CN101663441A - 灌浆装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种灌浆装置与一种使用该灌浆装置的方法，用以将填料灌入地面以增强土木工程的软弱地基的强度及其水防护功能。该灌浆装置包括一前端组件、一注入导管及一延伸软管，该前端组件用以将该填料灌入地面，而该填料可为多种物质的混合物，该注入导管设置与该前端组件连接以将该填料输送至该前端组件，该延伸软管设置与该注入导管连接以将该填料输送至该注入导管，并且，该注入导管的技术特征在于：(1)其为多个具有一预定长度的串联导管段的可拆卸式组合，以及(2)该些导管段串联后的外形整体可视为一单一的线段；该延伸软管的技术特征在于：(1)其为多个具有一特定长度的串联软管段的可拆卸式组合，并且该特定长度需与该些导管段的预定长度对应，以及(2)该些软管段串联后的外形整体可视为一单一的线段，(3)该延伸软管更与多个供应管连接，该些供应管与该延伸软管不与该注入导管相连接的另一端连结，以将多种不同物质分别的输送至该延伸软管，以及(4)该延伸软管的总长度随着该注入导管总长度的递减而递增。

Description

灌浆装置与方法

技术领域

本发明涉及一种灌浆装置与一种使用该灌浆装置的方法，特别涉及一种灌浆装置及方法，其用以将填料灌入地面以增强土木工程的软弱地基的强度及其水防护功能，并且在使用中，其注入导管的长度会随着不同注入阶段的进行的递减，但同时使其延伸软管的长度随着该注入导管的而递增，因此，其注入导管线的注入压力并不会随着其注入深度的不同而改变。

背景技术

一般来说，灌浆的目的为能增强地基的承载能力，其实施方式为：先在沉实地面上钻孔以将水泥浆或化学物质之类的填料注入，然后，该些填料在经过一段时间的凝结之后，则可使增强该地面的地基强度，或可避免将建筑物建造在软弱地基上。

目前已经有许多不同的灌浆方法可供选择，其中，LW(Labiles Wasserglass)灌浆方法是使用一渗透工序以将具有特殊性能的填料物质渗入地面，以将该地面改质，该LW灌浆方法是使用一种由少许水泥与水玻璃溶液(例如；硅酸钠)的混合物为其填料的方法，并且须待其填料在经过一段时间使其水泥沉淀，而将其悬浮在水泥上的液体注入地面。

值得注意的是，上述的该LW灌浆方法，根据其所用灌浆工序的不同，而可为1径法(1 shot method)或1.5径法(1.5 shot method)。

在1径法中，其是先将稀释的水玻璃溶液与少许水泥混合，然后再经过一预定时间的沉淀，而将其悬浮在水泥上的液体注入地面。

虽然该使用1径法的灌浆工序的理论正确，而且的确具有良好的渗透效益，其仍有若干缺点有待克服。首先，在等待水泥沉淀的期间，无法进行灌浆；其次，甚至在其所谓快速凝结灌浆工序中，仍需长约30至60分钟的胶化时间；第三，该所需的胶化时间很难在灌浆工序中调整，第四，因为仅使用悬浮在水泥上的液体做为填料，而弃置其水泥部份，因此会造成物料的浪费。

该1.5径法为克服上述1径法的缺点而出现，在1.5径法中，该相同的水泥浆与水玻璃溶液使用分别的泵在相同压力下输送至一Y型管，然后，再将该些不同特性的溶液送入与该Y型管相连的一注入导管中，并使其相互混合以形成填料，随即，该填料即可经由在该注入导管下半部的一渗透孔而被注入地面。

下文特将使用该1.5径法的灌浆方法一具体实施例的相关结构以及理念原由进行说明，该灌浆方法是使用一马歇管(Manchette tube)来实施，其说明大略陈述如下。

图1为一部份剖面图，其显示被插入地面下的一用以实施传统灌浆作业的马歇管。

在该使用传统马歇管的1.5径法中，该马歇管2管体的外周上形成有多个注入孔，并用将每一注入孔包围在橡皮套筒内。

然后，将该马歇管2插入一以被插入地面的一外套管，再将一密封材料4注入该马歇管2与其外套管之间的空隙中，及可将该外套管抽出并移走。

然后，再将一注入导管1插入该马歇管2，并开始从一适当地点将加压水注入该马歇管2，值得注意的是，在注入导管1上相隔一预定间距的位置分别设有两个塞头(packer)3a、3b，以将该马歇管2中的对应于该两个塞头3a、3b的空间封闭，如图1所示。

因此，随着加压水的被灌入该马歇管2的封闭区段，该些堵塞其注入孔的橡皮套筒即会随着加压水的压力增加，而被向外撑开，并且造成形成在该马歇管外周上的密封材料4的损坏，因此，得以形成用以在其接续的灌浆步骤所需的供填料从注入导管中喷出的通路。

然后，即将填料注入插在该马歇管2内的注入导管1，并使得该填料顺着前述的通路从该注入导管1中喷出，以形成若干灌浆区域。

经由在所欲灌浆的地点重复的执行上述一系统步骤，即可完成对该地基的灌浆作业。

但是，使用该类传统马歇管的1.5径灌浆方法还是有缺点如下：该上述方法会因为其灌浆路径的总长度会随灌浆地点的不同而有或长或短的变化，所以很难在其灌浆过程中，保持稳定不变的灌浆压力。再者，上述方法更有缺点如下：当使用该马歇管所进行灌浆作业的地区与被该两个塞头所封闭的位置无法彼此对应时，则很难运用上述1.5径灌浆方法来将填料注入。

另外，该上述方法亦无法确保其灌浆作业的地区的结构稳定性，因其不稳定的灌浆压力变化会造成如下的后果：在受到较大灌浆压力的地区，其地面通常会相对隆起，而在受到较小灌浆压力的地区，其地面通常会相对陷下。

另一方面，因为该类传统马歇管的橡胶管件，使用该类传统马歇管的1.5径灌浆方法会有缺点如下：在对倾斜的地面进行灌浆作业的情况下，其橡胶管件会因应该倾斜地面而朝其倾斜方向弯折变形，因此无法确保其灌浆作业会形成一片均匀的灌浆区域。

再者，当需在一深入地底相当深的地点进行灌浆作业时，该上述方法的灌浆压力需要随的深度的增加而增加，但是该使用橡胶管件的马歇管的强度通常无法支持如此大的灌浆压力，因此，传统马歇管一般无法胜任此类深入地底的作业。

发明内容

技术问题

本发明提供一可解决上述传统灌浆方法所遭遇的困难及问题的方法与装置，其目的在于提供一种灌浆装置与一种使用该灌浆装置的方法，可以在其实施灌浆作业中的任何灌浆步骤中，维持其灌浆路径的总长度不变，亦即，其灌浆压力不会随灌浆地点的不同而有所变化。

解决方式

为达上述目的，本发明提供一种灌浆装置，该灌浆装置包括一前端组件、一注入导管及一延伸软管，该前端组件用以将该填料灌入地面，而该填料可为多种物质的混合物，该注入导管设置与该前端组件连接以将该填料输送至该前端组件，该延伸软管设置与该注入导管连接以将该填料输送至该注入导管，并且，该注入导管的技术特征在于：(1)其为多个具有一预定长度的串联导管段的可拆卸式组合，以及(2)该些导管段串联后的外形整体可视为一单一的线段；该延伸软管的技术特征在于：(1)其为多个具有一特定长度的串联软管段的可拆卸式组合，并且该特定长度需与该些导管段的预定长度对应，以及(2)该些软管段串联后的外形整体可视为一单一的线段，(3)该延伸软管更与多个供应管连接，该些供应管与该延伸软管不与该注入导管相连接的另一端连结，以将多种不同物质分别的输送至该延伸软管，以及(4)该延伸软管的总长度随着该注入导管总长度的递减而递增。

另外，本发明更提供一种使用该灌浆装置的方法，该灌浆方法包括下列步骤：(1)先在一地面上钻孔以将一外套管置入；(2)将欲放置在该地面上的软管段分别串联在一起以作为一延伸软管，并且将欲插入地面下的管段分别串联在一起以作为一注入导管，然后再将该注入导管及与其连接的一前端组件插入该外套管；(3)将该外套管抽离；(4)将该注入导管与该延伸软管串联在一起，并且将多个供应管与该延伸软管连接在一起；(5)重复执行将该前端组件逐步的向上移动的工序以改变其在地面下执行灌浆作业的地点，并且，相对的将该注入导管因此暴露在地面上的导管段卸下，而同时将相当于被卸下管段的长度的软管段连结到该延伸软管。

有益效果

在本发明的灌浆装置与方法中，该延伸软管的总长度随着该注入导管总长度的递减而递增，因此可以在其实施灌浆作业中的任何灌浆步骤中，维持一稳定的灌浆压力，而不会随灌浆地点的不同而有所变化，再者，本发明可以确保灌浆作业的稳定实施，而不会被愈来愈深入地下的灌浆深度所影响，并且可因其灌浆作业而在地面形成的同宽度的灌浆区域，作为对该地面的强化。

附图说明

本发明的灌浆装置与方法的多项实施例及其优点与特征将从下述详细说明及所示附图中得到进一步的了解：

图1为一部份剖面图，其显示被插入地面下的一用以实施传统灌浆作业的马歇管；

图2为本发明第一具体实施例的灌浆装置的示意图；

图3为本发明一具体实施例的示意图，其显示本发明灌浆装置的前端组件；

图4为本发明灌浆装置的填料物质混合器的立体图；

图5为本发明一具体实施例的示意图，其显示将灌浆装置的注入导管插入外套管的工序；

图6为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于实施一第一灌浆工序状态的灌浆装置；

图7为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于已将其第三导管段卸下的灌浆装置；

图8为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于实施一第二灌浆工序状态的灌浆装置；

图9为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于已将其第二导管段卸下的灌浆装置；

图10为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于实施一第三灌浆工序状态的灌浆装置。

附图标记说明：10-前端组件；12-内管；14-外管；16-开口；20a-第一导管段；20b-第二导管段；20c-第三导管段；25-肘管；30a-第一软管段；30b-第二软管段；30c-第三软管段；40-填料物质混合器；42-外壳管；44-固定杆；45、46、47-侧环；48-中间环；50a、50b-供应管；60-外套管。

具体实施方式

以下将参照随附的图式来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下图式所列举的实施范例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本实用新型的技术手段并不限于所列举图式。

图2为本发明第一具体实施例的灌浆装置的示意图。图3为本发明一具体实施例的示意图，其显示本发明灌浆装置的前端组件。图4为本发明灌浆装置的填料物质混合器的立体图。

如图2所示，该灌浆装置包括一前端组件10、一注入导管20及一延伸软管，其中，该前端组件10用以将一填料喷灌入地面，该注入导管20设置与该前端组件10的上端相连接以将该填料输送至该前端组件10，该延伸软管30设置与该注入导管20连接以将该填料输送至该注入导管20。值得注意的是，该填料可以是水玻璃溶液与水泥浆的混合物，但是亦可以是其他物质的混合物。

在图2中，该注入导管20更包括：一第一导管段20a，其与该前端组件10连接；一第二导管段20b，其与该第一导管段20a连接；一第三导管段20c，其与该第二导管段20b连接；并且，借由使用螺栓或其他接合头，该些导管段可彼此串联在一起，而为一可拆卸式的导管组合。

在本具体实施例中，该注入导管20仅为三个导管段的组合，即第一导管段20a、第二导管段20b及第三导管段20c，但是，组合该注入导管20的导管段的数量并不仅限于此，其导管段的数量可随着所欲进行灌浆作业的深度而调整。

在此同时，该第三导管段20c与该延伸软管30经由一肘管而连接在一起。该延伸软管30为多个具有一特定长度的串联软管段的可拆卸式组合，并且该特定长度需与上述该些导管段的长度对应，在本具体实施例中，借由使用螺栓或其他接合头，该延伸软管30为串联一第一软管段30a，一第二软管段30b，及一第三软管段30c的可拆卸式的软管段组合。

如图3所示，该前端组件10更包括一内管12及一外管14，该内管12为具有一封闭端的组件，并且在其外周边穿设有多个喷出孔，另外，该外管14用以将该内管12收纳其中，并且在其外周边设有多个开口16，该些开口16被设置成会受到一内部压力而向外打开，并且该些开口16可为任意形状的开口，例如：多边形或圆形等等。

换言之，该前端组件10为由该内管12及该外管14组成的可将填料向外喷出的复合管件。

另外，该前端组件10可利用在其一端所形成的螺纹，而与该注入导管20相连接，因此，使用者可以很方便的将该前端组件10与该注入导管20连接在一起，或是将其拆开。

在此同时，该延伸软管30经由一填料物质混合器40，而与供应管50a、50b连接在一起。

如图4所示，该填料物质混合器40更包括；一外壳管42；一中间环48，其被装设在该外壳管42内，并且在其上设有一预定直径的孔洞；多个侧环，其彼此相距一预定间距排列，并使得该些侧环的直径被设置成从该中间环48起向外递减；以及多个固定杆44，用以连结该中间环48与该些侧环。

在图4中，该填料物质混合器40仅具有三个侧环，即一第一侧环45，一第二侧环46，及一第三侧环47，并且该些侧环45、46、47的直径并不相同，而且被该些固定杆44分别以沿一轴心方向X将其固定并且连结在一起。

并且，该些固定杆44分别以一倾斜方式，沿该轴心方向X与该中间环及该些侧环连结，亦即，每一该些固定杆44均顺着一以该轴心方向X为轴心的螺纹排列，而使其组合形成一类似传统螺纹的形状。

根据上述的灌浆装置，本发明更提供一种使用上述的灌浆装置的灌浆方法，以下将参照随附的图式来描述本发明的灌浆方法为达成目的所使用的技术手段与功效。

图5为本发明一具体实施例的示意图，其显示将灌浆装置的注入导管插入外套管的工序。图6为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于实施一第一灌浆工序状态的灌浆装置。图7为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于已将其第三导管段卸下的灌浆装置。图8为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于实施一第二灌浆工序状态的灌浆装置。图9为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于已将其第二导管段卸下的灌浆装置。图10为本发明一具体实施例的示意图，其显示处于实施一第三灌浆工序状态的灌浆装置。

如上述诸图所示，该灌浆方法包括下列步骤：

(1)先在一地面上钻孔以将一外套管60置入，其可称之为一外套管钻插工序。

(2)根据欲进行灌浆作业的深度，将欲插入地面下的导管段，例如：第一导管段20a，第二导管段20b及第三导管段20c，分别串联在一起以作为一注入导管20，并且将该前端组件10接到该第一导管段20a上，然后再将该注入导管及与其连接的该前端组件10插入该外套管60，其可称之为一注入导管组合工序。

(3)将该外套管60抽离地面，其可称之为一外套管抽离工序。

(4)利用该肘管25将该第一软管段30a，接到该第三导管段20c的位于地面上的部份，然后再经由该填料物质混合器40将该第一软管段30a与该些供应管50a、50b连接在一起，其可称之为一灌浆准备工序。

(5)将该填料喷向上述装置的最深入地面下的部份，以进行灌浆作业，其可称之为第一灌浆工序S1。

(6)在完成该第一灌浆工序S1之后，即将该前端组件10向上移动以改变其在地面下执行灌浆作业的地点，并且相对的将该注入导管20因此暴露在地面上的第三导管段20c卸下，其可称之为第一导管段卸除工序。

(7)为便于该第三导管段20c的卸除，并维持其灌浆路径的总长度不变，而同时将该第二软管段30b，经由该肘管25，连结到该第二导管段20b与该第一软管段30a之间，然后再进行灌浆作业，其可称之为第二灌浆工序S2。

(8)在完成该第二灌浆工序S2之后，即再次将该前端组件10向上移动以改变其在地面下执行灌浆作业的地点，并且相对的将该注入导管20因此暴露在地面上的第二导管段20b卸下，其可称之为第二导管段卸除工序。

(9)为便于该第二导管段20b的卸除，并维持其灌浆路径的总长度不变，而同时将该第三软管段30c，借由该肘管25，连结到该第一导管段20a与该第二软管段30b之间，然后再进行灌浆作业，其可称之为第三灌浆工序S3。

如上所述，该延伸软管的总长度随着该注入导管总长度的递减而递增，因此可以在其实施灌浆作业中的任何灌浆步骤中，维持一稳定的灌浆路径不变，而不会随灌浆地点的深浅不同而有所变化。

下文中将会对本发明提供的灌浆装置与其方法的使用及效能详加叙述。

首先，借由将相当于被从该注入导管20卸下导管段的长度的软管段连结到该延伸软管30，可以使得在灌浆作业中，维持其灌浆路径的总长度不变。

因此，可以在其实施灌浆作业中的任何灌浆步骤中，维持一稳定的灌浆压力，而不会随灌浆地点的不同而有所变化，亦即，可避免因不稳定的灌浆压力变化所造成地面部份隆起/部份下陷的现象。

再者，即使在深入地下的灌浆作业中，本发明亦可以对整个灌浆地区均匀的将填料灌入，而在地面下形成的同宽度的灌浆区域，以强化该地面的稳定。

其次，借由连接在该供应管50a、50b与该延伸软管30之间的填料物质混合器40的作用，可以轻易的将水泥浆与水玻璃溶液充分混合，并且将此充分混合的混合物作为填料输送至该延伸软管30。

也就是说，该填料物质混合器40可以利用其内部的中间环48及侧环45、46、47，使得若干同时流经其中的不同特性的溶液产生涡流，而因此可以彼此充分混合。

为能更轻易的达到上述的充分混合，该些固定杆44分别以一倾斜方式，沿该轴心方向X与该中间环及该些侧环连结，亦即，每一该些固定杆44均顺着一以该轴心方向X为轴心的螺纹排列，而使其组合形成一类似传统螺纹的形状。

第三，该前端组件10为由该内管12及该外管14组成的复合管件，并且在不执行灌浆时，可以将其多个开口16关闭，如图3A所示。相反的，若是有填料从该注入导管20送至该前端组件10时，该填料则会流入其内管12中，然后再经形成在该内管12上的喷出孔向外喷出，而灌入该内管12与外管14之间的空间之中。

随着上述内管12与外管14之间的空间的被充满，其内部压力也随之上升，因此导致该外管12上的开口16打开以将填料由该前端组件10中喷出并注入地层。

因此，得以将灌浆压力保持在一相对较低的数值，即使得因填料由该前端组件10中喷出所造成的压力保持在一相对较低的数值，可以将灌浆作业可能对周遭地层结构造成的破坏减至最低，而使得该灌浆作业得以稳定的进行。

本发明所提供的前端组件10可以避免地面因不稳定的灌浆压力而隆起，并且可避免对被灌浆地层造成结构破坏，因此，可以解决传统单层前端组件的高灌浆压力对地层结构的影响。

唯上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故举凡数值的变更或等效组件的置换，或依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范畴。

工业应用

本发明所提供的一种灌浆装置与一种使用该灌浆装置的方法，可应用于建筑营造业。

Claims (6)

1、一种灌浆装置，包括：

一前端组件，用以将该填料灌入地面，而该填料可为多种物质的混合物；

一注入导管，设置与该前端组件连接以将该填料输送至该前端组件；

一延伸软管，设置与该注入导管连接以将该填料输送至该注入导管；

其中，该注入导管的技术特征在于：(1)其为多个具有一预定长度的串联导管段的可拆卸式组合，以及(2)多个该导管段串联后的外形整体可视为一单一的线段；并且，

该延伸软管的技术特征在于：(1)其为多个具有一特定长度的串联软管段的可拆卸式组合，并且该特定长度需与多个该导管段的预定长度对应，以及(2)多个该软管段串联后的外形整体可视为一单一的线段，(3)该延伸软管更与多个供应管连接，多个该供应管与该延伸软管不与该注入导管相连接的另一端连结，以将多种不同物质分别的输送至该延伸软管，以及(4)该延伸软管的总长度随着该注入导管总长度的递减而递增。

2、如权利要求1所述的灌浆装置，更包括：

一填料物质混合器，其设置于该延伸软管与多个该供应管之间，用以将该多种物质混合。

3、如权利要求2所述的灌浆装置，其中该填料物质混合器更包括：

一外壳管；

一中间环，其被装设在该外壳管内，并且设置有一预定直径的孔洞；

多个侧环，其彼此相距一预定间距排列，并使得多个该侧环的直径被设置成从该中间环起向外递减；以及

多个固定杆，用以连结该中间环与多个该侧环。

4、如权利要求3所述的灌浆装置，其中多个该固定杆分别以一倾斜方式，并且与该中间环及多个该侧环同轴心的将该中间环及多个该侧环连结在一起。

5、如权利要求1所述的灌浆装置，其中该前端组件更包括：

一内管，其被设置为前端封闭，并且在其外周边穿设有多个喷出孔；以及

一外管，用以将该内管收纳其中，并且在其外周边设有多个开口，多个该开口被设置成会受到一内部压力而向外打开，并且该内部压力源自在该内管内混合及压力调整的填料。

6、一种使用如前述任一权利要求所述的灌浆装置的灌浆方法，该灌浆方法包括下列步骤：

(1)先在一地面上钻孔以将一外套管置入；

(2)将欲放置在该地面上的软管段分别串联在一起以作为一延伸软管，并且将欲插入地面下的导管段分别串联在一起以作为一注入导管，然后再将该注入导管及与其连接的一前端组件插入该外套管；

(3)将该外套管抽离；

(4)将该注入导管与该延伸软管串联在一起，并且将多个供应管与该延伸软管连接在一起；以及

(5)重复执行将该前端组件逐步的向上移动的工序以改变其在地面下执行灌浆作业的地点，并且，相对的将该注入导管因此暴露在地面上的导管段卸下，而同时将相当于被卸下导管段的长度的软管段连结到该延伸软管。

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