CN114059570B - 一种自进式速凝纤维浆液注入装置与注浆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种注浆装置，具体涉及一种自进式速凝纤维浆液注入装置与注浆方法，包括导向头、泄水系统和注浆系统；泄水系统包括泄水管，泄水管前端连接导向头；注浆系统包括注浆管，注浆管前端连接导向头，向待处理土体中注入速凝纤维浆液，速凝纤维浆液为添加纤维的丙烯酸盐灌浆料，由A液、B液和C液混合得到。与现有技术相比，本发明可应用于基坑地墙侧壁渗漏的治理工程，通过排水减压、加压注浆、分布分类注浆等方式，实现稳定打入本装置，防止被水压冲出；防止出浆口絮凝堵塞，实现均匀大面积注浆的目的；此外，掺有纤维的高弹性胶凝体具有高强度，能够有效抵抗水压。本发明对及时治理基坑地墙侧壁渗漏，阻止进一步的经济损失具有重大意义。

Description

一种自进式速凝纤维浆液注入装置与注浆方法
技术领域
本发明涉及一种注浆装置，具体涉及一种自进式速凝纤维浆液注入装置与注浆方法。
背景技术
地下水对地下工程存在不利影响。一般软土地区深基坑施工经常采用地下连续墙作为围护结构，但由于施工控制不当或者施工地质条件复杂，导致地墙接缝处或缺陷处可能出现渗漏。由于在基坑开挖过程中，需要预先降水，由此在坑内外形成了巨大的水头差。一旦这些缺陷在坑内被揭露，就会现出突涌水，接下来可能产生流土甚至管涌。而在出水的早期，主要是小规模涌水和浑水流土，尚不至于威胁基坑和环境安全，此时，有效的处理方法就是进行突涌渗漏点的迅速治理。
丙烯酸盐灌浆料是一种以丙烯酸盐为主要组成的树胶材料，丙烯酸盐作为一种优良的防渗化学灌浆材料，其应用历史国外已有几十年，国内也有20多年历史，由于其遇水反应后生成的高弹性胶凝体具有极高的抗渗性，且无毒、无污染、耐腐蚀性良好，常被用作地下工程的灌浆材料，以发挥止水、防渗、接缝和控制水的作用。丙烯酸盐灌浆料不含游离丙烯酰胺单体，LD50大于或等于5000，暴露毒性只有丙烯酰胺灌浆(AM)的1/100、N-甲基乙丙烯酰胺(NMA)的1/50，所以其在美国和欧洲容许这类产品直接使用地下工程而不需要申请化学灌浆应用批准证书；其具有低表面张力、低粘度(通常小于10cps)，使其拥有非常好的可灌性；凝胶时间短，并且可以准确控制，使其拥有非常好的施工性能；更重要的是它的固结体具有极高的抗渗性。丙烯酸盐灌浆料的研究已经较为成熟，由于其优良的性质被应用于各项工程。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种自进式速凝纤维浆液注入装置与注浆方法，实现了基坑地墙侧壁渗漏早期突涌的快速有效的处理，通过材料加筋的机理，增加生成的高弹性凝胶体的强度，提供稳定的胶凝点，在基坑的止水防渗工程中防止其被水头差造成的水压力破坏。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明第一方面公开了一种自进式速凝纤维浆液注入装置，包括导向头、泄水系统和注浆系统；
所述的泄水系统包括泄水管，所述的泄水管前端连接导向头；
所述的注浆系统包括注浆管，所述的注浆管前端连接导向头，向待处理土体中注入速凝纤维浆液，所述的速凝纤维浆液为添加纤维的丙烯酸盐灌浆料，由A液、B液和C液混合得到。
优选地，所述的导向头为锥形，通过锥形尖端减小入土的阻力，用于增加装置入土的深度。导向头与泄水管和注浆管形成“一头两管”的形式，有利于减少施工所需空间。
优选地，所述的泄水管侧壁开设若干泄水孔，用于引流土中水进入管内，在泄水管外包覆有滤材，防止土颗粒由泄水孔进入泄水管内，防止泄水孔或泄水管的堵塞。
优选地，所述的滤材选用土工织物。
优选地，所述的泄水系统还包括排水管，所述的排水管与泄水管的尾端相连，排出泄水管内的水。
优选地，所述的泄水管或排水管上设有压力表和止水阀。可以实时测量泄露点土内的水压力，控制排水的起止和速率。
优选地，所述的注浆管为多层管，前端开设有注浆口，所述的多层管包括外层管道和内侧小管，所述的外层管道内含有若干内侧小管。注浆管侧壁不开孔，外层管道为大开口管，可大量注入带纤维的浆液，承受较大的水压力；内侧小管控制在合适位置出浆，防止提前凝结阻塞注浆口，并实现速凝。
优选地，所述的注浆系统还包括注浆机，所述的注浆管尾端连接注浆机，所述的注浆机内储有合成速凝纤维浆液的A液、B液和C液，分别连接注浆管的多层管，所述的A液和B液先后由内侧小管注入土体，所述的C液由外层管道注入土体，注浆机可通过多层管按内外层同时注入不同浆液，并对注浆压力起控制作用，在注浆时通过注浆管的内外分层分别注入，防止注浆口絮凝堵塞，控制注浆范围；所述的注浆管上设有止回阀门，防止速凝纤维浆液由于压力不足或地下水压力作用发生回流。
优选地，所述的速凝纤维浆液为A液、B液和C液混合得到；所述的A液由丙烯酸盐、交联剂和催化剂组成，所述的B液由引发剂组成，所述的C液由纤维、和缓凝剂组成，其中缓凝剂可以根据工程需要的凝胶时间决定其添加的种类和比例。
优选地，所述的A液由丙烯酸盐、交联剂和催化剂水按质量比(12～60)：1：1混合得到，所述的交联剂为甲叉双丙烯酰胺，催化剂为三乙醇胺。
优选地，所述的引发剂为过硫酸铵。
优选地，所述的C液由纤维和缓凝剂按质量比(7～20)：1混合得到，纤维为玻璃纤维或金属纤维，缓凝剂为铁氰化钾。
优选地，所述的纤维为玻璃纤维或金属纤维，均选用10～20μm单丝直径，长度为10～20cm。其中玻璃纤维为中级纤维，综合成本和效益考虑，宜选用中碱玻璃纤维(氧化纳8％～12wt％，属含硼或不含硼的钠钙硅酸盐玻璃)。其中金属纤维宜选用为铝、不锈钢等纯金属纤维。
为保证在注浆完成后的止水封闭体中纤维的分布均匀性，选用细纤维作为C液的原料，并且控制C液中的纤维总量(即控制纤维与缓凝剂的质量比)，此外，在注浆机中储存C液处的泵头部分还设有搅拌装置以提供持续搅拌，使得C液在整个过程中都处于分散状态，并在注浆时不发生堆积。
优选地，所述的A液、B液和C液按1：(4～6)：1混合得到。
速凝纤维浆液中的水由各溶液配置时带入，根据选择的产品和实际溶解需求决定，特别地，在C液中，纤维和水的质量比为1：1，以防止纤维过多产生絮凝，或水过多影响后续混合得到的浆液性能。
优选地，所述的速凝纤维浆液的pH为7-8，外观呈淡蓝色，比重为1.05-1.08，粘度为0.0015-0.0028Pa·s。
本发明第二方面公开了一种使用上述自进式速凝纤维浆液注入装置的注浆方法，包括如下步骤：通过导向头导向，将泄水管和注浆管压入并定位至待处理土体后，先通过泄水管进行泄水，然后通过注浆管向待处理土体中注入A液和C液，待混合液在待处理土体区域充分扩散后再注入B液混合触发注浆反应生成带纤维的高弹性胶凝体(速凝纤维浆液)，形成止水封闭体。其中A液和B液先后由内侧小管注入土体，C液由外层管道注入土体，这种分步注浆的方法可以有效避免注浆口浆液提前反应絮凝阻碍浆液扩散，导致注浆效果不理想、注浆范围过窄以及注浆口积压造成不利后果。
本发明的工作原理为：
将泄水管与注浆管安装在同一导向头上，并在出现渗漏的部位，利用机械手压入或者人工锤击击入带着导向头和双管的本装置；首先关闭注浆管上的止回阀，打开泄水管上的止水阀进行泄水，水由泄水孔进入泄水管后从排水管处流出系统，实现土体的排水降压。观察压力表示数，在水压降低至合适值(根据实际情况判断和设定)时，关闭止水阀，打开注浆阀，利用流体压力由注浆机先向注浆管内注入A液和C液，A液由内侧小管注入而C液通过外层管道注入，并由注浆口注入待处理土体中，根据需要保留一定扩散时间，使A液和C液的混合液在需要阻渗区域充分扩散，然后再由内侧小管注入B液，直至速凝纤维浆液固结。
在速凝纤维浆液固结后，根据计算在上一根注浆管的注浆周边土体处打入下一个本装置，并重复上述步骤，直至在漏点附近地层中形成了止水封闭体，即可结束施工。确认彻底堵水后，割除本装置的外露部分，然后在渗漏位置接缝浇筑混凝土，完成基坑地墙侧壁渗漏早期突涌的治理，可继续工程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明可应用于基坑地墙侧壁渗漏的治理工程，运用导向锥头、自进式双管(多管)装置和速凝纤维浆液，通过排水减压、加压注浆、压力表实时监测、分布分类注浆等方式，能够实现稳定打入本装置的泄水管和注浆管，防止其被水压力冲出；防止出浆口絮凝堵塞，以均匀大面积注浆的目的；与此同时，由纤维提供形成的高弹性胶凝体强度，使其能够有效抵抗水压力，在后续工程中有效止水防渗，不被破坏。本发明对及时迅速治理基坑地墙侧壁渗漏，阻止进一步的经济损失具有重大意义。
2、通过将注浆管设置为多层管，将A液、B液和C液按顺序分别由内侧小管和外层管道注入土体，这种分步注浆的方法可以有效避免注浆口浆液提前反应絮凝，阻碍浆液扩散，导致注浆效果不理想，注浆范围过窄，注浆口积压造成不利后果。还可以通过控制内侧小管的位置以控制在合适位置出浆。
3、在丙烯酸盐灌浆材料的基础上，提出在其中添加玻璃纤维/钢纤维，通过材料加筋的机理，可增加生成的高弹性凝胶体的强度，提供稳定的胶凝点，在基坑的止水防渗工程中防止其被水头差造成的水压力破坏。在渗漏处通过一定的装置导入此速凝纤维浆液，可以达到迅速止水，防止后续渗漏的作用，阻止进一步的工程延误和经济损失。
4、本装置的泄水管和注浆管共用一个导向头，在施工时节省空间、节约材料，进而降低施工成本，此外，泄水管和注浆管泄水和注浆的配合可以有效实现在漏点附近地层中形成止水封闭体，以实现堵水。
5、通过设立止水阀、注浆阀和止回阀，在不同的阶段进行开关搭配以方便的实现本装置的使用，此外，本装置可以根据需要选择手动控制或自动控制。
附图说明
图1为本发明的注入装置的结构示意图；
图2为本发明的注浆方法的流程示意图；
图中：1-导向头；2-泄水管；3-注浆管；4-注浆机；5-止水阀；6-压力表；7-注浆阀；8-止回阀；9-泄水孔；10-注浆口；11-排水管；12-滤材。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种自进式速凝纤维浆液注入装置，如图1所示，包括导向头1、泄水系统和注浆系统；泄水系统包括泄水管2，泄水管2前端连接导向头1；注浆系统包括注浆管3，注浆管3前端连接导向头1，向待处理土体中注入速凝纤维浆液，速凝纤维浆液为添加纤维的丙烯酸盐灌浆料，由A液、B液和C液混合得到。
更具体地，本实施例中：
泄水管2与注浆管3前端连接的是同一个导向头1，形成“一头两管”的形式，减少施工所需空间。导向头1采用锥形结构，通过锥形尖端减小入土的阻力，用于增加装置入土的深度。
在泄水管2的侧壁上开设了泄水孔9，这样地下水会从泄水孔9中进入泄水管2，在泄水管2的外侧包覆有一层滤材12，优选采用土工织物，以对进入泄水管2的水进行过滤，防止土颗粒进入泄水管2内形成堵塞。泄水系统除了泄水管2以外，还在泄水管2的尾端连接了排水管11，该排水管11采用塑料材质，用于排出进入泄水管2中的地下水。在泄水管2或者排水管11上(根据实际情况和需求选择设置位置)还设置了压力表6和止水阀5，可以实时测量泄露点土内的水压力，并且控制排水的起止和速率。
注浆管3在其前端靠近导向头1的位置沿周向开设有注浆口10，管身上不开口，浆料由注浆口10注入土体内。注浆管3为多层管结构，内部可以主要分为两层管：外层管道和内侧小管，内侧小管包含在外层管道内，外层管道大开口，可大量注入带纤维的浆液，并承受较大的水压力；而内侧小管可以控制在合适位置出浆，防止提前凝结导致注浆口10阻塞，并实现浆液在注浆口10附近的速凝。在注浆管3尾端连接着储存用于合成速凝纤维浆液的A液、B液和C液的注浆机4，该注浆机4分别连接注浆管3的外层管道和内侧小管(即图中注浆管3与注浆机4之间的两根管道，其中一根为贯穿至注浆口10处的内侧小管，用于注入A液和B液，另一根仅连接至外层管道入口，不穿过注浆管3内部，用于注入C液)，在使用时，使A液和B液先后由内侧小管注入土体，C液由外层管道注入土体。注浆机4可通过多层管按内外层同时注入不同浆液，并对注浆压力起控制作用，在注浆时通过注浆管3的内外分层分别注入，防止注浆口10絮凝堵塞，控制注浆范围；注浆管3上设有止回阀8，防止速凝纤维浆液由于压力不足或地下水压力作用发生回流。
上述的速凝纤维浆液为A液、B液和C液混合得到，其中，A液由丙烯酸盐、交联剂和催化剂组成，B液由引发剂组成，C液由纤维和缓凝剂(可以根据工程需要的凝胶时间决定其添加的种类和比例)组成。更具体地，本实施例中，A液中交联剂选用甲叉双丙烯酰胺，催化剂选用三乙醇胺，并根据丙烯酸盐：交联剂：催化剂＝60：1：1的质量比混合得到；B液中引发剂选用过硫酸铵；C液中的纤维选用玻璃纤维，缓凝剂选用铁氰化钾，并根据纤维：缓凝剂：水＝9.6：1：9.6的质量比混合得到，其中纤维和水质量比取1：1，综合成本和效益考虑，纤维宜选用长度为15cm，直径为15μm的中碱玻璃纤维(氧化纳含量控制在8％～12wt％的属含硼的钠钙硅酸盐玻璃)。然后A液、B液和C液按质量比1：5：1混合得到速凝纤维浆液。在实际使用时各部分的助剂和水可以根据实际情况调配，以满足不同的工况，并控制该速凝纤维浆液的pH在7-8的范围内，比重在1.05-1.08的范围内，粘度在0.0015-0.0028Pa·s的范围内，在满足该三个参数范围的浆液均可以满足本发明的需求，此时的浆液的外观呈淡蓝色。上述各化学试剂均可选用本领域技术人员可获得的常规市售产品。特别需要说明的是，为保证C液中的纤维在注浆时保持分散均匀，因此在注浆机4的储放C液的泵头处设置了一个搅拌桨，用于不断地对C液进行搅拌，使纤维呈分散状态，并使纤维在注浆时不发生堆积。
如图2所示，为本发明注入装置使用方法的流程示意图，即注浆方法的流程示意图。首先根据施工地渗漏面积和渗漏大小选择合适的泄水管2和注浆管3(S1)，并将两根管道的头部与导向头1相连接，完成仪器的初步安装。关闭注浆管3上的止回阀8，打开泄水管2上的止水阀5，在出现渗漏的部位，利用机械手压入或者人工锤击击入带着导向头1和双管(泄水管2和注浆管3)的装置(S2)；在泄水管2的尾部外接塑料排水管11，以备排水，在打开止水阀5后土体当即开始通过泄水管2排水减压，土体中的水经过土工织物过滤去土颗粒后经泄水孔9进入泄水管2内，随后沿着泄水管2通过排水管11实现排水，为后续的注浆操作做准备(S3)。在注浆管3的尾端分别根据内、外层管道通入的液体与注浆机4内储存的A液、B液和C液相连通。观察泄水管2上压力表6的示数，在水压达到合适值以下时，可以关闭止水阀5，打开注浆阀7，并开启注浆机4，利用流体压力向待处理土体内分别注入A液、B液和C液，进行加压注浆(S4)。首先由外层管道注入C液，同时由内侧小管注入A液，两液体在注浆口10处混合注入土体，并根据需要保留一段注浆扩散时间，使该混合液在需要阻渗的区域充分扩散(S5)；随后再由内侧小管向待处理土体中注入B液，由于预先在C液中添加有缓凝剂，可以控制凝胶的时间(根据添加的缓凝剂用量，可以调整凝胶的时间，比如按本实施例的配方进行，可以在30min时凝胶，而若将纤维：缓凝剂：水的质量比按11.7：1：11.7比例配置，可以在20s时凝胶)，因此在拟定的凝胶时间内将B液迅速注入A液和C液的混合浆液中，并发生注浆反应生成带纤维的高弹性胶凝体(速凝纤维浆液)(S6)。这种分步注浆的方法可以有效避免注浆口10浆液提前反应絮凝阻碍浆液扩散，导致注浆效果不理想、注浆范围过窄以及注浆口10积压造成不利后果。
在速凝纤维浆液固结后，根据计算在上一根注浆管3的注浆周边土体处打入另一本注入装置，并重复上述步骤，直至在漏点附近地层中形成了止水封闭体，即可结束施工。确认彻底堵水后，割除本装置的外露部分，然后在渗漏位置接缝浇筑混凝土，完成基坑地墙侧壁渗漏早期突涌的治理，可继续工程(S7)。
本发明的工作原理为：
将泄水管2与注浆管3安装在同一导向头1上，并在出现渗漏的部位，利用机械手压入或者人工锤击击入带着导向头1和双管的本装置；首先关闭注浆管3上的止回阀8，打开泄水管2上的止水阀5进行泄水，水由泄水孔9进入泄水管2后从排水管11处流出系统，实现土体的排水降压。观察压力表6示数，在水压降低至合适值(根据实际情况判断和设定)时，关闭止水阀5，打开注浆阀7，利用流体压力由注浆机4先向注浆管3内注入A液和C液，A液由内侧小管注入而C液通过外层管道注入，并由注浆口10注入待处理土体中，根据需要保留一定扩散时间，使A液和C液的混合液在需要阻渗区域充分扩散，然后再由内侧小管注入B液，直至速凝纤维浆液固结。
在速凝纤维浆液固结后，根据计算在上一根注浆管3的注浆周边土体处打入下一个本装置，并重复上述步骤，直至在漏点附近地层中形成了止水封闭体，即可结束施工。确认彻底堵水后，割除本装置的外露部分，然后在渗漏位置接缝浇筑混凝土，完成基坑地墙侧壁渗漏早期突涌的治理，可继续工程。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自进式速凝纤维浆液注浆方法，采用自进式速凝纤维浆液注入装置实施，其特征在于，该注入装置包括导向头(1)、泄水系统和注浆系统；
所述的泄水系统包括泄水管(2)，所述的泄水管(2)前端连接导向头(1)；
所述的注浆系统包括注浆管(3)，所述的注浆管(3)前端连接导向头(1)，向待处理土体中注入速凝纤维浆液，所述的速凝纤维浆液为添加纤维的丙烯酸盐灌浆料，由A液、B液和C液混合得到；
所述的注浆系统还包括注浆机(4)，所述的注浆管(3)尾端连接注浆机(4)，所述的注浆机(4)内储有合成速凝纤维浆液的A液、B液和C液；所述的注浆管(3)上设有止回阀门(8)，防止速凝纤维浆液回流；
所述的注浆管(3)为多层管，前端开设有注浆口(10)，所述的多层管包括外层管道和设于外层管道内的若干内侧小管；
所述的速凝纤维浆液为A液、B液和C液混合得到；所述的A液由丙烯酸盐、交联剂和催化剂组成，所述的B液由引发剂组成，所述的C液由纤维和缓凝剂组成；
该注浆方法包括如下步骤：
通过导向头(1)导向，将泄水管(2)和注浆管(3)压入定位至待处理土体后，先通过泄水管(2)进行泄水，然后分别通过注浆管(3)的内侧小管和外层管道向待处理土体中注入A液和C液，待混合液在待处理土体区域充分扩散后，再通过内侧小管注入B液混合生成速凝纤维浆液，形成止水封闭体。
2.根据权利要求1所述的一种自进式速凝纤维浆液注浆方法，其特征在于，所述的导向头(1)为锥形。
3.根据权利要求1所述的一种自进式速凝纤维浆液注浆方法，其特征在于，所述的泄水管(2)侧壁开设若干泄水孔(9)；在泄水管(2)外包覆有滤材(12)，防止土颗粒由泄水孔(9)进入泄水管(2)内。
4.根据权利要求1所述的一种自进式速凝纤维浆液注浆方法，其特征在于，所述的泄水系统还包括排水管(11)，所述的排水管(11)与泄水管(2)的尾端相连。
5.根据权利要求4所述的一种自进式速凝纤维浆液注浆方法，其特征在于，所述的泄水管(2)或排水管(11)上设有压力表(6)和止水阀(5)。
6.根据权利要求1所述的一种自进式速凝纤维浆液注浆方法，其特征在于，包括如下一项或多项：
(i)所述的A液由丙烯酸盐、交联剂和催化剂按质量比(12～60)：1：1混合得到，所述的交联剂为甲叉双丙烯酰胺，催化剂为三乙醇胺；
(ii)所述的引发剂为过硫酸铵；
(iii)所述的C液由纤维和缓凝剂按质量比(7～20)：1混合得到，纤维为玻璃纤维或金属纤维，缓凝剂为铁氰化钾；
(iv)所述的A液、B液和C液按1：(4～6)：1混合得到。
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