CN108643919B - 黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，包括如下步骤：于设定的加固区域的两侧钻孔施工形成帷幕孔，并于所述帷幕孔内安装注浆管；于两排帷幕孔之间的加固区域内成排均匀的钻孔施工形成加固孔，并与所述加固孔内安装注浆管；利用水泥、黄土以及水以质量比1:4:0.57拌和形成黄土水泥混合浆液；向所述帷幕孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层进行加固；以及向所述加固孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层进行加固，从而完成了加固区域内松散卵石地层的加固。本发明能够有效固结地层，又不会因强度过大而对盾构推进施工造成不利影响。且材料价格低廉，有效降低工程费用。

Description

黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法

技术领域

本发明涉及土层加固施工领域，特指一种黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法。

背景技术

乌鲁木齐周边地区存在许多大面积的卵石废料回填区，填土土质多为大于60mm的粒径的卵石与建筑垃圾的混合填料，结构松散且不均，物理力学性质差异性较大，其孔隙率高达40％。在盾构法施工时由于颗粒粒径和土质均匀性差异较大，易形成地层坍塌、卡盾构刀盘、卡螺旋输送机等工程事故和故障。

目前现有技术中常用的地层加固浆液比如纯水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、超细水泥浆液以及化学浆液等，均具有流动性好、渗透性高以及粘稠度地等指标，由于松散卵石地层的孔隙率较大，使得上述加固浆液在对松散卵石地层进行加固时，存在注浆范围不可控，浆液流失浪费严重的问题，且上述的加固浆液在松散卵石地层内无法有效填充卵石颗粒之间的空隙而形成固结体，达不到加固和稳定地层的目的。另外，上述浆液中采用比例较高的胶凝材料，且水灰比通常在0.5:1至2:1之间，浆液的成本较高，在进行大规模的地层加固时，工程费用高昂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种黄土水泥混合泥浆加固松散卵石地层的方法，解决现有的加固浆液存在注浆范围不可控，浆液流失浪费严重以及无法形成固结体而达不到加固和稳定地层的目的和成本高、工程费用高昂等的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，包括如下步骤：

于设定的加固区域的两侧钻孔施工形成帷幕孔，并于所述帷幕孔内安装注浆管；

于两排帷幕孔之间的加固区域内成排均匀的钻孔施工形成加固孔，并与所述加固孔内安装注浆管；

利用水泥、黄土以及水以质量比1:4:0.57拌和形成黄土水泥混合浆液；

向所述帷幕孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层进行加固；以及

向所述加固孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层进行加固，从而完成了加固区域内松散卵石地层的加固。

本发明提供了一种适用于加固松散卵石地层的黄土水泥混合浆液，在其拌和完成后具备一定的流动性，呈膏体状，便于管道泵送，且在卵石地层中的扩散半径为3至5米，可有效填充地层空隙，固结松散卵石。该黄土水泥混合浆液在终凝后的最终强度在0.3MPa至0.8MPa之间，既能够有效固结地层，又不会因强度过大而对盾构推进施工造成不利影响。本发明的黄土水泥混合浆液采用较多的黄土，材料取材方便，且价格低廉，有效降低工程费用。

本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的进一步改进在于，在拌和黄土水泥混合浆液之前，对所述黄土进行晾晒和过筛处理。

本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的进一步改进在于，所述黄土水泥混合浆液的初凝时间大于10h，流动度在20至30之间。

本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的进一步改进在于，所述的钻孔施工包括：

于设定位置利用履带式潜孔钻进行钻孔，且钻孔的过程中一边钻孔一边下钢套管，利用所述钢套管于所述松散卵石地层内成孔；

在钻成的孔内安装注浆管后将所述钢套管拔出，并将顶部的孔口封闭。

本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的进一步改进在于，向所述帷幕孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液，包括：

将所述帷幕孔按顺序进行编号，并以奇数和偶数的划分方式将所有的帷幕孔划分成第一次灌注施工组和第二次灌注施工组；

先对所述第一次灌注施工组的帷幕孔的注浆管进行注浆，所述第一次灌注施工组的注浆施工可同时进行；

待所述第一次灌注施工组的注浆完成后，对所述第二次灌注施工组的帷幕孔的注浆管进行注浆。

本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的进一步改进在于，向所述加固孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液，包括：

将所述加固孔排数按顺序进行编号，并以奇数和偶数的划分方式将成排的加固孔划分为第一次注浆排组和第二次注浆排组；

依序对所述第一次注浆排组和所述第二次注浆排组进行注浆，在对同一排的加固孔进行注浆时，采用隔孔施工方法分两道工序完成注浆。

本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的进一步改进在于，所述注浆管对应位于所述松散卵石地层处的部分均匀开设有出浆口。

附图说明

图1为本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的流程图。

图2为本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法中向松散卵石地层注浆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，其能够对松散卵石地层进行加固，增加地层的完整性和整体结构强度，从而改善盾构掘进质量和速度、降低掘进事故发生的几率。本发明的黄土水泥混合浆液在松散卵石地层中扩散半径可控，可有效填充卵石间空隙；浆液终凝后的最终强度在0.3MPa至0.8MPa之间，既能够有效加固地层又不会因强度过大而对盾构掘进施工造成不利影响。该浆液配置的材料取材方便且价格低廉，能够有效降低工程费用。下面结合附图对本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法的流程图。参阅图2，显示了本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法中向松散卵石地层注浆的结构示意图。下面结合图1和图2，对本发明黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法进行说明。

如图1和图2所示，本发明的黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，包括如下步骤：

执行步骤S11，注浆孔施工及注浆管的安装，具体包括：于设定的加固区域的两侧钻孔施工形成帷幕孔，并于帷幕孔内安装注浆管21；于两排帷幕孔之间的加固区域内成排均匀的钻孔施工形成加固孔，并与加固孔内安装注浆管21；接着执行步骤S12。

执行步骤S12，拌制黄土水泥混合浆液；利用水泥、黄土以及水以质量比1:4:0.57拌和形成黄土水泥混合浆液；接着执行步骤S13。

执行步骤S13，向注浆管内注浆以加固松散卵石地层，具体包括：向帷幕孔内的注浆管21内注入黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层12进行加固；以及向加固孔内的注浆管21内注入黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层12进行加固，从而完成了加固区域内松散卵石地层的加固。

对于加固区域的选择，可根据实际施工区域进行确定。对于盾构掘进施工，可选择盾构施工区域两侧一定距离之间的范围为加固区域，该一定距离可根据工程要求即行设定，可以为几米，也可以为几十米。当加固区域对应为盾构区域两侧一定距离之间的范围时，将帷幕孔设置在该加固区域的两侧，也即后续施工盾构隧道的两侧，利用帷幕孔在加固区域的两侧形成其隔离作用的帷幕，防止后续注入的浆液流入到加固区域以外，避免造成浪费。

本发明提出了一种新的加固浆液，采用水泥、黄土以及水以质量比1:4:0.57的比例进行拌和，拌和均匀后形成的浆液呈具备一定的流动性的膏体状，初凝时间大于10h，从而能够便于管道泵送，其在松散卵石地层12内的扩散半径为3米至5米，施工性能良好，能够有效地填充地层空隙，固结松散卵石。

在拌制黄土水泥混合浆液时，应避免杂质混入。在拌和黄土水泥混合浆液之前，对黄土进行晾晒和过筛处理。经晾晒以确保黄土的干燥性，过筛清除黄土中的结块，以避免注浆过程中堵管。在黄土水泥混合浆液制备完成后，对该浆液的性能进行检测，检测指标具体如下表所示：

黄土水泥混合浆液的性能指标

结石体为利用黄土水泥混合浆液制成的试块，测量试块形成28天后的抗压强度，该抗压强度在0.3MPa至0.8MPa之间。既能够有效固结地层，又不会因强度过大而对盾构推进施工造成不利影响。本发明的黄土水泥混合浆液采用较多的黄土，材料取材方便，且价格低廉，有效降低工程费用。

钻孔施工时，由于松散卵石土层12的结构松散且不均，故而很难钻成孔，本发明在钻孔施工时，于设定位置利用履带式潜孔钻进行钻孔，于地面向下开始钻挖，且在钻孔的过程中采用钢套管跟进工艺成孔，一边钻孔一边下钢套管，利用钢套管于松散卵石地层12内成孔，钢套管提供了一定的支撑力，从而在松散卵石地层12内撑起一个孔；潜孔钻配合钢套管的钻孔施工方法，可在松散卵石地层12内有效成孔，钻孔时穿过松散卵石地层12之上的杂填土层11，并将松散卵石地层12钻透，使得所形成的注浆孔的底部伸入到松散卵石土层12之下的原状土层13内。接着在钻成的孔内安装注浆管21，而后将钢套管拔出，并将钻成的孔的顶部的孔口封闭。帷幕孔和加固孔的钻孔施工方法相同。在钻孔施工时，可分次序间隔进行钻孔，通过第一次序钻成的孔起到对地层的补勘作用，根据实际地层对后次序钻孔的孔位、孔距以及孔数进行适当调整，以弥补均匀布孔设计的不足。

安装的注浆管21伸入到松散卵石土层12的底部，且注浆管21上对应位于松散卵石地层处的部分均匀开设有出浆口。该注浆管21的顶部露出于钻成的孔的孔口，将该孔口封闭并对孔口周边进行加固，可将孔口周边的土层进行压实以进行加固；将注浆管顶部连接好注浆管路以及注浆泵，从而可通过注浆泵将浆液泵送至松散卵石地层12内以进行加固。较佳地，注浆管21采用PVC管。

制备黄土水泥混合浆液时，根据注浆的孔深、孔数、地层孔隙率等条件确定储浆槽的存储容量需求，确保浆液储备充足，使得注浆过程连续、稳定，并且保证浆液输送管道以及储浆槽的清洁，减少杂质的混入。浆液制备完成后应在4小时内使用完毕，拌制完成的浆液不得随意加入水稀释。在注浆加固地层时，先向帷幕孔内的注浆管内注入黄土水泥混合浆液，以利用注入的黄土水泥混合浆液在加固区域的两侧形成帷幕结构，以防止后续加固孔注浆时浆液外露。在向帷幕孔内进行注浆时，采用分序加密、隔孔灌注的施工方法，分两道工序进行施工。对帷幕孔按顺序进行编号，而后以奇数和偶数的划分方式将所有的帷幕孔划分为第一次灌注施工组和第二次灌注施工组，可将所有奇数的帷幕孔划分为第一次灌注施工组，将所有偶数的帷幕孔划分为第二次灌注施工组，也可以反过来，将所有偶数的帷幕孔划分为第一次灌注施工组，将所有奇数的帷幕孔划分为第二次灌注施工组；先对第一次灌注施工组的帷幕孔的注浆管进行注浆，第一次灌注施工组的注浆施工可同时进行，也可以分序进行。待第一次灌注施工组的注浆完成后，对第二次灌注施工组的帷幕孔的注浆管进行注浆。其中第一次灌注施工组的注浆的浆液可能扩散范围较大，第二次灌注施工组的注浆可使得前次注浆工序中未填的空地得到再次充填，从而提高充填率。

在帷幕孔注浆完成后，向加固孔内的注浆管内注入黄土水泥混合浆液，加固孔的注浆操作采用分序加密、隔排隔孔灌注的施工方法，分四道工序进行施工。对加固孔的排数按顺序进行编号，并以奇数和偶数的划分方式将成排的加固孔划分为第一次注浆排组和第二次注浆排组；可将所有的奇数排划分为第一次注浆排组，将所有的偶数排划分为第二次注浆排组，也反过来，将所有的偶数划分为第一次注浆排组，将所有的奇数排划分为第二次注浆排组。而后依序对第一次注浆排组和第二次注浆排组进行注浆，施工完第一次注浆排组的注浆后，再对第二次注浆排组进行注浆施工。在注浆施工时，对同一排的加固孔进行注浆时，采用隔孔施工方法分两道工序完成注浆。即将第一次注浆排组中每一排的加固孔进行顺序编号，并以奇数和偶数的划分方式形成第一道注浆工序组和第二道注浆工序组，先对第一道注浆工序组进行注浆，再对第二注浆工序组进行注浆。采用隔排隔孔注浆，可提高浆液的填充率。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，其特征在于，包括如下步骤：

于设定的加固区域的两侧钻孔施工形成帷幕孔，并于所述帷幕孔内安装注浆管；

于两排帷幕孔之间的加固区域内成排均匀的钻孔施工形成加固孔，并于所述加固孔内安装注浆管；

钻孔施工时于设定位置利用履带式潜孔钻进行钻孔，且钻孔的过程中一边钻孔一边下钢套管，利用所述钢套管于所述松散卵石地层内成孔，在钻成的孔内安装注浆管，且所述注浆管的底部伸入所述松散卵石地层下方的原状土层内，进而将所述钢套管拔出，并将顶部的孔口封闭，对所述孔口周边进行加固；

利用水泥、黄土以及水以质量比1:4:0.57拌和形成黄土水泥混合浆液，所述黄土水泥混合浆液的初凝时间大于10h，流动度在20至30之间，在松散卵石地层内的扩散半径为3米至5米，且在拌和黄土水泥混合浆液之前，对所述黄土进行晾晒和过筛处理；

向所述帷幕孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层进行加固；以及

向所述加固孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液以对松散卵石地层进行加固，从而完成了加固区域内松散卵石地层的加固。

2.如权利要求1所述的黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，其特征在于，向所述帷幕孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液，包括：

将所述帷幕孔按顺序进行编号，并以奇数和偶数的划分方式将所有的帷幕孔划分成第一次灌注施工组和第二次灌注施工组；

先对所述第一次灌注施工组的帷幕孔的注浆管进行注浆，所述第一次灌注施工组的注浆施工同时进行；

待所述第一次灌注施工组的注浆完成后，对所述第二次灌注施工组的帷幕孔的注浆管进行注浆。

3.如权利要求1所述的黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，其特征在于，向所述加固孔内的注浆管内注入所述黄土水泥混合浆液，包括：

将所述加固孔排数按顺序进行编号，并以奇数和偶数的划分方式将成排的加固孔划分为第一次注浆排组和第二次注浆排组；

依序对所述第一次注浆排组和所述第二次注浆排组进行注浆，在对同一排的加固孔进行注浆时，采用隔孔施工方法分两道工序完成注浆。

4.如权利要求1所述的黄土水泥混合浆液加固松散卵石地层的方法，其特征在于，所述注浆管对应位于所述松散卵石地层处的部分均匀开设有出浆口。

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