CN1111229C - 摆动振孔高喷工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于进行地下防渗处理的造孔及高压喷射灌浆新工艺，特别是一种摆动振孔高喷工艺。它包括以下工艺步骤：现场准备、机具就位、制水泥浆、浆泵注浆、振喷成孔、成防渗墙，该工艺普遍适用于各类松散地层，尤其是能在漂卵砾石、碎石和坚硬基岩中造孔与高压喷射，创造性地把造孔与高喷两大工序合并起来，可实现由定喷—摆喷—旋喷的任一工艺效果，提高了高喷体的质量，降低了高喷成本，节省了高喷工程的投资。

Description

摆动振孔高喷工艺

本发明涉及一种用于进行地下防渗处理的造孔及高压喷射灌浆新工艺，特别是一种摆动振孔高喷工艺。

目前，穿过较厚的漂卵石，碎石层并进入坚硬基岩一定深度是钻探领域的一大难题，用回旋钻进法工效极低，材料消耗大，尤其在深厚的砂砾石、漂卵石，碎石地层中几乎无法实现高喷作业；用潜孔锤造孔效率较高，但难以保持孔壁稳定，且污染严重，特别在地下水位以下的孔段，钻具提出后往往坍孔无法再下入套管或其它工作管，已有的振孔高喷灌浆机专利技术(专利号：ZL93229011.6)能够解决卵石层的成孔和高喷问题，但不能穿过紧密的漂石层，也不能进入基岩，使用范围较窄。

本发明的目的是要提供一种摆动振孔高喷工艺，该工艺普遍适用于各类松散地层，尤其是能在漂卵砾石、碎石和坚硬基岩中造孔与高压喷射，创造性地把造孔与高喷两大工序合并起来，可实现由定喷-摆喷-旋喷的任一工艺效果，提高了高喷体的质量，降低了高喷成本，节省了高喷工程的投资。

本发明的目的是这样实现的，该摆动振孔高喷工艺包括以下工艺步骤：现场准备、机具就位、制水泥浆、浆泵注浆，振喷成孔，成防渗墙，工序分解步骤包括：振管就位，振动喷射造孔，终孔开始注浆，摆动喷注浆，形成一段防渗墙(帷幕)：

一、现场准备：包括设置水泥库及备料，防渗轴线定位放线，铺设铁轨，高喷孔放点，主机与振动高喷系统及制浆系统安装调试等。

二、振管就位：清除孔位处地表块石等异物，移动主机使振管垂直对正设计孔位，钻头距孔位5～10cm。

三、振动喷射造孔：开动水、风、浆系统供给高压水，低压风和水或水泥浆，检查喷头工况，确认正常即可启动振动锤，下放振管造孔，在深孔或坚硬地层造孔时，一般先通过浆路供水，在接近终孔时开始供浆，以节省水泥浆。

通常在较松软地层中不必摆动振管即有较高成孔速度，而在坚硬地层(如卵砾石层。基岩等)必须利用摆动机构使振管作30～180°摆动(或旋转)方能获较佳成孔效率。

四、终孔并注浆：钻头下行达到设计孔深时即终止造孔，同时开始用泥浆泵注入水泥浆，如果设计孔深较小或地层较松软亦可在开孔时直接注入水泥浆液。

通常高喷用浆是形成防渗墙体的主要材料，常为普通规等水泥浆。可据工程的不同特点与要求配制不同性能的浆液或选择不同品质的添加剂，但必须有足够的试验数据方可作为振孔高喷用装。

五、摆动(或不摆动)高喷注浆。适孔结束上提振管时，按设计高喷参数进行，高喷作业，通常水压为30～50MPa，提升速度15～70cm/min，摆角在0～180°并装置双喷嘴即可获得与常规旋喷相同的效果。

六、形成防渗帷幕(墙体)：按设计高喷参数将振喷头(钻头)提出孔口即完成一孔高喷而形成一段防渗墙体，移动主机就位下一孔重复以上工序，按设计孔距通常(0.6～1.7m)和顺序，完成全部高喷孔即可形成连续的防渗帷幕或桩墙。

根据工程需要，可以将高喷墙设计成单轴线，双轴线或三轴线复合防渗体，振喷头可安装单喷嘴或双喷嘴，喷嘴安装方位可以是水平的(夹角120～180°)，可以下倾一定角度(5～30°)以嵌岩。

本发明由于采用了以上摆动振孔高喷工艺，具有以下优点：

本工艺创造性地把造孔与高喷两大工序合并起来，开发研制出一体化喷头，从而使两大工序同时完成，并极大地拓宽了地层适应性。同时革新了常规的高喷工艺参数，利用造孔效率极高的优势并充分利用靠近喷嘴的水射流前部高能区，使高喷孔距减小到常规的1/2～1/3，提升速度提高到常规的1.5～5倍，摆动角度0～180°可调，即可实现由定喷-摆喷-旋喷的任一工艺效果，从而使高喷体质量更佳。浆液流失量减少到常规的30-50％甚至更少，从而极大地降低了高喷成本，可节省高喷工程投资20-30％。

本工艺在松软地层中的成孔效率可达2-12m/min，在漂卵石和坚硬基的效率可达0.1-2m/min，较目前已有的其他造孔工艺的效率提高10-100倍，成孔直径达150mm，成孔深度达15m，本工艺用于广东某核电站地下防渗工程，建造防渗墙1900m²，获得较高的社会效果和经济效益。

本发明的具体结构及工艺步骤由以下实施例及其附图给出。

图1为本工艺的专用设备振孔高喷(摆喷)成墙机总装示意图。

图2为摆动振孔高喷工艺流程图。

图3为摆动振孔高喷工序分解图。

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

本发明的要点(参见图1)是在振动打桩锤的下部装上有足够强度和刚度的无缝钢管作振管4，在振管的下端部装上特制的硬质合金球齿钻头7，通过振管4和球齿钻头7下部的斜通水孔(注浆孔)既可送入高压水又可防上下压振动过程中土体和岩渣堵塞水通道，保证冲洗液畅通。在振孔过程中，振管4按设定角度摆动，可提高球齿的破岩效果，保持钻孔断石；其摆动功能又可满足摆动高喷的有关技术要求。

摆动振孔高喷专用机具(参见图1)它是由主机桅杆1、振动锤2、风浆水入口3、振管4、摆动机构5、支腿油缸6，钻头(振喷头)7、卷扬6等部件组成。

(一)主机与高喷设备

主机选用国内定型的振动沉管桩机，振动锤功率30-75KW，高压泵与空压机等高喷设备按规范选配。

振孔高喷装置

1、选用φ108～Φ127厚壁高强无缝钢管，可保证振管在细长的条件下能传递大功率激振力。

2、振管可以摆动，满足破岩要求。

3、振管上部装有高强的滚柱压力轴承，可传递400KW以上的激振力。

4、底部用特制的球齿钻头，可承受特大冲击力。

5、球齿钻头上有特制高喷嘴，以实现高喷作业。并设有斜通水孔可保证通过不同地层而不堵塞。

6、摆动机构具强大的摆动功能，摆动角度和频率可调，以满足不同工艺的入岩与喷射需要。

(二)摆动机构

根据不同需要可选择上摆系统或下摆系统5。上摆系统安装在中空式振动锤2上，为一液压机械结构。下摆系统安装在主机底盘体上，为一机械结构。摆动系统功能很强，可以满足不同高喷工艺要求。

(三)造孔喷射系统

1、振管4其外管为φ108-127mm厚壁钢管，其内设浆管和高压水管，为一三管体系。

2、振喷头7(即球齿钻头)，喷头体上装有特制高压喷嘴，既能适应冲击回旋造孔，又能实现高喷灌浆，其底部设有注浆孔。

本发明包括以下工艺步骤：现场准备、机具就位、制水泥浆、浆泵注浆、振喷成孔、成防渗墙；工序过程包括振管就位、振动喷射造孔、终孔开始注浆、摆动高喷注浆、形成一段防渗墙(帷幕)。

本工艺的工序过程包括以下内容(参见图2、图3)

一、现场准备：包括设置水泥库及备料，防渗轴线定位放线，铺设铁轨，高喷孔放点，主机与振动高喷系统及制浆系统安装调试等。

二、振管就位：清除孔位处地表块石等异物，移动主机使振管垂直对正设计孔位，钻头距孔位5～10cm。

三、振动喷射造孔：开动水、风、浆系统供给高压水，低压风和水(或水泥浆)，检查喷头工况，确认正常即可启动振动锤，下放振管造孔，在深孔或坚硬地层造孔时，一般先通过浆路供水，在接近终孔时开始供浆，以节省水泥浆。

通常在较松软地层中不必摆动振管即有较高成孔速度，而在坚硬地层(如卵砾石层、基岩等)必须利用摆动机构使振管作30～180°摆动(成旋转)方能获较佳成孔效率。

四、终孔并注浆：钻头下行达到设计孔深时即终止造孔，同时开始用泥浆泵注入水泥浆，如果设计孔深较小或地层较松软亦可在开孔时直接注入水泥浆液。

通常高喷用浆是形成防渗墙体的主要材料，常为普通规范水泥浆。可据工程的不同特点与要求配制不同性能的浆液或选择不同品质的添加剂，但必须有足够的试验数据方可作为振孔高喷用浆。

五、摆动(或不摆动)高喷注浆。造孔结束上提振管时，按设计高喷参数进行，高喷作业，通常水压为30～50MPa，提升速度15～75cm/min，角在0～180°并装置双喷嘴即可获得与常规旋喷相同的效果。

六、形成防渗帷幕(墙体)按设计高喷参数将振喷头(钻头)提出孔口即完成一孔高喷而形成一段防渗墙体，移动主机就位下一孔重复以上工序，按设计孔距通常(0.6～1.7m)和顺序，完成全部高喷孔即可形成连续的防渗帷幕或桩墙。

根据工程需要，可以把高喷墙设计成单轴线，双轴线或三轴线复合防渗体，振喷头可安装单喷嘴或双喷嘴，喷嘴安装方位可以是水平的(夹角120～180°)，可以下倾一定角度(5～30°)以嵌岩。

Claims (2)

1、一种摆动振孔高喷工艺，其特征在于：它包括以下工艺步骤：现场准备、机具就位、制水泥浆、浆泵注浆、振喷成孔、成防渗墙；工序分解步骤包括：振管就位、振动喷射造孔、终孔开始注浆、摆动高喷注浆、形成一段防渗墙(帷幕)。

2、根据权利要求1所述的摆动振孔高喷工艺，其特征在于：

a、摆喷角度为0～180°可任调或任选，单、双向喷射摆角取0°时为定喷，取180°时可获得旋喷效果，单向或双向喷射摆角大于0°小于180°时(通常20～60°)可实现摆喷；

b、孔距选择0.5～1.2m，水压为30～50MPa

c、提升速度0.15～0.7m/mm