CN109485336A - 珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法，该灌浆料包括以下组分及其重量百分比：水泥50～80％，石灰石粉10～40％，沸石粉5～10％，气相二氧化硅0.5～1％，膨胀剂5～10％，减水剂0.5～1.5％，水下不离析剂0.1～0.5％，消泡剂0.02～0.04％，缓凝剂0.02～0.06％。本灌浆料流速快、强度和早期强度高、无收缩、抗水分散性能好，且无毒、无害、不老化、对水质及周围环境无污染，解决了现有填充料早期强度不够，容易坍塌，钻进速度慢，填充难度大的技术难题，大幅提升了填充效率。

Description

珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体地指一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法。

背景技术

珊瑚礁地层主要成分为礁灰岩(如：马尔代夫群岛属印度洋环礁链地貌形态，由多个环礁呈串发育或呈圈发育分布)，珊瑚礁灰岩成岩作用复杂，从孔内电视影像上可以看到，孔壁上有较多坑洞，坑洞形成后，后期受浪蚀作用易形成沟槽、岸蚀空洞等，珊瑚礁灰岩在形成过程中易受生物侵蚀，同时在化学溶解、物理侵蚀的综合溶蚀作用下，易形成礁灰岩孔洞。礁灰岩粒间孔隙、孔洞发育，岩芯表面粗糙。

珊瑚礁地层孔洞发育，主要是造礁过程中，柱墩构造与生物钻孔作用而成，形成于成礁成岩过程中，后期再受化学溶解与生物侵蚀作用影响。孔洞存在于整个珊瑚礁地层，孔洞洞高多数在一米以内，孔洞较大者，既是前期成礁成岩过程中成孔较大，也受后续溶蚀溶解作用使之进一步扩大，若不及时进行填补，则会造成孔洞附近孔壁应力集中，从而造成孔壁坍塌。目前的填充材料主要存在以下问题：1)由于孔洞大小不一，珊瑚礁表面粗糙，填充难度大；2)早期强度不够，容易坍塌，钻进速度慢。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法，该灌浆料流动性好，早期强度高，施工容易，大幅提升了填充效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，包括以下组分及其重量百分比：水泥50～80％，石灰石粉10～40％，沸石粉3～10％，气相二氧化硅0.5～1％，膨胀剂5～10％，减水剂0.5～1.5％，水下不离析剂0.1～0.5％，消泡剂0.02～0.04％，缓凝剂0.02～0.06％。

进一步地，包括以下组分及其重量百分比：水泥61～65％，石灰石粉15～20％，沸石粉8～9％，气相二氧化硅0.75～0.85％，膨胀剂9～9.4％，减水剂0.85～1.5％，水下不离析剂0.2～0.5％，消泡剂0.02～0.03％，缓凝剂0.04～0.05％。

进一步地，所述石灰石粉的比表面积为600～700m²/kg，所述沸石粉的比表面积为500～600m²/kg。

进一步地，所述气相二氧化硅为纳米二氧化硅，纯度高于99％，比表面积＞120m²/g。

进一步地，所述膨胀剂为钙矾石型复合膨胀剂；所述消泡剂为有机硅类粉末消泡剂。

进一步地，所述减水剂为粉状萘磺酸系减水剂、三聚氰胺和聚羧酸系减水剂中的一种，减水率≥25％。

进一步地，所述水下不离析剂为纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺中的一种。

进一步地，所述缓凝剂为粉末状葡萄糖酸钠、柠檬酸和白糖中的一种或两种的混合。

进一步地，所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5级。

一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料的使用方法，包括以下步骤：

1)灌浆料浆液制备：按加入占所述珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料重量26～28％的水，搅拌制浆，即得灌浆料浆液；

2)填充孔洞：成桩过程中采用反循环回转钻进方法进行成孔，成孔过程采用清水或泥浆护壁，当钻进深度接近珊瑚礁地层孔洞深度时，将冲洗液由护壁泥浆改为所述灌浆料浆液，使灌浆料浆液从钻杆与孔壁间的环状间隙注入孔底，并携带被钻挖下来的钻渣，由钻杆内腔返回地面，与此同时，灌浆料浆液又返回孔内形成循环，当孔洞与钻孔连通后，通过上部清水或泥浆的压力将灌浆料浆液压入孔洞，从而填充孔洞。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明的灌浆料是以水泥作为胶凝材料，通过添加矿物掺合料和功能组分配制而成，本灌浆料流速快、强度和早期强度高、无收缩、抗水分散性能好(出机流动度≤17s，1h流动度≤20s；3d抗压强度≥30MPa，28d抗压强度≥60MPa，具有很好的抗水分散性，28d水陆抗压强度比≥85％。)，且无毒、无害、不老化、对水质及周围环境无污染，解决了现有填充料早期强度不够，容易坍塌，钻进速度慢，填充难度大的技术难题，大幅提升了填充效率。

其二，本发明灌浆料利用石灰石粉、沸石粉和气相二氧化硅调整灌浆料体系的颗粒级配，使体系颗粒级配处在最佳范围；并采用复合膨胀剂技术抑制灌浆料的收缩，使浆体在填充孔洞时具有一定的膨胀性能；采用纤维素等水下不离析剂提高了灌浆料的抗水分散性，使灌浆料可在水下具备不分散性。

其三，本发明方法采用自制珊瑚礁地层专用孔洞填充灌浆料代替护壁泥浆不仅能很好地起到护壁作用，还能对珊瑚礁孔洞进行填充硬化，而且该灌浆料可以回收利用，对水体无污染，零排放。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

以下实施例中，石灰石粉的比表面积为600～700m²/kg，沸石粉的比表面积为500～600m²/kg；气相二氧化硅为纳米二氧化硅，纯度高于99％，比表面积＞120m²/g；膨胀剂为钙矾石型复合膨胀剂；消泡剂为有机硅类粉末消泡剂；减水剂为粉状萘磺酸系减水剂、三聚氰胺和聚羧酸系减水剂中的一种，减水率≥25％；水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5级。

实施例1

本实施例中所提供的一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法如下：

1)灌浆料制备：按各组分重量百分数水泥70％，石灰石粉10％，沸石粉10％，气相二氧化硅0.7％，膨胀剂8.5％，粉剂聚羧酸减水剂0.54％，纤维素醚0.2％，有机硅消泡剂0.02％，葡钠0.04％，采用均化机均化5min。

2)灌浆料浆液制备：按质量比加入灌浆料质量27％的水，采用转速大于1000转/分的高速搅拌机搅拌制浆，搅拌6min即得专用浆液。

3)基于以上灌浆料的珊瑚礁地层孔洞填充方法：成桩过程中采用反循环回转钻进方法进行成孔，成孔过程采用泥浆护壁，泥浆调节剂采用武港院生产的环保泥浆，其掺量为4‰，由勘探资料显示30m附近存在孔洞，因此，当钻进深度为29m时，将冲洗液由护壁泥浆改为灌浆料浆液，且加快冲洗液循环速度，使灌浆料浆液从钻杆与孔壁间的环状间隙注入孔底，并携带被钻挖下来的钻渣，由钻杆内腔返回地面，与此同时，灌浆料浆液又返回孔内形成循环，当钻进深度达到29.6m时，发现孔顶泥浆液面迅速下沉，沉降量达到0.2m后稳定，说明此时孔洞与钻孔已连通，且沉降量越大表面孔洞体积越大，此时，灌浆料浆液通过泥浆的压力及灌浆料自身的流动性被压入孔洞，从而填充孔洞。钻孔顶端液面下降过程中，应尽快补充顶部液面，同时加速灌浆料的补给。达到平衡后再将冲洗液改为环保泥浆。测试冲洗液由环保泥浆改为灌浆料前后钻孔顶部泥浆的相关参数，泥浆参数具体见下表1。

表1

实施例2

本实施例中所提供的一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法如下：

1)灌浆料制备：按各组分质量百分数水泥60％，石灰石粉23％，沸石粉8％，气相二氧化硅0.5％，膨胀剂7.3％，粉剂聚羧酸减水剂0.81％，黄原胶0.31％，有机硅消泡剂0.03％，葡钠0.05％，采用均化机均化5min。

2)灌浆料浆液制备：按质量比加入灌浆料质量27％的水，采用转速大于1000转/分的高速搅拌机搅拌制浆，搅拌6min即得专用浆液。

3)基于以上灌浆料的珊瑚礁地层孔洞填充方法：成桩过程中采用反循环回转钻进方法进行成孔，成孔过程采用泥浆护壁，泥浆调节剂采用武港院生产的环保泥浆，其掺量为3.8‰，由勘探资料显示32m附近存在孔洞，因此，当钻进深度为31m时，将冲洗液由护壁泥浆改为灌浆料浆液，且加快冲洗液循环速度，使灌浆料浆液从钻杆与孔壁间的环状间隙注入孔底，并携带被钻挖下来的钻渣，由钻杆内腔返回地面，与此同时，灌浆料浆液又返回孔内形成循环，当钻进深度达到32.4m时，发现孔顶泥浆液面迅速下沉，沉降量达到0.3m后稳定，说明此时孔洞与钻孔已连通，且灌浆料浆液通过泥浆的压力及灌浆料自身的流动性被压入孔洞，从而填充孔洞。钻孔顶端液面下降过程中，应尽快补充顶部液面，灌浆料按正常速度进行补给。达到平衡后再将冲洗液改为环保泥浆。测试冲洗液由环保泥浆改为灌浆料前后钻孔顶部泥浆的相关参数，泥浆参数具体见下表2。

表2

实施例3

本实施例中所提供的一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法如下：

1)灌浆料制备：按各组分质量百分数水泥65％，石灰石粉15％，沸石粉9％，气相二氧化硅0.85％，膨胀剂9％，粉剂聚羧酸减水剂0.85％，纤维素醚0.23％，有机硅消泡剂0.02％，葡钠0.05％，采用均化机均化5min。

2)灌浆料浆液制备：按质量比加入灌浆料质量27％的水，采用转速大于1000转/分的高速搅拌机搅拌制浆，搅拌6min即得专用浆液。

3)基于以上灌浆料的珊瑚礁地层孔洞填充方法：成桩过程中采用反循环回转钻进方法进行成孔，成孔过程采用泥浆护壁，泥浆调节剂采用武港院生产的环保泥浆，其掺量为3.5‰，由勘探资料显示29m附近存在孔洞，因此，当钻进深度为28m时，将冲洗液由护壁泥浆改为灌浆料浆液，且加快冲洗液循环速度，使灌浆料浆液从钻杆与孔壁间的环状间隙注入孔底，并携带被钻挖下来的钻渣，由钻杆内腔返回地面，与此同时，灌浆料浆液又返回孔内形成循环，当钻进深度达到28.2m时，发现孔顶泥浆液面迅速下沉，沉降量达到0.1m后稳定，说明此时孔洞与钻孔已连通，孔洞较小。钻孔顶端液面下降过程中，应尽快补充顶部液面，由于灌浆料补给量较小，应加速灌浆料的补给。达到平衡后再将冲洗液改为环保泥浆。测试冲洗液由环保泥浆改为灌浆料前后钻孔顶部泥浆的相关参数，泥浆参数具体见下表3。

表3

实施例4

本实施例中所提供的一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料及其使用方法如下：

1)灌浆料制备：按各组分质量百分数水泥61％，石灰石粉20％，沸石粉8％，气相二氧化硅0.75％，膨胀剂9.4％，粉剂聚羧酸减水剂0.85％，纤维素醚0.2％，有机硅消泡剂0.03％，葡钠0.04％，采用均化机均化5min。

2)灌浆料浆液制备：按质量比加入灌浆料质量27％的水，采用转速大于1000转/分的高速搅拌机搅拌制浆，搅拌6min即得专用浆液。

3)基于以上灌浆料的珊瑚礁地层孔洞填充方法：成桩过程中采用反循环回转钻进方法进行成孔，成孔过程采用泥浆护壁，泥浆调节剂采用武港院生产的环保泥浆，其掺量为4.3‰，由勘探资料显示30m附近存在孔洞，因此，按计划应在钻进深度为29m时，将冲洗液由护壁泥浆改为灌浆料浆液，可当钻进深度达28.7m时，泥浆液面迅速下降，此时除了加快冲洗液循环速度，补充顶部液面外，还应采取适当措施加快灌浆料补充速度，现场通过在孔壁加导管，在导管中加入灌浆料来加快灌浆料填充速度，沉降量达到0.3m后稳定。测试冲洗液由环保泥浆改为灌浆料前后钻孔顶部泥浆的相关参数，具体如表4。

表4

由表1～表4可知：用本发明的灌浆料替代泥浆后，其护壁性能更佳，同时填充了孔洞。

同时，对实施例1～4的灌浆料性能进行了测试，测试结果见下表5。

表5

从表5数据可以看出，实施例1～4制得的灌浆料流速快、强度和早期强度均高、无收缩。

上述实施案例只为说明本发明的技术方案及特点，其目的在于更好的让熟悉该技术的人士予以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，均在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：包括以下组分及其重量百分比：水泥50～80％，石灰石粉10～40％，沸石粉3～10％，气相二氧化硅0.5～1％，膨胀剂5～10％，减水剂0.5～1.5％，水下不离析剂0.1～0.5％，消泡剂0.02～0.04％，缓凝剂0.02～0.06％。

2.根据权利要求1所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：包括以下组分及其重量百分比：水泥65～80％，石灰石粉10～15％，沸石粉3～8％，气相二氧化硅0.75～0.85％，膨胀剂5～9.4％，减水剂0.85～1.5％，水下不离析剂0.2～0.5％，消泡剂0.02～0.03％，缓凝剂0.04～0.05％。

3.根据权利要求1或2所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：所述石灰石粉的比表面积为600～700m²/kg，所述沸石粉的比表面积为500～600m²/kg。

4.根据权利要求1或2所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：所述气相二氧化硅为纳米二氧化硅，纯度高于99％，比表面积＞120m²/g。

5.根据权利要求1或2所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：所述膨胀剂为钙矾石型复合膨胀剂；所述消泡剂为有机硅类粉末消泡剂。

6.根据权利要求1或2所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：所述减水剂为粉状萘磺酸系减水剂、三聚氰胺和聚羧酸系减水剂中的一种，减水率≥25％。

7.根据权利要求1或2所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：所述水下不离析剂为纤维素醚、黄原胶和聚丙烯酰胺中的一种。

8.根据权利要求1或2所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：所述缓凝剂为粉末状葡萄糖酸钠、柠檬酸和白糖中的一种或两种的混合。

9.根据权利要求1或2所述的珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥，强度等级为42.5级。

10.一种珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)灌浆料浆液制备：按加入占所述珊瑚礁地层孔洞填充用灌浆料重量26～28％的水，搅拌制浆，即得灌浆料浆液；

2)填充孔洞：成桩过程中采用反循环回转钻进方法进行成孔，成孔过程采用清水或泥浆护壁，当钻进深度接近珊瑚礁地层孔洞深度时，将冲洗液由护壁泥浆改为所述灌浆料浆液，使灌浆料浆液从钻杆与孔壁间的环状间隙注入孔底，并携带被钻挖下来的钻渣，由钻杆内腔返回地面，与此同时，灌浆料浆液又返回孔内形成循环，当孔洞与钻孔连通后，通过上部清水或泥浆的压力将灌浆料浆液压入孔洞，从而填充孔洞。