CN105731978B - 一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液及注浆方法 - Google Patents

一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液及注浆方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液及注浆方法，对顶进框架涵采用管幕加固且需要掌子面保持一定坡率自稳的情况下，先后采用稀释的水玻璃和配置的氯化钙溶液，通过改造的花管注浆工艺，进行水平注浆加固，加固后的土体无侧限抗压强度可达到100～500kPa，可满足顶进涵刃脚要求的坡率。相比于化学浆液和高压旋喷加固，安全稳定；相比于超细水泥注浆加固，扩散范围大，加固后的强度既满足坡率稳定性要求，又易于挖除，方便施工，且造价便宜一半多；同时采用本发明的注浆工艺，可实现分段注浆，管路不易封堵，实现了浆液在中密细砂层中渗入为主的目的，只在上部设止浆塞下端不设，扩大了注浆范围，注浆效果较好。

Description

一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液及注浆方法
技术领域
本发明属于土体注浆工程技术领域，具体涉及一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液及注浆方法。
背景技术
随着我国基础设施的快速发展，出现越来越多的下穿铁路项目，而且下穿顶进涵跨度越来越大，保护铁路线路稳定的方法已由常规的纵横抬梁方法转向管幕等新型加固工艺，但对位于自稳能力较差的细砂层中的管幕，需要采取注浆加固等措施固化砂层，使其具有一定的强度确保顶进过程砂层自稳，但同时强度不应过高，方面后期挖除，这样既可确保上部既有铁路的正常运营又可方面后期顶进施工。
然而，对于顶进涵掌子面细砂层的加固存在以下问题：(1)在注浆材料方面：普通水泥做为主剂形成的注浆液很难渗透到孔隙很小的细砂层中；超细水泥具有较高的渗透能力，可渗透到细砂层中，但扩散范围较小且价格较高，形成的掌子面加固体强度较高不易于后期挖除；化学浆液有很好的渗透性，但大多存在毒性对环境有污染。(2)在加固方法方面：水平高压旋喷工艺依靠其高压水汽切割土层原理，喷浆形成相互搭接的加固体，以期完成对整个掌子面的加固，但高压旋喷工艺注浆压力一般要达到20MPa左右，较大的工作压力对上部运营铁路影响较大，存在较大安全隐患；花管注浆工艺利用较小的注浆压力将浆液扩散到注浆管周围，形成相互搭接的加固体，但花管注浆不能分段注浆，浆液扩散不均匀，不能形成理想的加固体；袖阀管注浆工艺可实现分段注浆，但对于以渗透注浆为主的密实细砂层，填充套壳料并分段注浆，反而效率低下且效果不甚理想。
发明内容
本发明的目的是克服现有细砂层顶进涵掌子面加固过程中存在的上述注浆材料渗透力差、渗透范围小、价格昂贵、污染环境，以及注浆方法效果不理想的问题。
为此，本发明提供了一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液，包括A组分和B组分，所述A组分为模数2.5～3.0，波美度为20°Bé～25°Bé，密度为1.16g/cm3～1.26g/cm3的水玻璃；所述B组分为无水氯化钙与水形成的质量浓度为25%～30%的氯化钙溶液；所述A组分和B组分的体积比为1:0.8～1:1.2。
另外，本发明还提供了采用上述用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，包括如下步骤：
1)在顶进涵掌子面水平钻孔。
2)在步骤1)完成的钻孔中放入注浆管，注浆管底部封堵，其管壁上凿有注浆孔。
3)向步骤2)的注浆管中插入注浆短管，注浆短管的底部封闭，且其底部距离注浆管底部3～5m，注浆短管管壁上设有喷射注浆孔，注浆短管上端与注浆管管体连接，注浆管前端封孔。
4)注浆短管的上端接通注浆泵，先注入一定量清水以排净注浆短管中的空气，然后将A组分浆液通过注浆短管注入注浆管内，注浆压力控制在0～0.2MPa；注浆压力上升至0.1MPa～0.15MPa及以上时，将注浆短管提升3～5m，以同样的方式连续注浆，直至完成整个注浆管A组分浆液的注浆。
5)在完成步骤4)的整个注浆管A组分浆液注入后，向注浆管中插入另一根注浆短管，先向注浆短管中注入一定量清水，然后按步骤4)中A组分浆液注入方式注入B组分浆液，直至完成整个注浆管B组分浆液的注浆。
进一步地，上述步骤1)进行水平钻孔时采用套管跟进保护，防止塌孔。
进一步地，上述注浆管为直径50mm，壁厚3.5～4mm，抗压强度不小于1.0MPa的PVC管。
进一步地，上述注浆孔沿注浆管轴向每隔20mm分布，注浆孔的孔径3～5mm。
进一步地，上述注浆孔处设置有橡胶圈，防止外部砂土堵塞注浆孔。
进一步地，上述注浆管前端1～1.5m采用绑扎塑料袋并注入水泥浆的方式进行封孔。
进一步地，上述注浆短管上端的喷射注浆孔处设有将注浆管和注浆短管之间密封的止浆塞，确保浆液在指定位置以下位置喷射出去。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的这种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液相比于普通水泥渗透性高，相比于超细水泥扩散范围大，加固后的强度既满足坡率稳定性要求，又易于挖除，方便施工，且造价比超细水泥便宜一半多，相比于化学浆液安全可靠，无毒无害对周边环境无污染。
(2)本发明采用的这种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法对位于细砂层中的顶进涵掌子面形成较好的加固，使得掌子面细砂层达到一定的自稳强度，相比于高压旋喷加固，安全稳定，相对于花管注浆工艺，可实现分段注浆，管路不易封堵，相比于袖阀管注浆，实现了浆液在中密细砂层中渗入为主的目的，扩大注浆范围，效果较好。
(3)本发明提供的这种注浆方法进行水平注浆加固，注浆加固体直径可达到600～700mm，加固后的土体无侧限抗压强度可达到100～500kPa，可满足顶进涵刃脚要求的坡率。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明中用于细砂层分段注浆的注浆管的结构示意图。
图2是实施例2中掌子面顶进前1:1放坡进行水平注浆加固的示意图。
图3是实施例2中注浆加固后的掌子面按1:0.55放坡的示意图。
附图标记说明：1、注浆管；2、注浆孔；3、橡胶圈；4、注浆短管；5、喷射注浆孔；6、止浆塞。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本实施例提供了一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液，包括A组分和B组分，所述A组分为模数2.5～3.0，波美度为20°Bé～25°Bé，密度为1.16g/cm3～1.26g/cm3的水玻璃；所述B组分为无水氯化钙与水形成的质量浓度为25%～30%的氯化钙溶液；所述A组分和B组分的体积比为1:0.8～1:1.2。
A组分的模数选取模数2.5～3.0，此范围内水玻璃SiO2的含量高，凝胶时间短，浆液结石体强度高；波美度为20°Bé～25°Bé，此浓度的水玻璃流动性好，可在密实粉细沙层中达到最大的扩散范围，并可满足与B组分反应后达到最高的结石体强度。B组分为无水氯化钙与水形成的质量浓度为25%～30%的氯化钙溶液，该浓度范围内氯化钙溶液既可满足浆液流动性好，在密实的粉细沙层中达到最大的扩散范围，又可满足与A组分反应后达到最高的结石体强度。而根据现场和室内试验结果，A组分和B组分的体积比为1:1时可获取的最大的浆液扩散范围和结石体最大强度值，且易于现场操作。
该用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液相比于普通水泥渗透性高，相比于超细水泥扩散范围大，加固后的强度既满足坡率稳定性要求，又易于挖除，方便施工，且造价比超细水泥便宜一半多，相比于化学浆液安全可靠，无毒无害对周边环境无污染。
采用上述用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，包括如下步骤：
1)在顶进涵掌子面水平钻孔；而为了防止塌孔，钻孔时可采用套管跟进保护。
2)在步骤1)完成的钻孔中放入注浆管1，注浆管1底部封堵，其管壁上凿有注浆孔2。
细化实施方式，如图1所示，注浆管1为直径50mm，壁厚3.5～4mm，抗压强度不小于1.0MPa的PVC管；注浆管1沿轴向在注浆管1管壁上每隔20mm凿有4个注浆孔2，注浆孔2的孔径3～5mm。而为了防止外部砂土堵塞注浆孔2，所述注浆孔2处设置有橡胶圈3，注浆时可挤开橡胶圈3使浆液流出渗透到细砂层。
3)向步骤2)的注浆管1中插入注浆短管4，注浆短管4外径小于注浆管1的内径，注浆短管4的底部封闭，且其底部距离注浆管1底部3～5m，而选用5m时效果最佳，注浆短管4管壁上设有喷射注浆孔5，注浆短管4上端与注浆管1管体连接，注浆管1前端封孔。
细化实施方式，注浆管1前端1～1.5m采用绑扎塑料袋并注入水泥浆的方式进行封孔，封孔效果确保内部注入的浆液不能流出。注浆短管4上端的喷射注浆孔5处设有将注浆管1和注浆短管4之间密封的止浆塞6，只在上部设止浆塞6下端不设止浆塞6，确保浆液在指定位置以下位置喷射出去。
4)注浆过程分两步进行，第一步，注浆短管4的上端接通注浆泵，先注入一定量清水以排净注浆短管4中的空气，然后将A组分浆液通过注浆短管4注入注浆管1内，注浆过程以渗透为主，严格控制注浆压力0～0.2MPa，并根据注浆效果和监测结果调整；注浆压力上升至0.1MPa～0.15MPa及以上时，将注浆短管4提升3～5m，以同样的方式连续注浆，直至完成整个注浆管1A组分浆液的注浆。
5)在完成步骤4)的整个注浆管1A组分浆液注入后，向注浆管1中插入另一根注浆短管4，先向注浆短管4中注入一定量清水，然后按步骤4)中A组分浆液注入方式注入B组分浆液，直至完成整个注浆管1B组分浆液的注浆。
本发明提供的这种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法对位于细砂层中的顶进涵掌子面形成较好的加固，使得掌子面细砂层达到一定的自稳强度，相比于高压旋喷加固，安全稳定，相对于花管注浆工艺，可实现分段注浆，管路不易封堵，相比于袖阀管注浆，实现了浆液在中密细砂层中渗入为主的目的，扩大注浆范围，效果较好。
实施例2：
南昌某下穿既有京九铁路路基项目，设计采用的是大跨度顶进现浇框架涵，框架涵位于地面下10m位置，纵横抬梁方案此处受跨度影响受限，采用了新型管幕工艺加固既有铁路，在框架涵顶进过程中，受顶进工艺要求，掌子面坡率应保持在1:0.55，而此处地层为均匀的中密砂层，标贯击数为15～19击，经计算，不采取加固措施情况下，最大坡率为1:1，要达到1:0.55的坡率，需采用注浆措施加固，使其满足稳定性要求，鉴于此，本项目采取本发明提供的这种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法进行加固，并将加固体进行了无侧限抗压试验，如图2和图3所示，具体过程包括如下步骤：
(1)开挖框架涵工作坑，进行除掌子面外其他三侧基坑支护，掌子面采用1:1放坡，挂网喷混。
(2)沿近乎水平方面，按水平和竖向均1m的间距钻孔，钻孔中放入注浆管1，注浆管1长度根据边坡稳定性计算确定。
(3)在注浆管1内插入注浆短管4，注浆短管4距离注浆管1底5m左右，接通注浆泵，然后分两步两次注入不同的注浆液。
(4)第一步注入A组分浆液即波美度为25°Bé的水玻璃，注入A组分浆液前，先注入一定量的清水洗管，然后注入A组分浆液，注浆过程以渗透为主，严格控制注浆压力，当注浆压力上升至0.1MPa～0.15MPa及以上时，再提升注浆短管4约5m，以同样的方式连续注浆，直至完成整个注浆管1的注浆，现场每米注浆量大约150ml。
(5)第二步，在完成水玻璃溶液注入后，在同一注浆孔中插入另外一根注浆短管4，先注入一定量的清水，然后按同样方式注入B组分浆液即质量浓度为28%的氯化钙溶液。
(6)在完成注浆的第七天，开挖取样，进行无侧限抗压强度试验，强度值最小达到100kPa，最大达到500kPa。
本发明提供的这种注浆方法进行水平注浆加固，注浆加固体直径可达到600～700mm，加固后的土体无侧限抗压强度可达到100～500kPa，可满足边坡稳定的要求以及顶进涵刃脚要求的坡率。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在顶进涵掌子面水平钻孔；
2)在步骤1)完成的钻孔中放入注浆管(1)，注浆管(1)底部封堵，其管壁上凿有注浆孔(2)；
3)向步骤2)的注浆管(1)中插入注浆短管(4)，注浆短管(4)的底部封闭，且其底部距离注浆管(1)底部3～5m，注浆短管(4)管壁上设有喷射注浆孔(5)，注浆短管(4)上端与注浆管(1)管体连接，注浆管(1)前端封孔；
4)注浆短管(4)的上端接通注浆泵，先注入一定量清水以排净注浆短管(4)中的空气，然后将注浆浆液中A组分浆液通过注浆短管(4)注入注浆管(1)内，注浆压力控制在0～0.2MPa；注浆压力上升至0.1MPa以上时，将注浆短管(4)提升3～5m，以同样的方式连续注浆，直至完成整个注浆管(1)A组分浆液的注浆；其中，所述A组分为模数2.5～3.0，波美度为20°Bé～25°Bé，密度为1.16g/cm3～1.26g/cm3的水玻璃；
5)在完成步骤4)的整个注浆管(1)A组分浆液注入后，向注浆管(1)中插入另一根注浆短管(4)，先向注浆短管(4)中注入一定量清水，然后按步骤4)中A组分浆液注入方式注入注浆浆液中B组分浆液，直至完成整个注浆管(1)B组分浆液的注浆；其中，所述B组分为无水氯化钙与水形成的质量浓度为25%～30%的氯化钙溶液，所述A组分和B组分的体积比为1:0.8～1:1.2。
2.如权利要求1所述的用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，其特征在于：所述步骤1)进行水平钻孔时采用套管跟进保护。
3.如权利要求1所述的用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，其特征在于：所述注浆管(1)为直径50mm，壁厚3.5～4mm，抗压强度不小于1.0MPa的PVC管。
4.如权利要求1所述的用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，其特征在于：所述注浆孔(2)沿注浆管(1)轴向每隔20mm分布，注浆孔(2)的孔径3～5mm。
5.如权利要求1所述的用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，其特征在于：所述注浆孔(2)处设置有橡胶圈(3)。
6.如权利要求1所述的用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，其特征在于：所述注浆管(1)前端1～1.5m采用绑扎塑料袋并注入水泥浆的方式进行封孔。
7.如权利要求1所述的用于细砂层顶进涵掌子面加固的注浆浆液的注浆方法，其特征在于：所述注浆短管(4)上端的喷射注浆孔(5)处设有将注浆管(1)和注浆短管(4)之间密封的止浆塞(6)。
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