CN104074535A - 一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，该方法以微型钻孔中微型锚固技术与微型化学注浆技术相结合，通过内外一体化加固解决砂岩石窟窟顶剥落病害。该方法主要技术特征为：注浆孔微小，采用细小的注浆管和手工注射枪注浆；并且在橡胶封口塞上设置了排气减压管，钻孔注浆过程中对石窟岩体结构的破坏小，注浆过程中不产生附加劈裂应力，可解决注浆过程中节理裂缝进一步扩展的施工损害；采用微型锚杆加固，可有效解决传统锚杆技术施工扰动大、对石窟表层污损严重的缺点，同时可有效解决传统粘帖技术无法解决的片状剥落病害扩展的现象。

Description

一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法

技术领域

本发明涉及一种岩体遗址修复方法，尤其涉及一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法。

背景技术

砂岩石窟窟顶窟壁在自然营力的作用下，易出现各种节理裂隙，如不及时加固修复，容易剥离脱落，造成伤人事件。特别是部分砂岩石窟上有壁画和雕塑，如敦煌石窟，它们是历史文物，也是旅游景点，游客多，人流大，如不及时修复补强石窟窟顶，一旦出现剥落掉块，不但损坏文物，而且易造成人身伤害。

针对石窟大体量危岩体的加固和稳定，一般采用钻孔设备钻孔，然后孔内设锚杆并使用灌浆设备灌浆，浆体硬化后起到加固作用，这种锚杆技术的主要技术指标为：i) 钻孔设备根据岩土体的性质，大多采用电动钻、风钻，所对应的钻孔直径一般为90 mm~ 130 mm；最小孔径一般均大于40mm;ii) 根据锚固体的性质，钻孔深度5.0m~20.0m，一般不小于2.0m;iii) 灌浆设备通常采用压力灌浆，灌浆压力一般为0.2Mpa~0.6Mpa。这种锚杆技术具有孔径大、锚固深、间距大、灌浆压力大的特点，应用于大体量的危岩体的加固是可行的，从设计到加固计算理论已趋成熟；但砂岩石窟窟顶剥落病害不同于大体量危岩体病害，主要有分布面广、体量小、层间裂隙叫发育、层浅、文化信息丰富、对扰动高度敏感的特点，因此传统锚杆技术应用于砂岩石窟窟顶剥落病害的治理时，则存在如下不足或者缺陷：

i)  钻孔直径大，在石窟表层易留下明显痕迹，影响外观，且对石窟表层文化信息损害大；

ii) 钻孔机具动力大，钻孔过程对石窟振动、扰动大，易加剧砂岩石窟表层剥落甚至塌落破坏；

iii) 钻孔间距大，对于砂岩石窟表层剥落面大量广的病害效果差，传统锚杆大锚固力的特点对于局部片状剥落病害加固不相适宜；

iv)  传统的注浆技术，注浆压力大，在应用于砂岩石窟浅层剥落病害的治理，由于注浆在裂隙中增加了劈裂压力，往往易导致片状剥落病害的加剧甚至脱落，造成修补损害。

传统石窟粘帖修补技术中，常采用环氧树脂粘技术修补加固片状剥落病害，但通常易在砂岩石窟窟顶较大、较深处出现新的剥落病害，难以从根本上治疗剥落病害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，以解决传统锚杆技术加固补强砂岩石窟窟顶浅层剥落病害技术中的如下几个问题：(i) 钻孔直径大对砂岩石窟表层信息的破坏问题；(ii) 钻孔过程中钻孔机具振动对砂岩石窟的动力破坏问题；(iii) 传统注浆技术注浆压力大对砂岩石窟表层剥落病害的加剧问题；(iv) 传统粘帖技术修补片状剥落病害不能彻底解决片状剥落病害发展的问题。

本发明采用了下述技术方案，一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是步骤如下：

（1）      采用微型便携式手提无振动电钻钻孔，根据砂岩软硬，通过调节转速来控制钻进，减少钻孔对石窟文物本体的扰动破坏；钻杆采用全长螺纹钢钻杆，直径可根据片状剥落病害特征设定为:                                                ;

（2）      在孔口设置微型封口注浆装置, 所述微型封口注浆装置包括橡胶塞,橡胶塞上设有注浆管和排气管；

（3）      通过手工推进注射枪，将一定配方的化学加固剂通过渗透注浆方式注入，实现节理裂隙部分的化学黏结加固；并养护至化学加固剂需要的养护龄期；

（4）      将微型锚杆放置在钻好的注浆孔内，并用小支架定位保证芯材与孔壁间具有一定的保护层；

（5）      采用手工推进注射枪通过注浆管孔向注浆孔内注射锚固浆液，缓缓推进，实现由下而上的注浆，当排气管中有浆液溢出或者推进困难时表明注浆饱满灌浆完成；

（6）      养护至足够龄期，拆卸注浆管和橡胶塞，并依照“做旧如旧”的修复原则，进行钻孔表层做旧处理。

所述排气管长度伸至接近孔底，其作用是防止灌浆时在钻孔中形成气塞影响灌浆质量，并消除附件劈裂应力导致节理裂隙的扩展。

所述微型锚杆可在注浆前放置在注浆孔中，或者在注浆后再插入注浆孔中，两种方式的优劣及注浆的饱满程度可通过试验确定。

所述微型锚杆直径设定为，锚杆材质一般可采用钢锚杆，根据需要也可采用防腐楠竹锚杆。

钻孔深度：与微型钻孔机具、钻杆、砂岩石窟岩土体特性相适应，钻孔深度一般可设计为：。

化学加固材料：采用环氧树脂、石粉按一定比例配合，形成可在微型钻孔及片状剥落层间灌浆粘贴浆液及粘帖剂；灌浆材料及粘帖材料的流动性、粘结力可通过实验确定配方。

所述手工推进注射枪包括一个上侧开口的枪架，枪架的一端装有手工推进杆，另一端安装注浆针管；枪架内安装可拆卸的浆料管，手工推进杆的活塞端位于浆液管内，注浆针管与浆液管相通，所述注浆针管的管脚处设有橡胶套。因为设有橡胶套，在注浆过程中，橡胶套可起密封注浆管的作用。

与现有技术比较，本发明具有如下优点：

i)   钻孔扰动破坏小：采用便携式手提无振动电钻，钻孔直径（）小，钻孔过程对石窟本体扰动小，对石窟文物外观破坏小；

ii)    微型锚杆（）在同样截面面积的情况下，相比传统锚杆具有更大的锚固力和更小的外观影响；

iii)  微型锚杆的孔径、长度与砂岩石窟表层剥落病害的体量特性、破坏特征相适应，能提供与片状剥落病害相适应的锚固力；

iv)  微型钻孔灌浆设备采用无压人工正向注浆工艺，特殊灌浆管可有效解决砂岩石窟顶由下而上的注浆需要，并可避免传统注浆设备压力大对砂岩石窟表层剥落病害加剧的现象；

v)   微型锚杆技术具有小间距、灵活布置的特点，与片状剥落病害粘帖技术相结合，通过节理裂隙化学渗透粘结与微型锚固相结合实现内外一体化加固，起到加固松散岩土介质的加筋土相似效果，可有效解决传统粘帖技术无法解决的新片状剥落病害的效果。

附图说明

图1为本发明的原理图。

图2为本发明所述微型注浆封口装置的示意图。

图3为本发明所述手工推进注射器的示意图。

在图中  1.石窟裂隙岩体  2.橡胶塞  3.注浆管  4.排气管  5. 注浆针管   6.橡胶套  7.枪架  8.浆液管  9.手工推进杆  10. 微型锚杆  11.粘结材料  12.裂纹。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步阐明。

一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是步骤如下：

（1）      采用微型便携式手提无振动电钻钻孔，根据砂岩软硬，通过调节转速来控制钻进；钻杆采用全长螺纹钢钻杆，直径可根据片状剥落病害特征设定为:;钻一个孔深的注浆孔；

（2）      如图1所示，将微型锚杆10（即直径为的钢锚杆或防腐楠竹锚杆）放置在钻好的注浆孔内，并用小支架定位保证芯材与孔壁间具有一定的保护层；

（3）      在孔口设置如图2所示的微型封口注浆装置, 所述微型封口注浆装置包括橡胶塞2,橡胶塞2上设有的注浆管3和的排气管4，排气管4长度伸至接近孔底；

（4）  采用如图3所示的手工推进注射枪通过注浆管孔向注浆孔内注射浆液，缓缓推进，实现由下而上的注浆，当排气管4中有浆液溢出或者推进困难时表明注浆饱满灌浆完成；

（5）    养护至足够龄期，拆卸注浆管3和橡胶塞2，并依照“做旧如旧”的修复原则，进行钻孔表层做就处理。加固后的状态如图1所示，固化后的粘结材料11和微型锚杆10加固连接产生了裂纹12的石窟裂隙岩体1。

必要时，可以先向注浆孔内注射液体粘结剂，待液体粘结剂在裂缝中渗透一段时间后，派出注浆孔的液体化学粘结剂，然后再设置微型锚杆10并注入浆液粘合剂，如环氧树脂和石粉的混合浆液。

所述微型锚杆10可在注浆前放置在注浆孔中，或者在注浆后再插入注浆孔中，两种方式的优劣及注浆的饱满程度可通过试验确定。

化学加固材料：采用环氧树脂、石粉按一定比例配合，形成可在微型钻孔及片状剥落层间灌浆粘贴浆液及粘帖剂；灌浆材料及粘帖材料的流动性、粘结力可通过实验确定配方。

如图3所示，所述手工推进注射枪包括一个上侧开口的枪架7，枪架7的一端装有手工推进杆9，另一端安装注浆针管5；枪架7内安装可拆卸的浆料管8，手工推进杆9的活塞端位于浆料管8内，注浆针管5与浆料管8相通，所述注浆针管5的针脚处设有橡胶套6。

Claims (8)

1.一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征及步骤如下：

采用微型便携式手提无振动电钻钻孔，根据砂岩本体软硬，通过调节转速来控制钻进，钻杆采用全长螺纹钢钻杆，直径根据片状剥落病害特征设定为:                                                ;

在孔口设置微型封口注浆装置, 所述微型封口注浆装置包括橡胶塞,橡胶塞上设有注浆管和排气管；

通过手工推进注射枪，将一定配方的化学加固剂通过渗透注浆方式注入，实现节理裂隙部分的化学黏结加固；并养护至化学加固剂需要的养护龄期；

将微型锚杆放置在钻好的注浆孔内，并用小支架定位保证芯材与孔壁间具有一定的保护层；

采用手工推进注射枪通过注浆管孔向注浆孔内注射浆液，缓缓推进，实现由下而上的钻孔注浆锚固，当排气管中有浆液溢出或者推进困难时表明注浆饱满灌浆完成；

养护至足够龄期，拆卸注浆管和橡胶塞，并依照“做旧如旧”的修复原则，进行钻孔表层做旧处理。

2.根据权利要求1所述的一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是所述排气管长度接近孔底。

3.根据权利要求1所述的一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是所述微型锚杆可在钻孔注浆前放置在注浆孔中，或者在注浆后再插入注浆孔中。

4.根据权利要求1或2所述的一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是所述排气管的直径。

5.根据权利要求1所述的一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是所述注浆管的直径。

6.根据权利要求1所述的一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是所述微型锚杆直径设定为，材质采用钢锚杆或防腐楠竹锚杆。

7.根据权利要求1所述的一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是钻孔深度： 。

8.根据权利要求1所述的一种砂岩石窟窟顶剥落病害复合补强方法，其特征是所述手工推进注射枪包括一个上侧开口的枪架，枪架的一端装有手工推进杆，另一端安装注浆针管；枪架内安装可拆卸的浆液管，手工推进杆的活塞端位于浆液管内，注浆针管与浆液管相通，所述注浆针管的管脚处设有橡胶套。