CN103114601B - 强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，旨在提供一种操作性强、经济效益显著、工程工期缩短，改造费用低廉的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法；其技术要点依次包括下述步骤：1）在常规三重管高喷灌浆系统的清水供应管路并联带流量控制开关的水玻璃速凝剂管路；2）按常规的三重管高喷灌浆方法灌浆；3）当步骤2）的三重管高喷灌浆的孔口不返浆时，打开水玻璃速凝剂管路上的流量控制开关，使水玻璃速凝剂进入，4）当步骤3）的三重管高喷灌浆的孔口返浆稳定时，调节流量控制开关，逐渐减少水玻璃速凝剂的进入量，重复步骤2）；5）当三重管高喷灌浆的孔口再次出现不返浆时，重复步骤3）和步骤4）的过程；属于截渗技术领域。<!--1-->
Description
技术领域
本发明公开一种强渗漏地层的截渗方法，具体地说，是一种强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，属于截渗技术领域。
背景技术
为了满足水利水电、水运公路、港口码头等各类工程的干法施工作业，需在作业场地四周或局部方向修筑临时围堰，临时围堰的上部一般由不透水的粘土堆填，但临时围堰的下部常常由砂层、砂卵石层甚至卵漂石层等各种各样的透水地层组成，这种透水地层一般都需要进行截渗处理。目前，对于这种透水地层常用的截渗方法主要有地下混凝土连续墙法和高喷灌浆成墙法两种。其中高喷灌浆以其经济适用、工期短、设备进场运输容易而普遍被采用，特别是三重管高喷灌浆方法在河床原生卵漂石层中的截渗每每取得满意的效果，而三重管高喷灌浆的总造价只有地下连续墙的50%左右。然而这种三重管高喷灌浆截渗方法的使用也有其局限，在处理因各种原因形成的强渗漏地层时，如一些发达地区在原始河床上用淘砂船采集建筑用砂，剩下的级配单一的卵漂石堆积层时，使用普通三重管高喷灌浆工艺往往达不到预期效果。究其所然，是因为这种地层孔隙太大，孔隙与河床或水体连通性太好，致使所灌水泥浆液沿孔隙通道漏失殆尽。出现这种情况，当场地条件许可时往往是转回采用地下混凝土连续墙的老方法；而当受到场地的局限地下连续墙方法不能够被采用时，则各显各的神通，但采取的方法在施工完成后往往工程造价超出地下连续墙的价格，完工期限也大大推后。
发明内容
针对上述问题，本发明公开一种操作性强、经济效益显著、工程工期缩短，改造费用低廉的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法。
为解决上述技术问题，本发明的前一技术方案是这样的：该强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，依次包括下述步骤：1）在常规三重管高喷灌浆系统的清水供应管路并联带流量控制开关的水玻璃速凝剂管路；2）按常规的三重管高喷灌浆方法灌浆；3）当步骤2）的三重管高喷灌浆的孔口不返浆时，打开水玻璃速凝剂管路上的流量控制开关，使水玻璃速凝剂进入高压喷灌浆台车，并逐渐加大水玻璃速凝剂的进入量，使三重管高喷灌浆的孔口有浆液返出；4）当步骤3）的三重管高喷灌浆的孔口返浆稳定时， 调节流量控制开关，逐渐减少水玻璃速凝剂的进入量，直至流量控制开关完全关闭，重复步骤2）；5）当三重管高喷灌浆的孔口再次出现不返浆时，重复步骤3）和步骤4）的过程。
上述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，所述的水玻璃速凝剂的模数为2.4～3.3。
上述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，所述的水玻璃速凝剂的浓度为38.4～48.3波美度。
进一步的，上述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，所述的高喷灌方式为摆喷。
进一步的，上述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，所述的高喷灌浆方式为旋喷。
本发明的后一技术方案是这样的：强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法所用的装置，包括高压喷灌浆台车，高压喷灌浆台车分别与水泥浆搅拌桶、空气压缩机和清水桶连接，高压喷灌浆台车与水泥浆搅拌桶之间设有泥浆泵，高压喷灌浆台车与清水桶之间还设有高压清水泵，其特征在于，所述清水的进口管路还连接一个水玻璃速凝剂储存桶，与水玻璃速凝剂储存桶之间还设有流量控制开关。
上述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法所用的装置，所述的水玻璃速凝剂储存桶安装高度不低于清水桶的安装高度。
上述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法所用的装置，所述的高压清水泵、清水桶和水玻璃速凝剂储存桶之间采用三通管连接。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：改造费用低廉、可操作性强、施工质量可靠。从而在施工工期和经济效益方面具有显著的优势。
1）改造费用低廉。本发明需要进行的设备改造仅仅在普通三重管高压旋喷的基础上增加一个水玻璃桶、一个水玻璃流量控制开关、一个管道三通和数米连接管道以及一些辅助设备，全部改造费用不过数千元；
2）可操作性强。本发明将水玻璃桶与清水桶并联接入高压清水泵，利用水玻璃溶液的比重高于清水的物理特性，使得按不同比例掺加水玻璃集中在水玻璃流量控制开关的开合上。与正常的三重管高喷灌浆施工相比，只需要记住一个返浆的标准，掌握一个开闭开关操作就能够满足要求。如果高喷灌浆在施工中正常返浆，则按正常高喷灌浆施工就可以了；如果高喷灌浆在施工时出现不返浆的情况，则逐渐开启控制水玻璃速凝流量的开关直至返浆；当孔口从不返浆转变为开始返浆时，可以逐渐关闭控制水玻璃速凝剂的开关；返浆正常时完全关闭控制水玻璃流量控制开关。
3）施工质量可靠。高喷灌浆特别是三重管高喷灌浆适用于砂层、砂卵石层、卵漂石层和相类似粒径的人工堆积层的加固和止水施工，是通过切割或掏动原地层然后将水泥浆混合其中，从而改变土体的成分及结构而达到增加软弱地层的强度和改变渗漏地层防渗性能目的的。其中，密闭或半密闭的环境至关重要，如果这些地层由于人工或自然的原因存在较大的与水体相联系的漏失通道（水面之上的较大的漏失通道很容易被返浆充填故对喷灌质量无影响）时，高喷头附近密闭或半密闭的环境将被打破，则水泥浆不能与土体充分混合，高喷固结体不可避免的存在缺陷。本发明采用的是一种简便易行的方法向三重管高喷灌浆高压水中掺加水玻璃速凝剂，使得高喷灌浆返浆浓度增大甚至成为半固态返浆，这些浓度较大的返浆先行充填较大漏失通道，使得高喷头附近的环境转回到密闭或半密闭的状态，即原具有强渗漏特性的地层转变成正常状态的透水地层，对强渗漏地层的高喷截渗被转变成对正常渗漏地层的高喷截渗，故本发明对强渗漏地层的高喷截渗质量是有保证的。
4）施工工期及经济效益分析。正常砂卵石地层采用三重管高喷灌浆就是一种工期最短、经济效益最好截渗止水方法，但存在水下与附近水体有联系的较大漏失通道，也就是遇到强渗漏地层的时候，三重管高喷灌浆不能起到应有的止水效果。本发明就是通过向水源中掺加水玻璃速凝剂的方法使得三重管高喷截渗灌浆成为可行，三重管高喷灌浆与地下连续墙工艺相比其工期仅一半，故采用本发明的方法工期仍然只有地下连续墙的一半；三重管高喷灌浆与地下连续墙相比其工程造价也大概为50%，因为本发明中增加了水玻璃速凝剂的成本支出，故本发明采用的三重管速凝高喷灌浆法施工其成本约为地下连续墙施工的60%。可见，采用本发明的方法施工，其工期效益和经济效益都非常显著。
附图说明
图1是本发明的工作原理图1；
图2是本发明的工作原理图2；
图3是本发明的工作原理图3；
图4是本发明的装置结构示意图；
其中：高压喷灌浆台车1，水泥浆搅拌桶2，空气压缩机3，清水桶4，泥浆泵5，高压清水泵6，水玻璃速凝剂储存桶7，流量控制开关8。
发明内容
下面结合具体实施方式和附图对本发明的权利要求作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制，任何在本发明权利要求范围内所做的有限次的修改，仍在本发明权利要求范围内。
实施例1
参阅图1，本发明所用的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法所用的装置，包括高压喷灌浆台车1，高压喷灌浆台车1分别与水泥浆搅拌桶2、空气压缩机3和清水桶4连接，高压喷灌浆台车1与水泥浆搅拌桶2之间设有泥浆泵5，高压喷灌浆台车1与清水桶4之间还设有高压清水泵6，所述高压清水泵6的进口管路还连接一个水玻璃速凝剂储存桶7。其中，高压清水泵6、清水桶4和水玻璃速凝剂储存桶7之间采用三通管连接。所述的水玻璃速凝剂储存桶7安装高度不低于清水桶4的安装高度，使得水玻璃速凝剂优先进入高压清水泵6。高压清水泵6与水玻璃速凝剂储存桶7之间还设有流量控制开关8。
本发明的施工方法依次包括下述步骤：1）在常规三重管高喷灌浆系统的清水供应管路并联带流量控制开关的水玻璃速凝剂管路；2）所述的常规三重管高喷灌浆是按《水利水电工程高压喷射灌浆技术规范》（DL/T 5200-2004）或其它国家或行业规范中所述由水、气、浆三种介质（即三重管）切割搅拌土体的地基基础处理工艺灌浆，所述的高喷灌方式为摆喷或者旋喷；3）当步骤2）的三重管高喷灌浆的孔口不返浆时，打开水玻璃速凝剂管路上的流量控制开关，使水玻璃速凝剂进入高压清水泵，并逐渐加大水玻璃速凝剂的进入量，使三重管高喷灌浆的孔口有浆液返出；4）当步骤3）的三重管高喷灌浆的孔口返浆稳定时， 调节流量控制开关，逐渐减少水玻璃速凝剂的进入量，直至流量控制开关完全关闭，重复步骤2）；5）当三重管高喷灌浆的孔口再次出现不返浆时，重复步骤3）和步骤4）的过程。
所用的水玻璃速凝剂其化学式为Na2O·n SiO2；模数为2.4～3.3，水玻璃速凝剂的浓度为38.4～48.3波美度。
具体实施时：
1、根据先期勘探资料或者其它资料确定截渗地层中存在较大的漏水通道，且这种漏水通道与附近水体相联系时，应做好在三重管灌浆中掺加水玻璃速凝剂的准备，按附图1所示将水玻璃储存桶连接到三重管高喷灌浆后台。
2、按一定间距在强渗漏的地层中成孔，成孔直径一般大于130mm。
3、下入三重管喷杆至孔底，开动高压清水泵、 泥浆泵和空气压缩机向高喷灌浆台车中输入高压水、水泥浆和压缩空气，同时提升和旋转（摆动）喷杆进行高喷灌浆施工。施工工程中如孔口有水泥浆液返出，表明该地段无大的渗漏通道，可以继续按照原设计喷灌。
4、施工中出现孔口长时间不返浆时，表明该地段存在大的漏失通道，立即开启水玻璃流量控制开关向高压水中掺加水玻璃溶液，逐渐加大水玻璃进入量使得孔口有浆返出并通过控制水玻璃流量控制开关的大小始终维持孔口有浆返出的状态。
5、当完全关闭了水玻璃流量控制开关孔口仍然有浆返出时，表明较大的漏水通道已经填满，此时不再向三重管高压水中掺加水玻璃溶液，转回按正常三重管高喷灌浆的工艺施工完剩余工程量。
6、在下一个孔中或一个孔的后续喷灌中再次出现不返浆的状态时，重复以上步骤，直至全部高喷灌浆工程量完成。
本发明的工作原理，主要是基于水玻璃速凝剂的两点特性，其一，不管是水玻璃速凝剂的模数是1还是3，在压力环境下水玻璃速凝剂与水是无限互溶的，水玻璃速凝剂和水在经过高压清水泵30多兆帕的高压下形成均匀的水玻璃速凝剂水溶液；其二，这种水玻璃速凝剂水溶液与水泥浆液混合后，混合液的粘度会发生变化，且在水泥浆浓度不变的情况下，水玻璃速凝剂含量越高则混合液的粘度越大，直至以半固态的形式出现。虽然地层中的孔隙大小和连通性各不相同，但随着水玻璃速凝剂的进入量越来越大，总有一个浓度级别的混合液适合充填最大的孔隙，而且在达到合适的浓度之前有一个水玻璃速凝剂浓度不断增加，混合液粘度不断增大的过程，地层中连通性好的较小的孔隙也被粘度较小的混合液充填，参阅图1至图3，其中：图1是刚开始灌浆时地层中存在与附近水体相连通的孔隙通道，采用常规高喷灌浆方法施工孔内浆液流失，孔口不返浆；图2是通过在高压水中掺加水玻璃，返浆浓度变稠从而先行堵塞这些连通性强的孔隙通道；图3是在这些连通性强的孔隙被堵塞后，强渗漏地层的截渗止水转变为一般地层的高喷灌浆截渗止水施工。只要孔口出现返浆就预示着地层中连通性强的大小孔隙都得到充填，原来的强渗漏地层就改变为一般性的渗漏地层，使用常规的三重管高喷灌浆就能够达到目的。
Claims (6)
1.一种强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，其特征在于，依次包括下述步骤：1)在常规三重管高喷灌浆系统的清水供应管路并联带流量控制开关的水玻璃速凝剂管路；2)按常规的三重管高喷灌浆方法灌浆；3)当步骤2)的三重管高喷灌浆的孔口不返浆时，打开水玻璃速凝剂管路上的流量控制开关，使水玻璃速凝剂进入高压喷灌浆台车，并逐渐加大水玻璃速凝剂的进入量，使三重管高喷灌浆的孔口有浆液返出；4)当步骤3)的三重管高喷灌浆的孔口返浆稳定时，调节流量控制开关，逐渐减少水玻璃速凝剂的进入量，直至流量控制开关完全关闭，重复步骤2)；5)当三重管高喷灌浆的孔口再次出现不返浆时，重复步骤3)和步骤4)的过程，所述的水玻璃速凝剂的模数为2.4～3.3，所述的水玻璃速凝剂的浓度为38.4～48.3波美度。
2.根据权利要求1所述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，其特征在于，所述的高喷灌方式为摆喷。
3.根据权利要求1所述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法，其特征在于，所述的高喷灌浆方式为旋喷。
4.权利要求1所述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法所用的装置，包括高压喷灌浆台车，高压喷灌浆台车分别与水泥浆搅拌桶、空气压缩机和清水桶连接，高压喷灌浆台车与水泥浆搅拌桶之间设有泥浆泵，高压喷灌浆台车与清水桶之间还设有高压清水泵，其特征在于，所述清水的进口管路还连接一个水玻璃速凝剂储存桶，与水玻璃速凝剂储存桶之间还设有流量控制开关。
5.根据权利要求4所述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法所用的装置，其特征在于，所述的水玻璃速凝剂储存桶安装高度不低于清水桶的安装高度。
6.根据权利要求4所述的强渗漏地层的速凝高喷灌浆截渗方法所用的装置，其特征在于，所述的高压清水泵、清水桶和水玻璃速凝剂储存桶之间采用三通管连接。
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