CN105926624B - 逆止式集合孔注浆装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种逆止式集合孔注浆装置及其施工方法，其中，所述逆止式集合孔注浆装置具有内管和外管；该内管具有内管体和在该内管体上按预定间隔设置的多个内管出浆孔；该外管具有外管体和在该外管体上按预定间隔设置的多个外管出浆孔；所述外管由弹性材料构成，并紧密包裹所述内管，所述多个内管出浆孔与所述多个外管出浆孔以预定间隔错位。

Description

逆止式集合孔注浆装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种逆止式集合孔的注浆装置以及该逆止式集合孔的注浆装置的施工方法，适用于在岩土工程中进行土质改良。

背景技术

岩土工程中被广泛使用及认知的注浆法是利用压力将液态的浆液通过钻孔并利用孔内下置的各类型注浆管注入土体孔隙或岩层裂隙中，通过充填、渗透、挤密和劈裂等方式将原状松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，使其土的物理力学性能及水理性能得到改善。注浆加固是一项系统的技术工法，需根据现场具体情况采用不同类型的注浆技术进行土质改良，以便得到最佳的工程效果。现在，各类注浆工法已广泛应用于铁道公路路基加固、坝基防渗、隧道围岩开挖、矿井堵漏、建筑物地基加固等工程中；注浆目的主要有防渗、堵水、固结、充填、消除沙土液化及提高地基承载力等。

在这样的岩土工程中，注浆施工方法通常按注浆管下置形式及注浆材料管内混合方式分为以下3类，其各自特点分别如下：

⒈单过滤管注浆法类型：把预先制备好的过滤管下入已成孔的钻孔中，并在管内填砂至距离地表孔口最近注浆段底部，从地表至注浆位置过滤管与孔壁之间的间隙则用填充物(粘性土封壳料或注浆材料)封闭，不使浆液溢出地表。一般从上往下依次进行注浆，每完成一段，用水将管内的砂冲洗出来后，再注下一段，逐段往下注浆，直至注浆完毕；单过滤注浆钢花管一般采用具有一定壁厚的无缝钢管，钢管连接采用对口焊接、套管焊接或开丝连接；管壁上梅花形设置出浆孔，出浆孔为直通孔，一般采用现场加工制作，该工法只能使用单液且凝固时间长的浆液，适用于浅孔地层的充填注浆灌入，适用地层范围小，压出的浆液易回流，造成堵管，不能实施多次重复注浆操作；注浆管加工及注浆管设置繁琐，造价高；该工法目前已很少使用，主要是因为压出的大部分浆液在停止压力操作后、依靠土层中残存压力作用下又从原出浆孔反流回过滤钢花管内，易发生堵管现象，效率低下，改善效果不明显。

⒉袖阀管类型：标准袖阀注浆管一般外径50毫米左右，使用PVC或其他塑性材料制成，每节管水平方向设一对开出浆口，出浆口直径一般5～8毫米，出浆口外包裹被约束固定的橡胶皮套，该橡胶皮套厚度一般2毫米左右，长度50毫米，每节管长度33厘米，每节管用丝扣连接；钻孔后孔内注入封壳料并下置袖阀注浆管，待封壳料强度达到要求后，再向袖阀管内插入栓塞式注浆芯管，分层、分次实施注浆操作，每一分层出浆高程为33厘米，浆液固化后在土层中形成层间脉状形式，该工法不能形成土层均一渗透效果。例如参照专利文献1。该工法特点为：①不能实施深孔注浆，由于深孔钻孔的垂直度控制较为困难，下置袖阀管时就会造成一定程度的倾斜，由于袖阀管斜置而使栓塞式注浆芯管无法插入到孔底，从而无法实施底部或一定超深度范围内的注浆；②经常发生由于孔内周壁漏水或孔底涌水，使灌入的封壳料被稀释，封壳效果丧失，实施注浆时经常发生浆液在孔内上窜，压入浆液没有到达预定地层，注浆失败的现象出现；③由于袖阀管每节长度为33厘米，一定深度的孔内就会形成袖阀管接口过多，易造成孔内袖阀管呈S型竖立，易导致栓塞式注浆芯管插入不到位，因而影响注浆效果；④袖阀橡胶套长度一般只有5～7厘米，大压力注浆时易造成袖阀橡胶套错位或脱落，出浆口形成无遮挡连通状，使浆液回流到袖阀管内形成返浆，不及时清洗易造成堵管，不能实施多次注浆压入操作；栓塞芯管的上下密封装置如果注浆时失效，浆液也易从孔内向地表喷出，造成浆液流失，不能达到注浆效果；⑤相邻孔注浆后由于土压力作用使土体受挤压带动已埋置的袖阀管在孔内垂直度发生变位，造成注浆芯管下插不到位，影响注浆效果；⑥袖阀管工法施工每次注浆后需用清水洗孔，浪费水资源，而且工序繁多，施工工期长，成本增加，不利于节能环保。⑦无法实施大压力(大于3MPa)注浆。图5示出了上述专利文献1公开的袖阀注浆管的一个示例。

⒊钻管注浆法类型：钻孔采用单管式或双重管式钻杆，前端连接钻头，用清水或泥浆进行钻孔，达到预定深度后，利用注浆泵压入单液或双液类型浆液，浆液在钻杆内或钻杆底部所安装的混合器混合后注入到地层中；一般采用前进式或后退式注浆工艺实施注浆，通过钻机控制钻杆(注浆管)行程，实施分层注入，分层出浆间距按钻机行程一般控制在50厘米左右，浆液固化后在土层中形成层间脉状形式，该工法同样不能形成土层均一渗透效果；该工法特点为：①功效慢，由于孔内每根注浆管用钻机卡住才能实施某一位置的注浆操作，钻杆注浆管在孔内上下或前后变位到一定程度时需在接头位置进行拆卸钻杆操作，此时钻杆内就需事先进行冲洗，以免堵管，此时会造成管内滞留浆液由于卸管清洗操作产生浪费，如遇管内压力过大，浆液回流溢浆现象发生，也会造成堵管，影响注浆效果；②深孔注浆实施困难，由于利用钻杆前端配置的钻头进行成孔，较硬岩层需进行取芯操作，成孔时间长，钻杆耗损大，注浆连续性及整体性差；③每孔不能实施多次反复注浆操作，同一位置如需重复注浆，必须重新钻孔到位，才能进行复注；选用注浆材料范围小，压入量不匹配时，浆液易流失，造成注浆区域内地层隆起，特别是对邻近地下管线易造成扰动破坏；④地面或隧道内实施钻杆法注浆施工，，每一孔都需一台钻机操作，特别是工期紧、场地狭窄部位的注入施工，效率低下，综合成本上升。⑤浆液在钻杆内混合或在钻杆前端混合器中混合，如果混合不均匀，可能出现不凝胶现象，影响注浆效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：CN 105274994 A号公报

发明内容

本发明欲解决的问题

根据以上三种类型注浆管工法的施工现状分析，存在共同的缺点是：注浆浆液可控性较差，易出现串浆及跑浆现象，浆液易流失到加固区域以外的地方，加固影响区域很难有效控制，特别是渗透效果较差；究其原因，主要是注浆管上设置的出浆孔间距过大，分层注浆时提管高程精度不易控制，管材材质性能达不到设计要求等造成；

因此，本发明的逆止式集合孔注浆装置的目的在于改变它们的不足，减少人为因素影响，从而提高了施工效率，降低了综合成本，注浆效果更加均匀稳定，更节能环保。

并且，在岩土工程中注浆施工采用逆止式集合孔新型注浆装置施工，具有快捷、简便，选用注浆材料广泛，适应岩土层范围广，注浆效果均匀稳定，施工成本更低，更节能环保的效果。

用于解决问题的方案

本发明针对现有技术存在的上述缺陷提出，即本发明提供一种逆止式集合孔注浆装置及其施工方法。其中，所述逆止式集合孔注浆装置包括：内管，其具有内管体和在该内管体上按预定间隔设置的多个内管出浆孔；外管，其具有外管体和在该外管体上按预定间隔设置的多个内管出浆孔；并且所述外管由弹性材料构成，并紧密包裹所述内管，所述多个内管出浆孔与所述多个外管出浆孔以预定间隔错位。

通过设置如上的逆止式集合孔注浆装置的构造，在注浆时通过泵体将浆液在内管全程内充满积聚，当压力达到一定值后，通过内管与外管之间弹性离隙变形，浆液从外管出浆孔口喷出；停止注浆时，由于压力消失外管通过弹性力重新紧密包裹内管，从而形成逆止阀的作用，即使外管外侧压力大于内管压力，浆液也不会反流到内管中。

本发明的逆止式集合孔注浆装置，其中，所述多个外管出浆孔在外管体上设置为间隔10厘米以上、15厘米以下。

浆液通过可控压力及流量在外管上密集布置的出浆孔进行渗流，能够提高注浆精度，浆液分布均匀，并且形成均一的渗透加固效果。

本发明的逆止式集合孔注浆装置，其中，所述内管出浆孔和所述外管出浆孔在通过在内管的周向上和/或长度方向上形成所述错位。

通过将内管出浆孔和外管出浆孔仅在内管及外管的圆周方向形成错位，使外管通过压力弹性离隙变形时变形压力均一，更容易控制。

使用本发明的逆止式集合孔注浆装置进行施工方法，包括以下步骤：1.钻孔；2.放置逆止式集合孔注浆装置；3.使用泵体向内管内注入浆液；以及4.完成注浆。

通过使用本发明的逆止式集合孔注浆装置进行如上的施工，即使注浆管装置在孔内发生倾斜或变位，也不影响注入效果。

本发明的逆止式集合孔注浆装置，在使用泵体向所述内管体内注入浆液时内管的压力可以调节或进行稳压控制，最大压力接近5MPa。因此能够更有效的喷出浆液。

发明效果

根据本发明，能够提高施工效率，注浆效果更加均匀稳定，节能环保，并能降低综合成本。

附图说明

图1示出了本发明的逆止式集合孔注浆装置的的内管示意图。

图2示出了本发明的逆止式集合孔注浆装置的外管的示意图。

图3示出了本发明的逆止式集合孔注浆装置的剖视图。

图4(a)-(d)示出了本发明的逆止式集合孔注浆装置的施工方法图。

图5示出了现有技术的袖阀管类型的袖阀注浆管的结构示意图。

附图标记说明

1：逆止式集合孔注浆装置

2：内管

21：内管体

22：内管注浆孔

23：内管内丝接头

24：内管外丝接头

3：外管

31：外管体

32：外管注浆孔

33：外管内丝接头

34：外管外丝接头

具体实施方式

下面，参照附图来说明用于实施本发明的逆止式集合孔注浆装置的形态。

参见图1，示出了本发明的逆止式集合孔注浆装置1的内管2。内管2具有内管体21、内管注浆孔22、内管内丝接头23以及内管外丝接头24。所述内管体21为细长的管状，可以根据实际需要设置长度和直径，例如设置为长2米，直径为2.6厘米的管状，相邻内管体之间通过所述内管内丝接头23和内管外丝接头24进行丝扣连接，使内管总体达到岩土工程注浆施工所需要的长度。在所述内管体21的表面，具有贯通内管体外表面和内管体内面的贯通孔，即所述内管出浆孔22。所述内管出浆孔22根据岩土的条件在内管的圆周方向以及长度方向按预定间隔设置，例如优选在内管体的长度方向的出浆孔间距为10厘米以上，15厘米以下；优选在内管的圆周方向上等间隔的设置4个出浆孔。内管体21和内管内丝接头23以及内管外丝接头24可以採用高分子树脂材料，具有高耐压性能，例如能够承受5MP以上的压力。

参见图2，示出了本发明的逆止式集合孔注浆装置1的外管3。外管3具有外管体31、外管注浆孔32、外管内丝接头33以及外管外丝接头34。所述外管体31也为细长的管状，可以根据实际需要设置长度和直径，例如与内管体21同样的设置为长2米，直径为3.2厘米的管状，相邻外管体之间通过所述外管内丝接头33和外管外丝接头34进行丝扣连接，使外管总体和内管总体的长度一致，达到岩土注浆施工所需要的长度。在所述外管体31的表面，具有贯通外管体外表面和外管体内面的贯通孔，即所述外管出浆孔32。所述外管出浆孔32根据岩土的条件在内管的圆周方向以及长度方向按预定间隔设置，例如优选在外管体的长度方向的出浆孔间距为10厘米以上，15厘米以下。所述外管体採用能够弹性变形的弹性材料，例如合成橡胶或橡塑材料，所述外管体紧密包裹内管体，并且所述外管出浆孔32与所述内管出浆孔22形成错位。

图3是内管和外管组装后的逆止式集合孔注浆装置的剖面图，外管出浆孔32与内管出浆孔22通过在内管的圆周方向上旋转而形成错位，当然也可以同时或仅在长度方向上也形成错位，或者仅在圆周方向上形成错位。

在此给出的示例中的内管和外管都为圆管状，也可以是例如具有棱的其他不同的形状。

使用该逆止式集合孔注浆装置进行注浆的过程中，钻孔后插入该逆止式集合孔注浆装置，无需封壳料灌入工序，封闭孔口或非注浆段后即可实施设定注浆段的全程注入施工操作。

注浆操作时浆液通过泵体首先在内管全程内充满积聚，待压力达到一定值后浆液从内管各内管注浆孔同时喷出，使内管与在内管孔外紧密包裹的具有弹性变形功能的外管发生离隙变形，浆液通过离隙变形通道从外管出浆孔口处喷出或呈射流状流出灌入到地层中；此时全程管范围内集群组合设置的出浆孔同时出浆，又由于管壁上出浆孔间距在10～15CM以内，浆液分层劈裂或脉状渗流层间距离大幅缩小，浆液流动向径流渗透形式转移，在泵体连续作用及压力和流量控制下，从外管出浆口流出的具有固定凝固时间的浆液通过均衡压力作用扩散渗流到设定的加固土体范围中，形成均一渗透加固效果；由于内管压力作用产生外管内壁离隙通道，压力作用停止时离隙通道消失，外管又重新紧密包裹内管，从而形成逆止阀作用；此时即使外管外侧压力大于内管压力，浆液也只能在外管外侧空间内积聚或渗流，浆液也不会反流到内管中，造成堵管；施工人员可以控制每次注入量，实施多次重复灌入，从而达到最佳加固效果。

本发明的逆止式集合孔注浆装置具有如下的有益效果。使用本发明的逆止式集合孔注浆装置进行注浆，可以在设定的注浆孔内全程进行同时注浆施工，由于外管出浆孔口设置间隔仅为10厘米～15厘米，全程注浆时既有的集合群组孔同时出浆，浆液流动交叉渗流，相比袖阀管工法和钻杆法的出浆层间距离更小，浆液分布更均匀；本发明的逆止式集合孔注浆装置的注浆管内管及接头材质采用高分子树脂材料制成，具有高耐压能力，使用极限接近5MPa，外管材质选用合成橡胶或橡塑材料，具有高弹性及高扯断强度，在高压反复冲击下，回弹性能优异并可通过多次压力操作来实现多次注浆施工；因此，孔内下置的逆止式集合孔注浆装置可反复使用；另外，本发明的逆止式集合孔注浆装置可实施超大深孔注浆，本发明不用插入栓塞式注浆芯管，不用钻机提拔注浆钻杆，注浆操作全部在孔口外通过泵体实施，即使已插入的新型多功能注浆管在孔内发生倾斜及变位，也不影响注入效果；并且，本发明的逆止式集合孔注浆装置的注浆管间采用丝扣紧密连接，管间接头平均每2.0米设置一个，远远少于袖阀管工法的接头数量，下置管时操作方便，连接简捷；每次注浆完成后因浆液不反流，经简单清洗管内残留物后，后续注浆可多次反复使用，直至达到设定注入效果。

本发明的逆止式集合孔注浆装置所使用的浆液材质广泛，适用于多种材料及浆液形态的注入施工，如单液浆包含普通水泥浆和超细水泥浆；双液浆包含水泥水玻璃浆及真溶液化学浆；高分子材料包含双组份聚氨酯发泡浆和环氧树脂浆液等；本发明的逆止式集合孔注浆装置适用于隧道开挖围岩的超前注浆加固，深基坑、地连墙槽间、超深裂隙及岩溶地层的充填加固止水，路基、跑道等沉降塌陷部位的充填挤密及纠偏，软土地基的加固，高填方土层及特殊部位沉降变形的预先控制注浆，大坝及水利设施的的基岩裂隙注浆等。

综上所述，本发明的逆止式集合孔注浆装置与现有注浆管工法技术相比具有以下优点和积极效果：①实施的全程加固段注浆，功效提高明显，特别是孔口控制操作使注浆施工减少了人为误判，浆液灌入量不流失，一切用监控数据作为判断依据；②注入施工简捷、方便、快速，劳动力成本下降，节省材料成本，提高设备利用率，特别是可实现多孔、多部位同时注入，注浆效果更明显；③本发明的逆止式集合孔注浆装置加工组装方便，取材容易，材质性能高，由于外管外径只有32毫米，因此下置注浆管钻孔孔径可以缩小，节省动力资源，减少环境污染。

参照图4(a)-(d)说明本发明的逆止式集合孔注浆装置的施工方法。该逆止式集合孔注浆装置的施工方法包括以下步骤：1.钻孔(如图4(a)所示)、2.放置逆止式集合孔注浆装置(如图4(b)所示)、3.注入浆液(如图4(c)所示)；以及4.完成注浆(如图4(d)所示)。以下对各步骤逐一说明。

1.钻孔。首先，如图4(a)所示，根据地质状况选择钻进方法进行钻孔。具体地，在注浆中钻孔的施工主要分为回转钻进法和冲击钻进法。其中，回转钻进法主要用于地层较深或土、岩层较硬或含有较大卵石的地层，采用清水或泥浆护壁钻进，易塌陷土层还需套管跟进成孔。冲击钻进法主要用于深度较小土层特别是隧道内场地狭小部位的成孔，采用空压机送气冲击，需要时也可进行套管跟进成孔。逆止式集合孔注浆装置所需成孔直径50毫米左右。

2.放置逆止式集合孔注浆装置。接下来，如图4(b)所示，将本发明所述的逆止式集合注浆装置放置到步骤1中形成的钻孔中。由于注浆加固目的不同，放置逆止式集合孔注浆装置可能会在垂直孔、水平孔或具有一定角度的倾斜孔内进行，故需要根据设计要求决定下置逆止式集合孔注浆装置长度或深度，每2.0米一节的装置之间用丝扣连接，安装时确认连接可靠。非注浆段或孔口部位在实施孔内注浆段施工前应进行封堵，以避免浆液上窜流失；封堵材料可先用任何种类的快凝材料或干硬性材料。

3.注入浆液。如图4(c)所示，沿箭头所示的方向，将浆液从管口注入到内管中。注入的浆液随后会从内管出浆孔流出，并进一步如图4(c)所示的虚线箭头所示，从外管出浆孔流出。需要指出的是，凡适用于压力注浆的设备都适用于本发明所述的逆止式集合孔注浆装置的施工作业。

注入浆液一般采用以下施工控制标准：①注浆量控制标准：根据需加固土体孔隙率、一定的无效浆液损失系数、相邻钻孔注浆体一定的搭接系数和需加固土体体积量计算注浆量；②注浆压力控制标准：注浆实施时，结合施工试验给出的压力数值，按达到一定的注浆结束条件进行控制；③按采用的浆液种类、凝固时间、施工顺序等对注浆施工进行控制。

表1列出了实施逆止式集合孔注浆装置施工时常用的注浆参数控制值范围。

注浆参数控制值范围：

表1

序号	参数名称	参数值	备注
				1	浆液扩散半径	1.0m～2.5m
2	注浆速度	10～40L/min/m
				3	注浆压力	0.5～5.0MPa	根据需要调整
4	注浆量	50L～150L/m	根据需要调整
				5	浆液凝固时间	30秒～数分钟	根据需要调整

注入浆液施工由于在孔口外实施，以上控制措施均可通过监控仪器进行记录，并可根据需要进行调整；实施每孔多次注浆时，每次注浆结束前应对逆止式集合孔注浆装置内残留浆体通过泵体采用清水、特殊液体或气体进行清洗或抽出，以避免浆液凝固后堵塞逆止式集合孔注浆装置。

4.完成注浆。如图4(d)所示，在注入浆液后，浆液在所述外管周围扩散，形成如4(d)中的阴影所示的扩散效果。每孔注浆结束时泵体停止运转，关闭设置在孔口的进浆阀门，卸掉输浆管移至下一孔位继续进行施工；注浆施工后能显著提高需加固土体的密实度、抗剪强度、整体性和抗渗性及承载力，减少变形、位移和不均匀沉降，达到注浆加固目的。

以上，以实施方式为基础说明了本发明。本领域技术人员可以理解本实施方式只是例举，能够对这些各构成要素及其组合施加各种变形例，另外，这样的变形例也处于本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种逆止式集合孔注浆装置，包括：

内管，其具有内管体和在该内管体上按预定间隔设置的多个内管出浆孔；

外管，其具有外管体和在该外管体上按预定间隔设置的多个外管出浆孔；

所述外管由弹性材料构成，并紧密包裹所述内管，并且所述多个内管出浆孔与所述多个外管出浆孔以预定间隔错位，并且

所述多个外管出浆孔在外管体上被设置为间隔10厘米以上、15厘米以下。

2.如权利要求1所述的逆止式集合孔注浆装置，其特征在于，

所述内管出浆孔和所述外管出浆孔通过在内管的周向上和/或长度方向上形成所述错位。

3.一种使用如权利要求1或2所述的逆止式集合孔注浆装置的施工方法，包括以下步骤：

(1)钻孔；

(2)在步骤(1)形成的钻孔中放置所述逆止式集合孔注浆装置；

(3)使用泵体向内管内部注入浆液；以及

(4)完成注浆。

4.如权利要求3所述的逆止式集合孔注浆装置的施工方法，其特征在于，使用泵体向所述内管体内注入浆液时，对内管压力进行调节或进行稳压控制。

5.如权利要求4所述的逆止式集合孔注浆装置的施工方法，其特征在于，所述压力的最大值接近5MPa。