CN111894001A - 一种土坝注浆防渗与加固方法 - Google Patents

一种土坝注浆防渗与加固方法 Download PDF

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Abstract

一种土坝注浆防渗与加固方法：(1)将注浆管接上钻头作为地质钻机的钻具，采用泥浆作为钻孔冲洗液，进行钻孔；(2)钻孔完成后移开地质钻机，将注浆管、注浆泵连接，并安装拔管机；(3)按0.5～1.5m/段，进行分段定压注浆；(4)自下而上进行分段，重复步骤(3)的注浆，直至达到设定高程位置，完成整个注浆孔的注浆；依此完成所有注浆孔的注浆，即完成土坝注浆防渗与加固。本发明将注浆管作为钻杆，解决了现有技术施工过程中采用地质钻杆进行钻孔、注浆，存在钻杆内径过小的问题，也解决了现有技术中采用地质钻杆跟管钻进成孔，后拔出钻杆，再下大直径注浆管中再拔出套管，下封孔浆等工艺存在的施工工艺复杂、工效低的技术问题。

Description

一种土坝注浆防渗与加固方法
技术领域
本发明属于水利水电工程中坝基防渗与加固工程领域，尤其涉及一种土坝注浆防渗与加固处理工艺方法。
背景技术
土坝是利用土料和砂、砂砾、卵砾、石碴、石料等碾压筑成的挡水建筑物。但土坝运行过程中，出现裂缝、洞穴等问题，引起渗漏水。针对土坝工程的防渗技术问题，目前有多种处理工艺如注浆、高压旋喷、防渗墙施工等等。在采用注浆工艺时，常规的稳浆注浆存在浆液易沿薄弱面重复劈裂的技术问题。于是，在2011～2018年间，曾提出了高压脉动灌浆工艺、钻灌一体施工工艺、高压冲挤施工工艺等，解决了很多的工程问题，如托口河湾地块防渗工程；南水北调砂卵石注浆工程等。随着时代的发展，要求施工更高效，于是也在不断开发新的施工工艺方法。中国专利文献ZL201610790308.X中提供了一种采用植物胶和氢氧化钠形成的一种瞬间絮凝状膏浆进行钻孔，采自下而上分段回转提升进行灌浆，采用有效脉冲灌注压力≥3MPa，进行灌浆，采用注浆压力与注浆量双参数进行结束标准控制等，形成一种高压挤劈桩。但因该工艺采用的注浆设备为变频变量脉冲高压膏浆泵，其单次泵送量为0.2L/冲次，泵送频率大于400次/min(按80L/min注入量计算)，这么快的脉冲频率易在地层中产生重复劈裂，导致浆液沿同一个薄弱面走；而且其采用的钻杆为地质钻杆，其内径小于30mm，泵送的材料流动度为130～150mm，其稠度有限，灌入浆液量多，不能实现浆液自身依靠内阻力进行阻塞封浆，须依靠钻机回转提升挤压阻塞，封孔效果不佳，易导致浆液上返，在施工现场不好把控，质量难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种土坝注浆防渗与加固方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种土坝注浆防渗与加固方法，包括以下步骤：
(1)将注浆管接上钻头作为地质钻机的钻具，采用泥浆作为钻孔冲洗液，进行钻孔；
(2)钻孔完成后移开地质钻机，将注浆管、注浆泵连接，并安装拔管机；
(3)按0.5～1.5m/段，进行分段定压注浆和上提注浆管；注浆孔内进行每一段注浆时，先注入膏浆，当膏浆注入量达到300L/m、注浆压力小于0.5MPa时，将注入的浆液由膏浆变换成砂浆，直至该段注浆完成；而在现有的脉动灌浆中，均采用单一的膏浆或伪膏浆进行灌浆，依靠定量或双参数控制标准进行操作，存在浆液难以自阻封孔、灌浆难以起压、灌浆效果难以保证的技术问题，而本发明通过将由膏浆变为砂浆和定压灌浆这一方案，可解决膏浆在强渗漏区灌浆量大的问题，依靠膏浆、砂浆解决了浆液不可控和定压灌浆解决了结束标准不易操作的技术问题；
(4)自下而上进行分段重复步骤(3)的注浆与上提注浆管，直至达到设定高程位置，完成整个注浆孔的注浆；依此完成所有注浆孔的注浆，即完成土坝注浆防渗与加固。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，步骤(2)中，所述拔管机的起拔力超过45吨。采用拔力超过45吨的拔管机，是指不采用回转提升拔管，而是将地质钻机移开，去钻其他的孔，而安装起拔力超过45吨的拔管机，进行注浆管拔管工作，这样可以有效解决浆液内阻力过大，导致包裹住注浆管，而地质钻机起拔力十分有限(小于5吨)易出现埋管事故的技术问题，同时，也可增加浆液内阻力，实现浆液自阻封孔，可有效解决背景技术中的问题。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，所述注浆泵为双缸柱塞注浆泵，最大泵压大于15MPa，单次送浆大于10L，泵送频次为4～9次/min，泵送一次之后，间歇停顿时长为6～15s。间歇时间越长，越有利于地层应力消散，有利于注浆浆液控制在出浆口附近，可以增加注浆段长，可达到1.5m。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，所述膏浆是由水泥、土、水、外加剂组成，形成的浆液的流动度为60～85mm。膏状浆液在流动度为65～85mm时，具有较大的内摩擦阻力，具有自阻封孔的性能，解决了封孔技术难题。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，所述外加剂为水玻璃、纤维素、聚丙烯酰胺、瓜尔豆胶、黄原胶一种或几种混合。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，所述泥浆的固含量为5～10％，泥浆性能要求：泥浆漏斗粘度为25～40s，泥皮厚度不超过1.5mm，泵送流量大于60L/min。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，所述砂浆是在膏浆中按50～400kg/m3比例进行添加砂而成。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，每一段注浆完成的标准是：连续泵送三次均达到设定注浆压力值，即可结束该段注浆。可根据工程地质条件适当进行注浆压力调整。现有的施工方法，是根据注浆量和注浆压力进行双参数控制，但在实际操作时，由于统计注浆量和观测注浆压力的人员不在同一地方，需不同的人进行把控，容易造成数据不准确等问题。采用定压灌浆，可更有效地解决注浆结束标准的技术难题。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，所述钻头为三翼合金钻头或硬质合金钻头，其成孔外径超过注浆管外径不大于3mm。
上述的土坝注浆防渗与加固方法，优选的，所述注浆管的整体外径相差不大于3mm；内径大于55mm，整体内径相差不大于2mm。优选的，注浆管材质为45MnMoB(DZ60)管材；注浆管连接方式采用梯形扣连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明将注浆管作为钻杆，解决了现有技术施工过程中采用地质钻杆进行钻孔、注浆，存在钻杆内径过小的问题，同时也解决了现有技术中采用地质钻杆跟管钻进成孔，后拔出钻杆，再下大直径注浆管中再拔出套管，下封孔浆等工艺存在的施工工艺复杂、工效低的技术问题。
(2)本发明注浆过程中将浆液由膏状浆液变换为砂状浆液，以变换浆液粒径代替改变浆液中水量的变浆方法，突破了原有SL564-2014《土坝灌浆技术规范》浆液变换标准，解决了浆液不能依靠其内摩擦阻力自阻封孔的技术难题。
(3)本发明提供了一种定压结束灌浆方法，可更有效地解决现有技术中注浆结束标准，在施工现场不好把控的技术难题。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例(工程实施案例)：
竹银水源工程位于珠海市北部的斗门区六乡镇，地理位置为东经113°16ˊ11″，北纬22°20ˊ23″。竹银水库主要建筑物包括一座主坝、两座副坝、溢洪道，主、副坝分别布置在库区的三个山口处，坝型为土石分区坝。坝体填土由黏土和砂岩风化土组成，夹有风化砂岩碎石块，局部填筑不密实，存在薄弱带。竹银水库水位较高时，存在局部渗漏现象，主坝和1#副坝量水堰渗漏量偏大，由于渗漏导致大坝土质浸泡松软，部分渗漏位置还曾出现浊水甚至有泥沙带出，对大坝的安全运行存在一定的安全隐患。
加固方案：主坝沿坝轴线布置1排帷幕灌浆孔，帷幕灌浆总长约774m，设计灌浆孔为单排，孔距2m，计387个孔。坝体灌浆方案如下：
1)成孔：采用地质钻机具进行钻孔，钻孔机具为在注浆管上接一个三翼钻头作为钻具，其成孔外径超过注浆管外径不大于2mm，为75mm；采用泥浆泵泵送泥浆作为钻孔冲洗液，进行钻孔成孔，采用多缸柱塞泵泵送钻孔冲洗液，泵送流量75L/min，一次成孔钻进到土岩接触面60m深处；泥浆是采用优质膨润土制浆，泥浆固含量为6％，比重为1.03g/m3，泥浆漏斗粘度为28s，泥皮厚度0.9mm；
2)连接管路：然后连接制浆站、注浆泵、送浆管，各管路内径均大于60mm，并安装45t的液压拔管机，同时制取膏状浆液，膏状浆液的重量配合比为水泥：膨润土：水：纤维素＝100：300：200：0.2，测得流动度为70mm；注浆管材质为45MnMoB(DZ60)管材，壁厚6.35mm，外通径为73mm，内通径为60mm，内、外径整体直径相差不大于1.5mm，长度为1.5m/根；
3)开启注浆管，注浆泵为双缸柱塞注浆泵(型号为(GMJB50)，最大泵压21MPa)，自下而上进行分段定压注浆，按1.0m/段进行注浆。随着单段的注浆量增加，连续三次达到压力时，开始上提注浆管，单次送浆15L，泵送频次为7次/min，泵送一次之后，间歇停顿时长为8s；
4)重复步骤3)，当遇到灌浆不起压，耗浆量大的地层时，即当膏状浆液注入量达到300L/m后，注浆压力小于0.5Mpa时，改为膏状砂浆进行注浆，其中，膏状砂浆是在原制膏浆状液(300L/桶)的桶中加入100kg砂，变为膏状砂浆，直到灌浆压力达到设定地层深度的结束标准；灌浆过程中灌浆压力设计值见表1所示，Ⅰ序孔平均注入量为1125L/m，Ⅱ序孔平均注入量为835L/m，Ⅲ序孔平均注入量为575L/m。
表1灌浆压力随孔深的设定值
Figure BDA0002617427110000041
最终处理效果如下：随机选择的先导孔和检查孔的渗透系数分别见表2如下：
表2先导孔和检查孔的渗透系数对比
Figure BDA0002617427110000042
Figure BDA0002617427110000051
经施工处理之后，检查孔的注水试验结果均小于5.0×10-5cm/s，达到设计要求。
施工工效：原始4个班/孔(跟套管钻孔1.5个班，下注浆管0.5个班，拔套管0.5个班，下封孔管0.5个班，注浆拔管1个班)，现变为2个班/孔(钻孔1个班，注浆拔管1个班)，工效提高一倍。各序孔的平均注浆量下降明显，符合注浆规律，地层经注浆之后可达到小于5.0×10-5cm/s，80％以上小于3.0×10-5cm/s，防渗与加固效果良好。

Claims (10)

1.一种土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将注浆管接上钻头作为地质钻机的钻具，采用泥浆作为钻孔冲洗液，进行钻孔；
(2)钻孔完成后移开地质钻机，将注浆管、注浆泵连接，并安装拔管机；
(3)按0.5～1.5m/段，进行分段定压注浆和上提注浆管；
(4)自下而上进行分段，重复步骤(3)的注浆与上提注浆管，直至达到设定高程位置，完成整个注浆孔的注浆；依此完成所有注浆孔的注浆，即完成土坝注浆防渗与加固。
2.根据权利要求1所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，步骤(2)中，注浆孔内进行每一段注浆时，先注入膏浆，当膏浆注入量达到300L/m、注浆压力小于0.5MPa时，将注入的浆液由膏浆变换成砂浆，直至该段注浆完成所述砂浆是在膏浆中按50～400kg/m3比例进行添加砂而成。
3.根据权利要求1所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，步骤(2)中，所述拔管机的起拔力超过45吨。
4.根据权利要求1所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，所述注浆泵为双缸柱塞注浆泵，最大泵压大于15MPa，单次送浆大于10L，泵送频次为4～9次/min。
5.根据权利要求1所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，所述膏浆是由水泥、土、水、外加剂组成，形成的浆液的流动度为60～85mm。
6.根据权利要求5所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，所述外加剂为水玻璃、纤维素、聚丙烯酰胺、瓜尔豆胶、黄原胶一种或几种混合。
7.根据权利要求1所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，所述泥浆的固含量为5～10％，泥浆性能要求：泥浆漏斗粘度为25～40s，泥皮厚度不超过1.5mm，泵送流量大于60L/min。
8.根据权利要求1-7任一项所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，每一段注浆完成的标准是：连续泵送三次均达到设定注浆压力值，即可结束该段注浆。
9.根据权利要求1-7任一项所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，所述钻头为三翼合金钻头或硬质合金钻头，其成孔外径超过注浆管外径不大于3mm。
10.根据权利要求1-7任一项所述的土坝注浆防渗与加固方法，其特征在于，所述注浆管的整体外径相差不大于3mm；内径大于55mm，整体内径相差不大于2mm。
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