工程中，應用漿體封閉輔以孔ロ封閉器可實現灌漿封孔止漿。封孔止漿措施是灌漿起壓的基本保證，直接影響和制約灌漿エ藝的實施，尤其是影響聞壓灌楽·成敗的關鍵。
目前封孔止漿的方法主要有孔ロ封閉和孔內阻塞兩類。孔ロ封閉器止漿由於灌漿全孔受壓灌注，淺層或局部弱面容易產生低壓重複劈裂，灌漿防滲整體效果很難達到エ程要求。孔內阻塞採用雙栓塞止漿塞以實現分段灌漿，對於深孔，為減少注漿壓カ沿程損失或直接對目標層位實施灌漿，封孔止漿塞或異徑封孔器放在鑽孔預定深部，甚至增設孔ロ卡塞器，實現高壓分段止漿。但灌漿塞硬度大，繞塞返漿、孔徑不均造成擴塞困難、不易塞住，極大地影響灌漿エ效和成本，甚至發生冒漿事故。

發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供ー種具有護壁止漿作用、初始流動性大、可泵性好、凝固時間可調、可控性好、綠色環保、成本低的封孔止漿材料，還提供ー種步驟簡單、設備投入少、適應性強、可以有效確保複雜地層中封孔止漿可靠性的灌漿封孔エ藝，以實現灌漿段均勻灌注，保證灌漿效果，提高灌漿效率。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為ー種封孔止漿材料，其主要由粘土原漿、水泥和偏鋁酸鈉配製而成，所述粘土原漿主要由粘土和水攪拌而成，所述封孔止漿材料是用於鬆軟透水巖土體、高地下水位或承壓水條件下保證灌漿起壓的封孔止漿材料，每2L所述的粘土原漿混配700g 900g的水泥和12. 5g 17. 5g的偏鋁酸鈉。特別優選的，所述封孔止漿材料只含粘土原漿、水泥和偏鋁酸鈉這三種物質，且不添加任何其他成分。上述的封孔止漿材料中，所述粘土原漿的比重優選為I. 25 I. 35。上述的封孔止漿材料中，所述水泥可以選擇P42. 5普通矽酸鹽水泥。上述本發明的封孔止漿材料能夠保證灌漿起壓，抗水稀釋能力強，初期可泵送，封孔材料的稠度在可泵期(20min 35min)內保持76mm以上,在可泵期後迅速變小；封孔材料的粘度在可泵期內保持30s以下，在可泵期後迅速增長至漿液無法流動；塑性強度在可泵期內增長緩慢，泵送完畢之後持續增長；剪切屈服強度在可泵期後迅速增長，漿體變成膏狀。本發明封孔止漿材料所具備的優異性能使得其可以有效應用於灌漿施工中以保證灌漿起壓，保證灌注效果。
作為ー個總的技術構思，本發明還要提供一種灌漿封孔エ藝，依次包括封孔操作和灌漿操作，所述封孔操作具體包括以下步驟
(1)造孔下管在擬進行灌漿施工的地段先進行造孔，造孔結束後，下灌漿管至孔底，並安裝孔ロ封閉器；
(2)注入封孔止漿材料打開孔ロ封閉器，通過所述灌漿管注入上述的封孔止漿材料；
(3)衝洗灌漿管關上所述孔ロ封閉器，用穩定漿液衝洗灌漿管，直至灌漿管中積存的封孔止漿材料全部被衝洗出灌漿管；
(4)凝固再打開孔ロ封閉器，待所述封孔止漿材料凝固後，即可進行後續的灌漿操作。上述的灌漿封孔エ藝中，優選的，所述步驟(3 )中的穩定漿液主要由粘土原漿和水 泥配製而成，其中，每2L所述的粘土原漿混配840g 1200g的水泥(水泥優選採用P42. 5普通矽酸鹽水泥)。上述的灌漿封孔エ藝中，所述封孔止漿材料凝固的時間優選控制為40min 50mino上述的灌漿封孔エ藝中，優選的，所述灌漿操作緊接著所述封孔操作之後(即封孔止漿材料凝固後)進行，通過注漿泵進行灌漿處理，在底層的灌漿結束後(灌漿結束的控制標準一般優選為灌漿壓力P和灌漿量Q進行綜合考量的結束標準)，將灌漿管提升O. 2m
O.5m開始進行上一段的灌漿，依此自下而上連續提升灌注施工，直至全鑽灌段灌漿完畢。對鬆軟地層可實現自下而上連續灌漿，提高灌漿效率。上述的灌漿封孔エ藝中，所述灌漿操作過程灌注的漿液優選為穩定漿液或者膏漿；灌注灰巖類灌入量少、起壓高的地層時，採用所述穩定漿液進行灌注；灌注鬆軟覆蓋層或溶洞類難起壓的地層時，採用所述膏漿進行脈動灌注。所述膏漿優選為每2L的粘土原漿混配840g的水泥和8. 4g的偏招酸鈉組成。上述的灌漿封孔エ藝中，所述封孔止漿作用可以全部由封孔止漿材料承擔，尤其是對造孔孔深大於IOm的深層孔進行灌注時，本發明所述的封孔止漿材料足以起到封孔止漿及保壓灌注的效果。如果根據實踐要求，所述造孔形成孔深在IOm以內的淺層孔，所述淺層孔的灌漿操作過程中，優選同時在孔ロ輔之以孔ロ封閉器進行全鑽灌段的灌注。孔ロ封閉器是利用橡膠圈的弾性和韌性在壓蓋壓力作用下膨脹抱緊灌漿管，灌至淺層時加孔ロ封閉器與孔內封孔止漿材料共同作用，可以保證封孔止漿效果。本發明的上述技術方案主要基於以下原理首先，本發明綜合利用粘土的良好性能及礦物類添加劑(偏鋁酸鈉)具有用量少、固化快的特點，製成初期可泵送、後期具有較高塑性強度和剪切屈服強度，且在循環往復的提管後具有很強自愈能力的封孔止漿材料，該封孔止漿材料的凝固時間可調，抗水稀釋、衝蝕能力強，配製後得到的封孔止漿材料在灌漿施工過程中具有很好的護壁、止漿的作用效果；本發明的封孔止漿材料在「以漿止漿」的技術思路下，被創造性地應用於灌漿施工エ藝中作為封孔止漿的技術手段，這突破了常規技術中採用孔ロ封閉器或孔內阻塞等工具進行封孔止漿的技術局限。綜上，本發明的灌漿封孔エ藝充分利用了本發明封孔止漿材料的「以漿止漿」特性，該封孔止漿材料不僅抗水稀釋能力較強、可泵期後的粘度和強度迅速增長，但又不會太高以致出現拔管困難、甚至發生抱管事故，且在灌漿管的反覆轉動、提升過程中，受壓濾作用具有自愈修復特性。在工程實踐中，可根據不同的地質條件及施工要求來選擇相應配比和摻量的封孔止漿材料，以滿足不同類型工程(例如水利水電、堤坡、鉄道、公路、市政、港航等鬆軟地層、溶洞地層以及土石圍堰等大孔隙地層的加固、防滲灌漿及動水堵漏)的灌漿封孔止漿エ藝要求，實現灌漿段均勻灌注；還可指定孔深進行止塞灌漿，保證灌漿效果。本發明的封孔止漿材料和灌漿封孔エ藝可以很好地解決淺孔、深孔孔斜、孔壁變形、灌漿管偏心等各種不利條件下的封孔止漿難題，通過適當調整封孔止漿材料的配比，既可適用鬆軟淺層防滲灌漿，亦可適用深層孔預定位置灌漿，對於裂隙巖體採用穩壓灌漿傳統エ藝也可應用，具有環保、低成本、高效率、高適應性等優點，在全(強)風化巖體、鬆散土層、砂礫層、節理裂隙密集發育巖體等鬆軟透水巖土體，及高地下水位、承壓水等條件下的防滲和加固エ程中，具有良好的應用前景。


圖I為本發明實施例的灌漿封孔エ藝中泥漿護壁鑽孔時的施工狀態圖。圖2為本發明實施例的灌漿封孔エ藝中安裝孔ロ封閉器時的施工狀態圖。圖3為本發明實施例的灌漿封孔エ藝中灌注封孔止漿材料時的施工狀態圖。圖4為本發明實施例的灌漿封孔エ藝中灌注穩定漿液衝洗灌漿管時的施工狀態圖。圖5為本發明實施例的灌漿封孔エ藝中灌注灰巖層時的施工狀態圖。圖6為本發明實施例的灌漿封孔エ藝中灌注紅層時的施工狀態圖。圖例說明
I、混凝土底板；2、紅層；3、灰巖；4、灌漿管；5、泥漿；6、孔ロ封閉器；7、封孔止漿材料；8、穩定漿液；9、膏漿。
具體實施例方式以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進ー步描述。實施例
一種本發明的封孔止漿材料，其主要由粘土原漿、水泥和偏鋁酸鈉配製而成，粘土原漿主要由粘土和水攪拌而成，其比重為I. 25 (I. 25 I. 35均可)。該封孔止漿材料是用於鬆軟透水巖土體、高地下水位或承壓水條件下保證灌漿起壓的封孔止漿材料，每2L的粘土原漿混配840g的水泥(P42. 5普通矽酸鹽水泥)和16. 8g的偏鋁酸鈉。上述本實施例的封孔止漿材料能夠保證灌漿起壓，抗水稀釋能力強，初期可泵送，封孔材料的稠度(通過砂漿稠度儀測得)在可泵期(20min 35min)內保持76mm以上，在可泵期後迅速變小；封孔材料的粘度(使用馬氏漏鬥測得)在可泵期內保持30s以下，在可泵期後迅速增長至漿液無法流動；塑性強度在可泵期內增長緩慢，泵送完畢之後持續增長；剪切屈服強度在可泵期後迅速增長，漿體變成膏狀。一種本發明的灌漿封孔エ藝，其依次包括封孔操作和灌漿操作，具體包括以下步驟
(1)造孔下管如圖I所示，擬進行灌漿施工的地段由上往下依次包括混凝土底板I、紅層2和灰巖3，在該施工地段先進行造孔，泥漿5護壁，造孔結束後，下灌漿管4至孔底；
(2)如圖2所示，在孔ロ處安裝孔ロ封閉器6;(3)注入封孔止漿材料如圖3所示，打開孔ロ封閉器6，通過灌漿管4注入上述的封孔止漿材料7，將泥漿5趕出灌漿管4和灌漿孔，並使封孔止漿材料7充滿灌漿管4與孔壁之間整個縫隙中，待凝15min左右；
(4)衝洗灌漿管如圖4所示，關上孔ロ封閉器6，用穩定漿液8衝洗灌漿管4，衝洗時加壓脈動若干次，直至灌漿管4中殘留的封孔止漿材料7全部被衝洗出灌漿管4 ;本實施例中的穩定漿液主要由粘土原漿和水泥配製而成，其中，每2L所述的粘土原漿混配840g的水泥；
(5)凝固再打開孔ロ封閉器，待凝30min左右；待所述封孔止漿材料凝固後，完成封孔操作；
(6)灌漿灌漿操作緊接著封孔操作之後進行，通過注漿泵進行灌漿處理，在底層的灌漿結束後，將灌漿管提升O. 2m O. 5m (依地層差異選擇)開始進行上一層的灌漿處理，依此自下而上連續提升灌注施工，直至全鑽灌段灌漿完畢；如圖5所示，灌漿過程中遇灰巖3等 灌入量少、起壓高的地層，可直接採用穩定漿液8進行灌注，灌注時利用孔ロ封閉器6按設計灌漿壓カ進行脈動灌注；如圖6所示，如遇紅層2 (或溶洞)等難起壓的地層，可使孔ロ封閉器6開鎖，按設計灌漿壓カ進行脈動灌注膏漿9，本實施例中的膏漿9為每2L的粘土原漿混配840g的水泥和8. 4g的偏鋁酸鈉；如遇淺層(孔深在IOm以內)灌漿時，輔以孔ロ封閉器6共同作用進行灌漿；每一層達到灌漿結束的控制標準為灌漿壓カP、灌漿量Q的綜合標準。由上可見，採用本發明的漿體組合物並輔以孔ロ封閉器，可適應複雜地層、孔斜及孔壁變形、及有地下水情形下的封孔止漿；孔ロ封閉器採用常規灌漿施工中使用的型號，可實現灌漿段均勻灌注，或指定孔深止塞灌漿，保證灌漿效果；對鬆軟地層可實現自下而上連續灌漿，提高灌漿效率。在灌漿過程中採用本發明的技術方案可以實現封孔止漿，達到灌漿起壓、保證灌漿效果、提高灌漿效率的目的。
權利要求
1.一種封孔止漿材料，其主要由粘土原漿、水泥和偏鋁酸鈉配製而成，所述粘土原漿主要由粘土和水攪拌而成，其特徵在於所述封孔止漿材料是用於鬆軟透水巖土體、高地下水位或承壓水條件下保證灌漿起壓的封孔止漿材料，每2L所述的粘土原漿混配700g 900g的水泥和12. 5g 17. 5g的偏鋁酸鈉。
2.根據權利要求I所述的封孔止漿材料，其特徵在於所述粘土原漿的比重為I.25 I.35。
3.一種灌漿封孔工藝，依次包括封孔操作和灌漿操作，其特徵在於，所述封孔操作具體包括以下步驟 (1)造孔下管在擬進行灌漿施工的地段先進行造孔，造孔結束後，下灌漿管至孔底，並安裝孔口封閉器； (2)注入封孔止漿材料打開孔口封閉器，通過所述灌漿管注入權利要求I或2所述的封孔止漿材料； (3)衝洗灌漿管關上所述孔口封閉器，用穩定漿液衝洗灌漿管，直至灌漿管中積存的封孔止漿材料全部被衝洗出灌漿管； (4)凝固再打開孔口封閉器，待所述封孔止漿材料凝固後，即可進行灌漿操作。
4.根據權利要求3所述的灌漿封孔工藝，其特徵在於所述步驟(3)中的穩定漿液主要由粘土原漿和水泥配製而成，其中，每2L所述的粘土原漿混配840g 1200g的水泥，水泥採用P42. 5普通矽酸鹽水泥。
5.根據權利要求3所述的灌漿封孔工藝，其特徵在於所述封孔止漿材料凝固的時間控制為40min 50min。
6.根據權利要求3、4或5所述的灌漿封孔工藝，其特徵在於所述灌漿操作緊接著所述封孔操作之後進行，通過注漿泵進行灌漿處理，在底層的灌漿結束後，將灌漿管提升O.2m O. 5m開始進行上一段的灌漿，依此自下而上連續提升灌注施工，直至全鑽灌段灌漿完畢。
7.根據權利要求6所述的灌漿封孔工藝，其特徵在於所述灌漿操作過程中，灌注的漿液為穩定漿液或者膏漿；灌注灰巖類灌入量少、起壓高的地層時，採用所述穩定漿液進行灌注；灌注鬆軟覆蓋層或溶洞類難起壓的地層時，採用所述膏漿進行脈動灌注。
8.根據權利要求7所述的灌漿封孔工藝，其特徵在於所述造孔形成孔深在IOm以內的淺層孔，所述淺層孔的灌漿操作過程中，同時在孔口輔之以孔口封閉器進行全鑽灌段的灌注。
9.根據權利要求7所述的灌漿封孔工藝，其特徵在於所述膏漿為每2L的粘土原漿混配840g的水泥和8. 4g的偏招酸鈉組成。
全文摘要
本發明公開了一種封孔止漿材料，其是用於鬆軟透水巖土體、高地下水位或承壓水條件下保證灌漿起壓的封孔止漿材料，主要由粘土原漿、水泥和偏鋁酸鈉配製而成，且每2L的粘土原漿混配700～900g的水泥和12.5～17.5g的偏鋁酸鈉。本發明的灌漿封孔工藝包括封孔和灌漿操作，其中封孔操作具體包括造孔結束後，下灌漿管至孔底，並安裝孔口封閉器；打開孔口封閉器，注入本發明的封孔止漿材料；關上孔口封閉器，用穩定漿液衝洗灌漿管；再打開孔口封閉器，待封孔止漿材料凝固後，即可進行灌漿操作，通過連續提升灌注，保證封孔止漿可靠。本發明具有步驟簡單、設備投入少、適應性強等優點，可確保封孔止漿的可靠性，提高灌漿效率。
文檔編號E02D3/12GK102838325SQ20121036812
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者張貴金, 陳安重, 楊松林, 彭春雷, 胡大可, 鍾平, 曾柳絮, 胡榮宗, 梁經緯, 盛松濤 申請人:長沙理工大學