CN108585692A - 一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料及灌浆填充施工方法 - Google Patents

一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料及灌浆填充施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料及灌浆填充施工方法。它由水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成。各成分的质量配比为：水泥：48％～79％；粉煤灰：10％～30％；膨润土：1％～2％；普通重质碳酸钙：10％～20％。水灰比为0.8：1～1：1。针对不同大小的溶、土洞，可通过调整成分配比调节注浆材料的流动性，具体成分配比应根据施工前现场注浆试验确定。粉煤灰是煤燃烧产生的固体废物，普通重质碳酸钙来源丰富，由机械碾磨的方法制得，未经化学及煅烧处理，难溶于水，不与水发生水化反应，因此该注浆材料是一种节能、环保、经济、水化热低的注浆材料。针对不同大小的溶、土洞可通过调整各成分配比调节其流动性，保证注浆效果。

Description

一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料及灌浆填充施工 方法
技术领域
本发明涉及适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，特别是涉及一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料及其制备方法及灌浆填充施工方法。
背景技术
我国是世界上岩溶分布最广的国家之一。近年来，随着国家建设的兴起，在岩溶区建设的工程越来越多。溶、土洞的存在会影响工程建设的安全，对溶、土洞进行注浆充填是降低安全风险的有效方式，因此采用注浆充填的方法处理溶、土洞成为常见案例。
现阶段主要采用素混凝土、水泥砂浆和纯水泥浆充填工程影响范围内的溶、土洞。对于充填量较小的工程，采用这些材料无妨，经济、节能、环保指标尚能满足要求。但对于充填量较大的工程，采用这些材料并不是最优的选择，因为它们在经济、节能和环保方面并不具备足够的优势。
经济成本是工程建设中极其重要的指标，国家对环保、节能减排也越来越重视，因此寻求更经济适用、节能环保的溶、土洞注浆充填材料受到越来越多地关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，为岩溶区充填溶、土洞的注浆材料提供新的选择，采用本发明的注浆材料具有经济、节能、环保的优点。
本发明的另一目的是提供一种上述适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料的制备方法，采用本发明的注浆材料具有经济、节能、环保的优点。
为达到经济、节能、环保的目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，是由水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成。各成分的质量配比(各干料成分质量占干料混合料总质量的百分数)为：水泥：50％～70％；粉煤灰：10％～30％；膨润土：1％～2％；普通重质碳酸钙：10％～20％。水灰比为0.8：1～1：1。
进一步而言，本发明适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，按重量百分比计，是由以下组分组成：
水泥：58％～70％；
粉煤灰：15％～25％；
膨润土：1％～2％；
普通重质碳酸钙：12％～18％；
水灰比为0.8：1～1：1。
进一步而言，本发明适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，按重量百分比计，是由以下组分组成：
水泥：58％；
粉煤灰：30％；
膨润土：2％；
普通重质碳酸钙：10％；
水灰比为1～1。
进一步而言，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。
所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土，其矿物成分主要是蒙脱石。
所述普通重质碳酸钙是为325目重质碳酸钙，通过机械碾磨的方法制得。
另外，本发明还公开了一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照质量配比(各干料成分质量占干料混合料总质量的百分数准确称取各干料成分)，其中48％～79％；粉煤灰：10％～30％；膨润土：1％～2％；普通重质碳酸钙：10％～20％；
2)然后将称量后的水泥、粉煤灰、膨润土和重质碳酸钙拌合均匀；
3)最后以质量比为0.8：1～1：1的水灰比加入水，搅拌均匀，即得。
上述适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料的制备方法，所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰；所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土，其矿物成分主要是蒙脱石；所述普通重质碳酸钙是为325目重质碳酸钙，通过机械碾磨的方法制得。
另外，本发明还提供一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料的灌浆填充施工方法，包括以下步骤：
1)成孔：采用螺旋空压机钻200mm孔径，钻至溶洞的洞底0.5mm为止；共施作两个，中间间距为1000mm，其中一个作为副灌孔；
2)套管：预埋146mm孔径的钢套管于200mm孔中，埋设溶洞中部，并用夹具固定防止掉落，钢套管同时作为注浆管，上部预留足够长度与混凝土泵车泵管连接；用同样的方法埋设一条钢套管到溶洞顶下500mm的位置作为排气孔和二次灌浆孔；
3)泵送注浆材料：所述注浆材料采用权利要求8所述的制备方法制备的注浆材料；
上部灌浆管(146mm钢管)与泵车管连接后，直接泵送配制好的注浆材料；在灌浆前，先对146mm管泵气通管；为保持二次灌浆孔贯通，需间隔进行通气防止堵塞；
4)第一次灌浆完成后，对二次灌浆孔继续灌注注浆材料，作为第一次灌浆的补充。
进一步而言，隧道施工前，对隧道轮廓线外3m范围内的溶洞采用水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成的注浆材料进行注浆预处理。
借由上述技术方案，本发明具有如下优点和有益技术效果：
1)本发明适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料是通过四种主要原材料之间的复配使用，粉煤灰是煤燃烧产生的固体废物，普通重质碳酸钙来源丰富，由机械碾磨的方法制得，未经化学及煅烧处理，难溶于水，不与水发生水化反应，因此该注浆材料是一种节能、环保、经济、水化热低的注浆材料。
2)针对不同大小的溶、土洞可通过调整各成分配比调节其流动性，保证注浆效果；为岩溶区充填溶、土洞的注浆材料提供新的选择，采用本发明的注浆材料具有经济、节能、环保的优点。
附图说明
图1是本发明新型注浆成孔示意图；
图2是本发明新型灌浆孔平面图。
具体实施方式
本发明公开了一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料。它由水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成。各成分的质量配比为：水泥：48％～79％；粉煤灰：10％～30％；膨润土：1％～2％；普通重质碳酸钙：10％～20％。水灰比为0.8：1～1：1。针对不同大小的溶、土洞，可通过调整成分配比调节注浆材料的流动性，具体成分配比应根据施工前现场注浆试验确定。
本发明岩溶区充填溶、土洞注浆材料中加入粉煤灰，将煤燃烧后产生的固体废物回收利用，减少水泥用量，具有良好的经济效益。粉煤灰可与水泥形成连续的颗粒级配，可改善注浆材料的和易性，提高流动性，同时可减少用水量，防止离析。
本发明岩溶区充填溶、土洞注浆材料中加入的膨润土的矿物成分主要是蒙脱石，蒙脱石结构具有较好的阳离子交换性，水泥颗粒表面积较大且表面带正电荷，因此表面积较小的膨润土颗粒在静力吸引及自身粘结作用下吸附于水泥颗粒上。
由于膨润土浆液具有良好的保水性，可防止纯水泥浆液流动过程中因失水而过早凝固，因此可将水泥颗粒携带到更远的孔隙中，减缓凝结时间，达到更好的充填效果。未添加膨润土的水泥浆易沉淀析水、稳定性差，加入膨润土后，浆液的析水率降低，稳定性提高。随着浆液中膨润土的含量提高，浆液的粘度会增加，浆液强度会下降，因此需控制膨润土在浆液中的比例，本发明控制膨润土掺量为1％～2％。
本发明岩溶区充填溶、土洞注浆材料中加入的普通重质碳酸钙来源丰富，其由机械碾磨的方法制得，未经化学及煅烧处理，具有经济、环保、节能的优点。普通重质碳酸钙可减少水泥用量，其难溶于水，不与水发生水化反应，可降低浆材的水化热。
本发明针对不同大小的溶、土洞，可通过调整成分配比调节注浆材料的流动性。尺寸大的溶、土洞充填需要粘度较大、流动性较差的注浆材料，尺寸小的溶、土洞需要粘度较小、流动性较好的注浆材料。不同尺寸溶洞使用的充填材料的具体成分配比应根据施工前现场注浆试验确定。
为说明本发明对不同尺寸溶洞的注浆预处理有效，下文以效果试验例验证。
下面结合具体较佳实施例和效果试验例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，是由以下重量百分比的原料组分制成：
首先按照如下质量配比(各干料成分质量占干料混合料总质量的百分数准确称取各干料成分)，其中水泥为58％，粉煤灰为30％，膨润土为2％，重质碳酸钙为10％，，即称取水泥1740g，粉煤灰为900g，膨润土为60g，普通重质碳酸钙为300g。
然后将称量后的水泥、粉煤灰、膨润土和重质碳酸钙拌合均匀。最后以质量比为1：1的水灰比加入水，搅拌210s，即得注浆材料。
实测注浆材料的物理力学性能指标见表1。
实施例2
一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，是由以下重量百分比的原料组分制成：
首先按照如下质量配比(各干料成分质量占干料混合料总质量的百分数准确称取各干料成分)，其中水泥为63.5％，粉煤灰为20％，膨润土为1.5％，重质碳酸钙为15％，，即称取水泥1905g，粉煤灰为600g，膨润土为45g，普通重质碳酸钙为450g。
然后将称量后的水泥、粉煤灰、膨润土和重质碳酸钙拌合均匀。
最后以质量比为0.9：1的水灰比加入水，搅拌210s，即得注浆材料。
实测注浆材料的物理力学性能指标见表1。
实施例3
一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，是由以下重量百分比的原料组分制成：
首先按照如下各干料成分质量占干料混合料总质量的百分数准确称取各干料成分，其中水泥为69％，粉煤灰为10％，膨润土为1％，重质碳酸钙为20％，，即称取水泥2070g，粉煤灰为300g，膨润土为30g，普通重质碳酸钙为600g。
然后将称量后的水泥、粉煤灰、膨润土和重质碳酸钙拌合均匀。
最后以质量比为0.8：1的水灰比加入水，搅拌210s，即得注浆材料。
实测注浆材料的物理力学性能指标见表1。
表1实施例各项物理力学性能指标
效果试验例1
根据地勘报告，某区间段盾构隧道底部存在溶洞，溶洞平均尺寸为1～2m。本段区间隧道施工前对隧道轮廓线外3m范围内的溶洞采用水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成的注浆材料进行注浆预处理。
本次注浆采用的注浆材料配比为：水泥：粉煤灰：膨润土：普通重质碳酸钙＝60％：28％：2％：10％，水灰比为1：1。水泥使用42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰使用Ⅱ级粉煤灰，膨润土使用钠基膨润土或钙基膨润土，普通重质碳酸钙为325目重质碳酸钙。
本次注浆充填施工说明如下：
①成孔：采用螺旋空压机钻200mm孔径，钻至溶洞10的洞底0.5mm为止；共施作两个，中间间距为1000mm，其中一个作为副灌孔(二次灌浆孔20)。
②套管：预埋146mm孔径的钢套管30于200mm孔中，埋设溶洞中部，并用夹具固定防止掉落，钢套管同时作为注浆管，上部预留足够长度与混凝土泵车泵管连接。用同样的方法埋设一条钢套管到溶洞顶下500mm的位置作为排气孔和二次灌浆孔40；如图1～2所示。
③泵送注浆材料：上部灌浆管(146mm钢管)与泵车管连接后，直接泵送配制好的注浆材料；在灌浆前，先对146mm管泵气通管；为保持二次灌浆孔贯通，需间隔进行通气防止堵塞。
④第一次灌浆完成后，对二次灌浆孔继续灌注注浆材料，作为第一次灌浆的补充。
本次注浆效果检验采用随机钻孔抽芯法，查看注浆体是否连续并做抗压试验，要求无侧限抗压强度不小于0.2MPa。抽芯检验所取得的芯体均成土柱状，平均采取率为95％；所有抽芯体28d的无侧限抗压强度均大于0.2MPa,平均无侧限抗压强度为23.2MPa。
效果试验例2
根据地勘报告，某区间段盾构隧道底部存在溶洞，溶洞平均尺寸为3～4m。本段区间隧道施工前对隧道轮廓线外3m范围内的溶洞采用水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成的注浆材料进行注浆预处理。
本次注浆采用的注浆材料配比为：水泥：粉煤灰：膨润土：普通重质碳酸钙＝65％：18.5％：1.5％：15％，水灰比为0.9：1。水泥使用42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰使用Ⅱ级粉煤灰，膨润土使用钠基膨润土或钙基膨润土，普通重质碳酸钙为325目重质碳酸钙。
本次注浆充填施工说明如下：
①成孔：采用螺旋空压机钻200mm孔径，钻至溶洞10的洞底0.5mm为止；共施作两个，中间间距为1000mm，其中一个作为副灌孔(二次灌浆孔20)。
②套管：预埋146mm孔径的钢套管30于200mm孔中，埋设溶洞中部，并用夹具固定防止掉落，钢套管同时作为注浆管，上部预留足够长度与混凝土泵车泵管连接。用同样的方法埋设一条钢套管到溶洞顶下500mm的位置作为排气孔和二次灌浆孔40(见附图1～2)。
③泵送注浆材料：上部灌浆管(146mm钢管)与泵车管连接后，直接泵送配制好的注浆材料；在灌浆前，先对146mm管泵气通管；为保持二次灌浆孔贯通，需间隔进行通气防止堵塞。
④第一次灌浆完成后，对二次灌浆孔继续灌注注浆材料，作为第一次灌浆的补充。
本次注浆效果检验采用随机钻孔抽芯法，查看注浆体是否连续并做抗压试验，要求无侧限抗压强度不小于0.2MPa。抽芯检验所取得的芯体均成土柱状，平均采取率为96％；所有抽芯体28d的无侧限抗压强度均大于0.2MPa，平均无侧限抗压强度为26.1MPa。
效果试验例3
根据地勘报告，某区间段盾构隧道底部存在溶洞，溶洞平均尺寸为7～8m。本段区间隧道施工前对隧道轮廓线外3m范围内的溶洞采用水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成的注浆材料进行注浆预处理。
本次注浆采用的注浆材料配比为：水泥：粉煤灰：膨润土：普通重质碳酸钙＝70％：9％：1％：20％，水灰比为0.8：1。水泥使用42.5级普通硅酸盐水泥，粉煤灰使用Ⅱ级粉煤灰，膨润土使用钠基膨润土或钙基膨润土，普通重质碳酸钙为325目重质碳酸钙。
本次注浆充填施工说明如下：
①成孔：采用螺旋空压机钻200mm孔径，钻至溶洞10的洞底0.5mm为止；共施作两个，中间间距为1000mm，其中一个作为副灌孔(二次灌浆孔20)。
②套管：预埋146mm孔径的钢套管30于200mm孔中，埋设溶洞中部，并用夹具固定防止掉落，钢套管同时作为注浆管，上部预留足够长度与混凝土泵车泵管连接。用同样的方法埋设一条钢套管到溶洞顶下500mm的位置作为排气孔和二次灌浆孔40(见附图1～2)。
③泵送注浆材料：上部灌浆管(146mm钢管)与泵车管连接后，直接泵送配制好的注浆材料；在灌浆前，先对146mm管泵气通管；为保持二次灌浆孔贯通，需间隔进行通气防止堵塞。
④第一次灌浆完成后，对二次灌浆孔继续灌注注浆材料，作为第一次灌浆的补充。
本次注浆效果检验采用随机钻孔抽芯法，查看注浆体是否连续并做抗压试验，要求无侧限抗压强度不小于0.2MPa。抽芯检验所取得的芯体均成土柱状，平均采取率为98％；所有抽芯体28d的无侧限抗压强度均大于0.2MPa,平均无侧限抗压强度为29.5MPa。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，其特征在于：按重量百分比计，是由水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成；各成分的质量配比为：水泥：48％～79％；粉煤灰：10％～30％；膨润土：1％～2％；普通重质碳酸钙：10％～20％；水灰比为0.8：1～1：1。
2.根据权利要求1所述的适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，其特征在于，按重量百分比计，是由以下组分组成：
水泥：58％～70％；
粉煤灰：15％～25％；
膨润土：1％～2％；
普通重质碳酸钙：12％～18％；
水灰比为0.8：1～1：1。
3.根据权利要求1所述的适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，其特征在于，按重量百分比计，是由以下组分组成：
水泥：58％；
粉煤灰：30％；
膨润土：2％；
普通重质碳酸钙：10％；
水灰比为1～1。
4.根据权利要求1或2所述的适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，其特征在于：所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求1或2所述的适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，其特征在于：所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰。
6.根据权利要求1或2所述的适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，其特征在于：所述膨润土为钠基膨润土或钙基膨润土，其矿物成分主要是蒙脱石。
7.根据权利要求1或2所述的适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料，其特征在于：所述普通重质碳酸钙是为325目重质碳酸钙，通过机械碾磨的方法制得。
8.一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照质量配比(各干料成分质量占干料混合料总质量的百分数准确称取各干料成分)，其中48％～79％；粉煤灰：10％～30％；膨润土：1％～2％；普通重质碳酸钙：10％～20％；
2)然后将称量后的水泥、粉煤灰、膨润土和重质碳酸钙拌合均匀；
3)最后以质量比为0.8：1～1：1的水灰比加入水，搅拌均匀，即得。
9.一种适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料的灌浆填充施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)成孔：采用螺旋空压机钻200mm孔径，钻至溶洞的洞底0.5mm为止；共施作两个，中间间距为1000mm，其中一个作为副灌孔；
2)套管：预埋146mm孔径的钢套管于200mm孔中，埋设溶洞中部，并用夹具固定防止掉落，钢套管同时作为注浆管，上部预留足够长度与混凝土泵车泵管连接；用同样的方法埋设一条钢套管到溶洞顶下500mm的位置作为排气孔和二次灌浆孔；
3)泵送注浆材料：所述注浆材料采用权利要求8所述的制备方法制备的注浆材料；
上部灌浆管(146mm钢管)与泵车管连接后，直接泵送配制好的注浆材料；在灌浆前，先对146mm管泵气通管；为保持二次灌浆孔贯通，需间隔进行通气防止堵塞；
4)第一次灌浆完成后，对二次灌浆孔继续灌注注浆材料，作为第一次灌浆的补充。
10.根据权利要求9所述的适用于岩溶区充填溶、土洞的注浆材料的灌浆填充施工方法，其特征在于：
隧道施工前，对隧道轮廓线外3m范围内的溶洞采用水泥、粉煤灰、膨润土和普通重质碳酸钙组成的注浆材料进行注浆预处理。
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