CN105821884B - 一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置及灌浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及帷幕灌浆技术领域，具体涉及一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，包括外管、外管密封装置以及置于外管内的内管、内管密封装置，内管上设有两组内管密封装置，位于两组内管密封装置之间的管段为内管出浆段，内管出浆段上分布有内管出浆口，其特征在于，外管管壁沿其轴向方向设有多个定向开口组，每个定向开口组包括至少一对分布在同一外管周围上的定向开口，任选外管圆周的一个径向作为基础径向，所有定向开口均分布设置在基础径向0‑45度角内。本发明实现了浆液扩散方向可控，节省了灌浆量，提高了灌浆效率及帷幕搭接的可靠性。本发明还涉及一种采用该灌浆装置的灌浆方法，能较易形成垂直于渗流方向的帷幕。

Description

一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置及灌浆方法

技术领域

本发明涉及帷幕灌浆技术领域，具体涉及一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置及灌浆方法。

背景技术

不管作为堤坝基础或者是施工围堰基础，砂卵石地层都必须进行防渗处理，以满足建筑物渗透稳定等要求，工程通常需要的结果是防渗处理后在建筑物轴线方向得到搭接有效的防渗墙或帷幕。

漂卵砾石地层是一种较为特殊的砂卵石地层，其由山区河流形成，不仅具有一般砂卵石地层透水性强的特点，而且颗粒直径悬殊：大的颗粒为漂卵砾石（直径20cm～100cm），小的颗粒常见粉细砂甚至含泥（直径小于0.25mm）。在地下水渗流长期（往复升降）作用下，漂卵砾石之间充填的细颗粒顺渗流方向更易流失，以致该方向渗透性明显得到强化，造成漂卵砾石地层渗透性呈现出明显的不均一性：顺着渗流方向渗透性更强。

漂卵砾石地层的防渗处理一般采用帷幕灌浆技术，现有帷幕灌浆技术存在以下问题：

由于没有控制浆液在地层中的渗透方向，理论上，浆液在注浆压力下，在漂卵砾石地层中的扩散呈圆形，即可在某一平面，浆液可沿360度方向在漂卵砾石地层中扩散，而由于渗流的存在，浆液沿渗流方向扩散的阻力最小，因此，大部分浆液实际是顺着渗流方向扩散，而在垂直于渗流方向的扩散较少，多次试验表明，浆液流出方向与渗流方向的夹角小于45度角的浆液会顺着渗流方向扩散，从而导致垂直于渗流方向的帷幕难以搭接，实际防渗效果不佳。

另一方面，由于浆液按最小阻力方向扩散而集中消耗了某一灌注段的灌注能量，垂直渗流方向（阻力大的方向）因缺乏足够能量推动而难有浆液注入，理论上的圆形浆液扩散范围实际上成为顺渗流方向的长条形，灌浆孔之间常常留下浆液没有注入的区域（渗漏通道）。因此，设计所需的垂直渗流方向的帷幕难以形成，同时施工机具使用效率降低、材料浪费。

因此，针对漂卵砾石地层颗粒直径悬殊以及渗流大等防渗处理难点，研究一种浆液扩散方向可控、灌浆效率高、帷幕搭接可靠性高的帷幕灌浆技术是十分必要的。

发明内容

针对现有技术存在上述技术问题，本发明提供一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置及灌浆方法，实现浆液沿垂直于渗流方向扩散、灌浆效率高以及帷幕搭接可靠性高的目的。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

提供一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，包括外管、外管密封装置以及置于所述外管内的内管、内管密封装置，所述内管上设有两组内管密封装置，位于两组内管密封装置之间的管段为内管出浆段，所述内管出浆段上分布有内管出浆口，

所述外管管壁沿其轴向方向设有多个定向开口组，每个定向开口组包括至少一对分布在同一外管周围上的定向开口，

任选所述外管圆周的一个径向作为基础径向，

所有定向开口均分布设置在所述基础径向0-45度角内，

每个定向开口组由一个外管密封装置密封。

优选的，所有定向开口均分布设置在所述外管圆周的基础径向30度角内。

优选的，所述外管的内径为40-50cm，每个定向开口组包括3对定向开口，共6个定向开口，每个定向开口的口径为0.518-0.624cm。

优选的，相邻两个定向开口组在沿所述外管轴向方向的距离均为30-40cm。

优选的，两组内管密封装置均为喇叭形橡胶塞，所述内管出浆段的轴向长度为45-55cm。

优选的，所述外管密封装置设置为抗暴压力大于或等于4.5MPa的橡皮套。

优选的，所述外管设置为PVC圆管，所述内管设置为DN16镀锌钢管。

优选的，每一对定向开口沿外管轴向对称分布。

本发明还提供一种采用上述灌浆装置的灌浆方法，用于堤坝或围堰的帷幕搭接防渗施工中，包括下管步骤和帷幕搭接步骤，所述下管步骤中，当所述外管放入已钻好的孔中时，所述基础径向与帷幕预搭接方向平行。

优选的，所述帷幕搭接分为两个步骤：

步骤一：沿帷幕搭接方向，间隔钻出一序孔，并对每个一序孔进行灌浆，每个一序孔里面的灌浆浆液在压力作用下进入漂卵砾石地层，并对该一序孔周围的孔隙进行填充、挤压后，浆液与漂卵砾石地层形成沿帷幕搭接方向的第一复合体；

步骤二：沿帷幕搭接方向，在步骤一中两个相邻一序孔的中间位置钻出二序孔，并对每个二序孔进行灌浆，每个二序孔里面的灌浆浆液在压力作用下进入漂卵砾石地层，并对该二序孔周围的孔隙进行填充、挤压，浆液与漂卵砾石地层形成沿帷幕搭接方向的第二复合体，每个第二复合体与相邻的两个第一复合体进行搭接，从而形成沿帷幕搭接方向的完整的帷幕。

本发明的有益效果：

本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，包括外管、外管密封装置以及置于所述外管内的内管、内管密封装置，所述内管上设有两组内管密封装置，位于两组内管密封装置之间的管段为内管出浆段，所述内管出浆段上分布有内管出浆口，所述外管管壁沿其轴向方向设有多个定向开口组，每个定向开口组包括至少一对分布在同一外管周围上的定向开口，任选所述外管圆周的一个径向作为基础径向，所有定向开口均分布设置在所述基础径向0-45度角内，，每个定向开口组由一个外管密封装置密封。

与现有技术相比，本发明的灌浆装置，通过将定向开口设计为分布在所述外管圆周的基础径向0-45度角内，灌浆时，所述基础径向与帷幕搭接的方向平行，而帷幕搭接的方向是与渗流方向（或水流方向）垂直的，这样所述基础径向便与渗流方向（或水流方向）垂直，从定向开口流出的浆液的方向与渗流方向成45-90度角，使浆液直接从接近于垂直渗流方向的角度流出，从而能够较易形成垂直于渗流方向的帷幕，另一方面，相对于现有技术，由于减少了0-45度角的浆液流出，不仅节省了灌浆量，提高了灌浆效率，而且同样的灌浆量形成更大的压力，从定向开口中排出的浆液具备更大的动力，能够进一步减小渗流对浆液扩散方向的影响，此外，多个定向开口流出的浆液与漂卵砾石地层最终形成的帷幕具有一定厚度，从而更好的满足防渗需求。

本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆方法，用于堤坝或围堰的帷幕搭接防渗施工中，当所述外管放入已钻好的孔中时，所述基础径向与帷幕搭接的方向平行。与现有技术相比，实现了浆液的扩散方向可控，因而能更好的形成垂直于渗流方向的帷幕。

附图说明

图1为本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置的结构示意图。

图2为本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置中单个定向开口组的定向开口的分布示意图及对应外管密封装置在无浆液压力情况下的剖面示意图(也即图1中A-A处的剖面示意图)。

图3为本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置的外管密封装置在有浆液压力情况下的剖面示意图(也即图1中B-B处的剖面示意图)。

图4为本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆方法中步骤一中一序孔灌浆后形成的复合体的结构示意图。

图5为本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆方法中步骤二中二序孔灌浆后形成的帷幕的结构示意图。

图6为本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆方法在应用中的示意图。

图7为图6中C处的放大图。

附图标记：

外管密封装置1、外管2、定向开口3、钻孔孔壁4、内管5；内管密封装置6、内管出浆口7、套壳料8、漂卵砾石地层9、水泥浆10、水玻璃溶液11、基础径向12、第一复合体13A、第二复合体13B、渗流方向14、帷幕搭接方向15、流水16、堤坝17、帷幕18。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，包括外管2、外管密封装置1以及置于所述外管2内的内管5、内管密封装置6，所述内管5上设有两组内管密封装置6，两组内管密封装置6之间的管段为内管出浆段，内管出浆段上分布有内管出浆口7，所述外管2沿其轴向方向设有多个定向开口组，相邻两个定向开口组在沿所述外管2轴向方向的距离均为30-40cm，

如图2所示，每个定向开口组包括3对分布在同一外管2周围上的定向开口3，共6个定向开口3，每一对定向开口3沿外管2轴向对称分布，任选所述外管2圆周的一个径向作为基础径向12，

所有定向开口3均分布设置在所述基础径向12的0-45度角内，每个定向开口组由一个外管密封装置1密封。

如图2所示，所有定向开口3均分布设置在所述基础径向12的30度角内时，帷幕搭接效果最佳。

定向开口3起到定向的作用，即通过定向开口3实现浆液流出外管2的方向可控的目的。

如图2所示，所述外管密封装置1在无浆液压力下紧贴所述外管2的外壁，并将定向开口组密封起来，阻止外管2外侧的水、沙、泥浆等进入。

如图3所示，所述外管密封装置1在浆液压力下，其在定向开口3处被弹开，浆液可沿定向开口3流出外管2，图中箭头方向即为浆液流出方向。

外管密封装置1实质上起到单向阀作用。

如图1所示，本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置工作时：

浆液（包括水泥浆10和水玻璃溶液11）进入内管5，顺着内管5向下流至内管出浆段段，内管出浆段底部密封，浆液遂经内管出浆口7流出内管出浆段，并在内管5与外管2之间的空间形成一定水压后，先将上下两组内管密封装置6撑开，并使两组内管密封装置6均与外管2的内壁紧贴，进而形成密闭空间，随着进入内管5的浆液不断增多或外部施加给内管5的向下压力的增大，密闭空间形成的压力随之变大，直至弹开定向开口3处的外管密封装置1，浆液经6个定向开口3流出外管2至预先下好的套壳料8中，并经套壳料8流向钻孔孔壁4，进而流向漂卵砾石地层9的孔隙中，并对孔隙进行填充、挤压形成复合体13。

本发明的定向开口3设计为分布在所述外管2圆周的基础径向12的0-45度角内，灌浆时，所述基础径向12与帷幕搭接方向15平行，而帷幕搭接方向15是与渗流方向14（或水流方向）垂直的，这样所述基础径向12便与渗流方向14（或水流方向）垂直，从定向开口3流出的浆液的方向与渗流方向14成45-90度角，现有技术由于可向360度角扩散，导致大部分浆液顺着渗流方向14扩散，不仅难以形成垂直于渗流方向14的有效帷幕，而且大大耗费了浆液，降低了灌浆效率。本发明很好的避免了这一问题，从而能够形成垂直于渗流方向14的帷幕，另一方面，相对于现有技术，由于减少了0-45度角的浆液流出，不仅节省了灌浆量，提高了灌浆效率，而且同样的灌浆量只流经6个定向开口3，从定向开口3中排出的浆液具备更大的动力，能够进一步减小渗流对浆液扩散方向的影响，此外，多个定向开口3流出的浆液与漂卵砾石地层最终形成的帷幕具有一定厚度，从而更好的满足防渗需求。

其中套壳料8主要由粘土、膨润土及少量水泥浆10组成，是预先下好的，其主要作用是保证浆液不外漏。

实施例2：

本实施例一种用于漂卵砾石地层的灌浆方法，采用实施例1中所述灌浆装置进行灌浆，如图6-7所示，是本实施例所述灌浆方法应用于堤坝17的帷幕搭接防渗的示意图，堤坝17垂直于河流，流水16在堤坝17的漂卵砾石地层中的渗流方向14同时垂直于堤坝17和帷幕搭接方向15。

所述灌浆方法包括下管步骤和帷幕搭接步骤，所述下管步骤中，当所述外管放入已钻好的孔中时，所述基础径向12与帷幕预搭接方向15平行。

所述帷幕搭接分为两个步骤：

步骤一：沿帷幕搭接方向15，间隔钻出一序孔，并对每个一序孔进行灌浆，每个一序孔里面的灌浆浆液在压力作用下进入漂卵砾石地层，并对该一序孔周围的孔隙进行填充、挤压后，浆液与漂卵砾石地层形成沿帷幕搭接方向15的第一复合体13A；

步骤二：沿帷幕搭接方向15，在步骤一中两个相邻一序孔的中间位置钻出二序孔，并对每个二序孔进行灌浆，每个二序孔里面的灌浆浆液在压力作用下进入漂卵砾石地层，并对该二序孔周围的孔隙进行填充、挤压，浆液与漂卵砾石地层形成沿帷幕搭接方向15的第二复合体13B，每个第二复合体13B与相邻的两个第一复合体13A进行搭接，从而形成垂直于渗流方向14的完整的帷幕18。

本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆方法，与现有技术相比，通过设置外管基础径向与帷幕搭接方向平行的方式，实现了浆液的扩散方向可控，能很好的搭接垂直于渗流方向的帷幕。

另外，本发明的一种用于漂卵砾石地层的灌浆方法，通过将帷幕搭接步骤分为两个步骤来实施，使搭接好的帷幕的可靠性更高。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，包括外管、外管密封装置以及置于所述外管内的内管、内管密封装置，所述内管上设有两组内管密封装置，位于两组内管密封装置之间的管段为内管出浆段，所述内管出浆段上分布有内管出浆口，其特征在于，

所述外管管壁沿其轴向方向设有多个定向开口组，每个定向开口组包括至少一对分布在同一外管周围上的定向开口，

任选所述外管圆周的一个径向作为基础径向，

所述基础径向与帷幕搭接的方向平行，而帷幕搭接的方向与渗流方向垂直；

所有定向开口均分布设置在所述基础径向0-45度角内，

每个定向开口组由一个外管密封装置密封；

所述内管上部设有水泥浆入口和水玻璃溶液入口。

2.根据权利要求1所述的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，其特征在于：所有定向开口均分布设置在所述外管圆周的基础径向30度角内。

3.根据权利要求1所述的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，其特征在于：所述外管的内径为40-50cm，每个定向开口组包括3对定向开口，共6个定向开口，每个定向开口的口径为0.518-0.624cm。

4.根据权利要求3所述的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，其特征在于：相邻两个定向开口组在沿所述外管轴向方向的距离均为30-40cm。

5.根据权利要求4所述的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，其特征在于：两组内管密封装置均为喇叭形橡胶塞，所述内管出浆段的轴向长度为45-55cm。

6.根据权利要求5所述的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，其特征在于：所述外管密封装置设置为抗暴压力大于或等于4.5MPa的橡皮套。

7.根据权利要求6所述的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，其特征在于：所述外管设置为PVC圆管，所述内管设置为DN16镀锌钢管。

8.根据权利要求1所述的一种用于漂卵砾石地层的灌浆装置，其特征在于：每一对定向开口沿外管轴向对称分布。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述灌浆装置的灌浆方法，用于堤坝或围堰的帷幕搭接防渗施工中，包括下管步骤和帷幕搭接步骤，其特征在于：所述下管步骤中，当所述外管放入已钻好的孔中时，所述基础径向与帷幕预搭接方向平行。

10.根据权利要求9所述的灌浆方法，其特征在于，所述帷幕搭接步骤分为以下两个步骤：

步骤一：沿帷幕搭接方向，间隔钻出一序孔，并对每个一序孔进行灌浆，每个一序孔里面的灌浆浆液在压力作用下进入漂卵砾石地层，并对该一序孔周围的孔隙进行填充、挤压后，浆液与漂卵砾石地层形成沿帷幕搭接方向的第一复合体；

步骤二：沿帷幕搭接方向，在步骤一中两个相邻一序孔的中间位置钻出二序孔，并对每个二序孔进行灌浆，每个二序孔里面的灌浆浆液在压力作用下进入漂卵砾石地层，并对该二序孔周围的孔隙进行填充、挤压，浆液与漂卵砾石地层形成沿帷幕搭接方向的第二复合体，每个第二复合体与相邻的两个第一复合体进行搭接，从而形成沿帷幕搭接方向的完整的帷幕。