CN114232631A - 一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，属于涂层检测技术领域；本发明方法包括如下步骤：钻孔设备定位；灌浆孔分排、分序、分段；依据分排、分序、分段钻孔灌浆；灌浆结束；本发明方法克服了反复钻孔灌注扫孔的过程，可使钻孔和注浆平行作业，大大提高了施工效率，节约了施工时间，适合用于围堰灌浆及抢险施工；此外本发明改善了灌注孔口封闭效果，至上而下逐段灌浆封闭，使得孔口封闭承压能力大幅提高，为提高灌注压力奠定基础，最终达到的填充效果；同时采用控制性塑性水泥塑性体灌浆工艺，对形成膏状浆液过程进行改进，使得灌注浆液初期粘性较低，与水泥纯浆粘性相似，因此在注入过程，对设备和工艺要求大幅降低，适用范围更广。

Description

一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺

技术领域

本发明属于涂层检测技术领域，特别涉及一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺。

背景技术

围堰是指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。一般主要用于水工建筑中，除作为正式建筑物的一部分外，围堰一般在用完后拆除。围堰高度高于施工期内可能出现的最高水位。现有技术围堰形式常采用土围堰、草袋围堰、钢板桩围堰、双壁钢围堰和地下连续墙围堰等方式；而灌浆工艺可以帮助围堰进行加固，围堰的成功关键就在于灌浆工艺；现有的灌浆工艺当中仍存在较多的问题：1)需要反复钻孔灌注扫孔，使得施工效率较低，施工时间较长；2)对设备和工艺要求较高，在复杂地质条件和施工环境中难以应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

(1)需要反复钻孔灌注扫孔，使得施工效率较低，施工时间较长；

(2)设备和工艺要求较高，在复杂地质条件和施工环境中难以应用。

(二)技术方案

本发明通过如下技术方案实现：一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺；所述工艺包括如下步骤：

步骤100：钻孔设备定位；

步骤200：灌浆孔分排、分序、分段；

步骤300：依据分排、分序、分段钻孔灌浆；

步骤400：灌浆结束。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤100具体的包括如下步骤：

步骤110：灌浆孔的布置；

步骤120：按预设的灌浆深度钻进灌浆孔；

步骤130：灌浆孔完成后进行加固保护。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤110中灌浆孔的开孔孔位偏差不得大于10cm；灌浆孔的孔径为Φ164mm-168mm；所述步骤130采用土工布对管口进行封堵处理。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤120中钻进灌浆孔时其垂直度控制包括如下步骤：

步骤121：钻机钻杆对准孔位中心后，用精度2‰的水平尺在前、后、左、右四个方向调整立轴处于垂直，钻机立轴偏斜率不大于2‰；

步骤122：施工中利用测斜仪监测钻机的稳固情况及钻机立轴的铅垂度，并通过加长粗径钻具控制钻进压力；

步骤123：开孔时采取减压慢转，当钻进0.3～0.5m时，采用轻压慢转；在钻进过程中监测立轴的角度，通过检测结果进行调整；

所述步骤120中钻进灌浆孔时其垂直度控制超过预设值时，需要在原灌浆孔位内侧20cm处重新钻孔。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤200具体的灌浆孔的施工依据分排分序分段进行；所述灌浆孔的排距1m，每排灌浆孔的孔间距为1.2m，采用两序钻孔灌浆施工分为Ⅰ序孔及Ⅱ序孔；每100m形成一个灌浆工作段，每个工作段设2个检测孔，Ⅱ序孔钻进完成时同步完成检测孔的钻孔。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤300具体的进行灌浆孔的灌浆；

包括如下步骤：

步骤310：完成灌浆工作段Ⅰ序孔钻孔灌浆施工；

步骤320：完成灌浆工作段Ⅱ序孔钻孔灌浆施工。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤300灌浆孔的灌浆加工方式采用自上而下分段双液灌浆的方式，利用灌浆分段装置进行分段；具体的方法包括如下步骤：

1)首先进行接触段施工以形成封闭的灌浆区域，再进行低压灌浆，从而减少串、冒、漏的现象，保证灌浆质量；

2)第一段灌浆结束后用通孔装置打通第一段的阻隔器，当第一段水泥浆液凝固后再进行第二段灌浆；按照此方法进行后续段别灌浆，灌浆至接触段结束。

作为上述方案的进一步说明，所述步骤300灌浆时采用的浆料为水泥与水玻璃；所述浆料的制备工艺包括如下步骤：

A.制浆材料称量

根据灌浆孔的施工要求，制备所需比例的水泥浆液，当水泥与水的比重偏差小于5％时，均不影响截水墙成型；因此在制浆前，根据不同比例制作相对应带刻度的备浆桶，制浆时依据相关刻度量取水泥及水；

B.浆液搅拌

利用搅拌机搅拌水泥浆液，搅拌时间不少于30s；浆液在使用前须过筛，自制备至用完的时间小于4h；搅拌过程中掺入水玻璃，其中水玻璃的掺入量为水泥浆液质量的5％-10％。

作为上述方案的进一步说明，所述灌浆分段装置采用钢管和阻隔器衔接而成，前置段钢管长度为6m，中间段钢管长度为3.5-5m，终孔段钢管长度为3-6m；每段之间利用阻隔器进行衔接。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例自上而下分段双液灌浆的方式示意图；

图2为本发明实施例灌浆压力及灌浆效果；

图中：灌浆孔1、灌浆管2、空口封堵3、出浆眼4、包裹分割器土工布5、阻隔器6。

(三)有益效果

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明采用一次性成孔至上而下逐段加压灌浆工艺和控制性塑性水泥塑性体灌浆工艺；

1、一次性成孔至上而下逐段段加压灌浆工艺：灌注孔自上而下分段灌注即钻孔至终孔深度，采用孔内分隔器，将灌注孔分为数段进行灌注，该方法克服了反复钻孔灌注扫孔的过程，可使钻孔和注浆平行作业，大大提高了施工效率，节约了施工时间，适合用于围堰灌浆及抢险施工。此外该方法改善了灌注孔口封闭效果，至上而下逐段灌浆封闭，使得孔口封闭承压能力大幅提高，为提高灌注压力奠定基础，最终达到的填充效果。

2、控制性塑性水泥塑性体灌浆工艺：该工艺的灌注浆液粘性可控，凝胶时间可控，扩散范围可估计，灌注压密效果好的注浆工艺。灌注初期，浆液粘性较低，易于扩散。中期浆液粘性逐渐提高，浆液初步具有塑性特征。后期浆液粘性大幅提高，形成塑性膏体，此时进一步提高灌注压力，即可实施对地层的固化，密实，提高预应力等作用。水泥塑性体堆填灌注基于膏状注浆原理，结合双液法的优点，对形成膏状浆液过程进行改进，使得灌注浆液初期粘性较低，与水泥纯浆粘性相似，因此在注入过程，对设备和工艺要求大幅降低，更易于在复杂地质条件和施工环境中应用。该注浆工艺适用范围：围堰灌浆，大流量堵水，固结注浆，回填注浆等等。

具体实施方式

实施例

一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺；所述工艺包括如下步骤：

步骤100：钻孔设备定位；所述步骤100具体的包括如下步骤：

步骤110：灌浆孔的布置；

步骤120：按预设的灌浆深度钻进灌浆孔；

步骤130：灌浆孔完成后进行加固保护。

所述步骤110中灌浆孔的开孔孔位偏差不得大于10cm；灌浆孔的孔径为Φ164mm-168mm；所述步骤130采用土工布对管口进行封堵处理，步骤130的目的在于外露的灌浆管用土工布或编织袋将管口封堵严实，防止碎石、泥土进入灌浆管内，影响灌浆质量。

需要进一步说明的是所有钻孔的布置严格按设计要求的尺寸和位置进行测量放线布孔，灌浆孔的开孔孔位符合设计规定和要求，保证开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm。如因故需变更孔位，须征得监理人同意，并记录实际孔位；钻孔深度按设计的灌浆深度进行钻进。

钻孔设备

(1)钻孔采用履带式钻机，根据施工实际情况采用风水联动钻孔及跟管施工。

(2)配备足够的套管、管脚、冲击器、钻头、油管等物品，并有必需的备用量。

在本实施例中的设备要求如下所述：灌浆采用3SNS型高压灌浆泵进行灌浆。灌浆泵的技术性能与所灌灌浆液的类型、浓度相适应，其容许工作压力大于最大灌浆压力的1.5倍，压力波动范围小于灌浆压力的20％，并有足够的排浆量和稳定的工作性能。灌水玻璃采用液压手动化学灌浆泵，该泵由液压箱和化学灌浆泵体组成，具有体积较小、重量轻、自动化程度高、操作方便和工作状态稳定等特点。该泵利用自作用式原理，以液压为动力源，油缸和泵体作为执行元件，配以手控换向系统，压力和流量自动连续可调。压力范围0-10Mpa，流量范围0-40L/min。根据灌浆需要配置高速和普通浆液搅拌机，搅拌机的转速和拌合能力分别与所搅拌的浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应，并能保证均匀、连续地拌制浆液。所有搅拌设备在用于拌制浆液前都在现场进行试运行。灌浆管路保证浆液流动畅通，并能承受1.5倍的最大灌浆压力。灌浆泵回浆管路处安设压力表。压力表与管路之间设有隔浆装置。所选用的压力表在使用前均进行标定，在使用过程中经常检查核对，不合格和已损坏的压力表严禁使用。集中制浆站的制浆能力能满足灌浆进度高峰期所有机组用浆需要,制浆站配备除尘设备,当浆液需掺加外加剂时,增设相应的设备。所有灌浆设备、仪表均始终保持工作状态正常,平常注意维修保养，保证其正常的工作状态。并配有足够的备用设备。电力驱动的设备，在接地良好并经确认能保证施工安全时,方可使用。压力表等应定期进行校验或检定，保持量值准确。

具体的机械设备参阅下表1

表1本实施例所用机械设备清单

序号	设备名称	规格(型号)	数量(台、套)
				1	履带钻机		1
2	灌浆泵	3SNS	2
				3	制浆机	900L	2
4	水泵	1.5KW	2
				5	套丝机	D15-50	1
6	电焊机	315型	1
				7	台钻	16mm	1
8	切割机	QX320	1
				9	空压机	高风压	1
10	水玻璃灌浆泵	自制	2

所述步骤120中钻进灌浆孔时其垂直度控制包括如下步骤：

步骤121：钻机钻杆对准孔位中心后，用精度2‰的水平尺在前、后、左、右四个方向调整立轴处于垂直，钻机立轴偏斜率不大于2‰；

步骤122：施工中利用测斜仪监测钻机的稳固情况及钻机立轴的铅垂度，并通过加长粗径钻具控制钻进压力；

步骤123：开孔时采取减压慢转，当钻进0.3～0.5m时，采用轻压慢转；在钻进过程中监测立轴的角度，通过检测结果进行调整；

所述步骤120中钻进灌浆孔时其垂直度控制超过预设值时，需要在原灌浆孔位内侧20cm处重新钻孔。

需要进一步说明的是，钻孔垂直度控制在规范限定的偏差值范围内，具体的控制方式如上述步骤进行。当灌浆管埋设完成后，外露的灌浆管应采用土工布或编织袋将管口封堵严实，防止碎石、泥土进入灌浆管内，影响灌浆质量。

步骤200：灌浆孔分排、分序、分段；所述步骤200具体的灌浆孔的施工依据分排分序分段进行；所述灌浆孔的排距1m，每排灌浆孔的孔间距为1.2m，采用两序钻孔灌浆施工分为Ⅰ序孔及Ⅱ序孔；每100m形成一个灌浆工作段，每个工作段设2个检测孔，Ⅱ序孔钻进完成时同步完成检测孔的钻孔。

步骤300：依据分排、分序、分段钻孔灌浆；步骤300具体的钻出灌浆孔同步进行灌浆；灌浆孔的灌浆加工方式采用自上而下分段双液灌浆的方式，利用灌浆分段装置进行分段；所述灌浆分段装置采用钢管和阻隔器衔接而成，前置段钢管长度为6m，中间段钢管长度为3.5-5m，终孔段钢管长度为3-6m；每段之间利用阻隔器进行衔接。需要进一步说明的是具体分段长度根据现场钻孔情况需要灵活调整。分段灌浆时，随着灌浆管内压力增加，浆液可将包裹灌浆管的土工布冲开，然后开始孔内灌浆，直至该分段灌浆结束。灌浆管段与段之间设置一个分段装置，分段装置可阻隔灌浆管内浆液和灌浆孔内浆液，达到完全分段的灌浆效果。保证灌浆孔内每段压力的有序提升。

具体的每段分段的长度及灌浆压力的参考值参阅下表2：

表2灌浆压力及段长划分

段次	孔深(m)	灌浆压力(Mpa)
			1	0-6	1
2	6-12	1-1.5
			3	9.5-13	1.5-2
4	13-16.5	2-3
			5	16.5-24	3-5

请参阅图1，自上而下分段双液灌浆具体的方法包括如下步骤：

1)首先进行接触段施工以形成封闭的灌浆区域，再进行低压灌浆，从而减少串、冒、漏的现象，保证灌浆质量；

2)第一段灌浆结束后用通孔装置打通第一段的阻隔器，当第一段水泥浆液凝固后再进行第二段灌浆；按照此方法进行后续段别灌浆，灌浆至接触段结束。需要进一步说明的是接触段指的是灌浆孔的最后灌浆段。

需要进一步说明的是进行围堰灌浆时，接触段在岩石中的长度不大于1m。特殊情况下可适当缩减或加长。各灌注段的灌浆压力,按基础地质条件尽量采用较高压力,灌浆过程中密切注意串冒浆现象。灌浆尽快达到设计压力，但注入率大或易于抬动部位，则限流分级升压，在大注入率时严格控制升压速度，不得采用高压力灌注。灌浆压力及压力与吸浆量关系可在施工中根据实际情况由设计、监理人认可后进行及时调整。灌浆压力一律以回浆管压力表读数中值为准。

依据上述方法完成步骤300的如下步骤：

步骤310：完成灌浆工作段Ⅰ序孔钻孔灌浆施工；

步骤320：完成灌浆工作段Ⅱ序孔钻孔灌浆施工。

步骤300灌浆时采用的浆料为水泥与水玻璃；所述浆料的制备工艺包括如下步骤：

A.制浆材料称量

根据灌浆孔的施工要求，制备所需比例的水泥浆液，当水泥与水的比重偏差小于5％时，均不影响截水墙成型；因此在制浆前，根据不同比例制作相对应带刻度的备浆桶，制浆时依据相关刻度量取水泥及水；

B.浆液搅拌

利用搅拌机搅拌水泥浆液，搅拌时间不少于30s；浆液在使用前须过筛，自制备至用完的时间小于4h；搅拌过程中掺入水玻璃，其中水玻璃的掺入量为水泥浆液质量的5％-10％。

需要进一步说明的是在本实施例中灌浆材料采用如下组合：

1、水泥；由于P.O42.5R水泥强度优于P.C32.5R水泥，因此灌浆应选用P.O42.5R的普通硅酸盐水泥。水泥安定性、凝结时间、胶砂强度、标准稠度应符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-2007规定的质量标准。

2、水玻璃；灌浆施工中，水泥浆凝结关系截水墙的形成，因此应选用浓度适中的水玻璃(液-2型水玻璃)，通过以往施工经验总结，该型号水玻璃可灌性好，有利于灌浆。水玻璃比重、氧化钠含量、氧化硅含量、模数、铁含量、水不溶物等指标必须符合《工业硅酸钠》(GB/T4209-2008)的质量标准。

上述浆液制备完成后依据工程特性需要进行改变的，依据如下原则进行：

1)根据该工程特性灌浆浆液遵循由稀到浓的原则逐级改变，其水灰比(重量比)为1:1、0.8:1、0.5:1等3个比级。

2)灌浆过程中定时测量浆液比重，经常转动和上下活动灌浆管或采取其他措施，防止灌浆管在孔内被浆液凝住。

3)灌浆时，当灌浆压力保持不变，灌浆量均匀减少时或当灌浆量不变而灌浆压力均匀升高，灌浆工作必须持续下去，不得改变水灰比。

4)浆液水灰比的变换原则，须逐级变换，不宜跳级变换，当某一级水灰比的浆液已灌入300L以上或灌注时间达10min以上，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不明显时，则改浓一级灌注。

步骤400：灌浆结束。需要进一步说明的是灌浆结束标准包括以下两个部分：

1)灌浆各灌浆段的结束条件为：

在该灌浆段最大设计压力下，注入率不大于5L/min后，继续灌注10min，可结束灌浆。

2)如果灌浆结束时，浆液未达到初凝而发生回浆，则必须重新灌浆，直至达到要求。

需要进一步说明的是，上述步骤出现特殊情况是依据以下处理方式进行：

1、灌浆过程中发现冒浆漏浆时根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇、待凝等方法进行处理。

2、灌浆过程中发生串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可一泵一孔同时进行灌浆，否则，先塞住串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔冲洗，而后继续钻进或灌浆。

3、灌浆必须连续进行，若因故中断则按下述原则处理：

①尽快恢复灌浆，否则立即冲洗灌浆孔，再恢复灌浆。若无法冲洗或冲洗无效，则进行通孔，再恢复灌浆。

②恢复灌浆时，使用同配比的水泥浆进行灌注，若灌浆率与中断前相近，即可采用中断前水泥浆的继续灌注；如灌浆率较中断前减少较多，则逐级加浓浆液继续灌注。

4、灌浆过程中如回浆变浓，可换用相同水灰比的新浆灌注；若效果不明显，继续灌注30min，即可结束灌注，也不再进行复灌。

5、灌浆孔段遇特殊情况无论采用何种措施处理，其复灌前均进行扫孔，复灌后均达到灌浆结束标准。

步骤400结束后需要对灌浆质量进行检查，具体的检查方式如下：

1、灌浆以100米为1个工作段长，每个工作段设2个抽水实验孔。检测孔内安放包裹土工布的PVC管(Ф90mmPVC管每隔20cm为一截面，每个截面开2个6mm的进水孔)。灌浆质量以检测孔内渗流量来检验，灌前灌后水量对比进行综合分析、评定。

2、灌浆质量必须符合《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)要求。

3、在灌浆工程的钻孔和灌浆作业过程中，按照规定的各项施灌工艺标准和各类灌浆工程的质量检查项目和内容进行逐项验收，并做好质量检查和验收记录。

4、每个工作段灌浆结束后，进行抽水实验，合格后进行下一个施工段施工。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺；其特征在于：所述工艺包括如下步骤：

步骤100：钻孔设备定位；

步骤200：灌浆孔分排、分序、分段；

步骤300：依据分排、分序、分段钻孔灌浆；

步骤400：灌浆结束。

2.如权利要求1所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述步骤100具体的包括如下步骤：

步骤110：灌浆孔的布置；

步骤120：按预设的灌浆深度钻进灌浆孔；

步骤130：灌浆孔完成后进行加固保护。

3.如权利要求2所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述步骤110中灌浆孔的开孔孔位偏差不得大于10cm；灌浆孔的孔径为Φ164mm-168mm；所述步骤130采用土工布对管口进行封堵处理。

4.如权利要求2所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述步骤120中钻进灌浆孔时其垂直度控制包括如下步骤：

步骤121：钻机钻杆对准孔位中心后，用精度2‰的水平尺在前、后、左、右四个方向调整立轴处于垂直，钻机立轴偏斜率不大于2‰；

步骤122：施工中利用测斜仪监测钻机的稳固情况及钻机立轴的铅垂度，并通过加长粗径钻具控制钻进压力；

步骤123：开孔时采取减压慢转，当钻进0.3～0.5m时，采用轻压慢转；在钻进过程中监测立轴的角度，通过检测结果进行调整；

所述步骤120中钻进灌浆孔时其垂直度控制超过预设值时，需要在原灌浆孔位内侧20cm处重新钻孔。

5.如权利要求1所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述步骤200具体的灌浆孔的施工依据分排分序分段进行；所述灌浆孔的排距1m，每排灌浆孔的孔间距为1.2m，采用两序钻孔灌浆施工分为Ⅰ序孔及Ⅱ序孔；每100m形成一个灌浆工作段，每个工作段设2个检测孔，Ⅱ序孔钻进完成时同步完成检测孔的钻孔。

6.如权利要求1所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述步骤300具体的进行灌浆孔的灌浆；包括如下步骤：

步骤310：完成灌浆工作段Ⅰ序孔钻孔灌浆施工；

步骤320：完成灌浆工作段Ⅱ序孔钻孔灌浆施工。

7.如权利要求6所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述灌浆孔的灌浆加工方式自上而下分段双液灌浆的方式，利用灌浆分段装置进行分段；具体的方法包括如下步骤：

1)首先进行接触段施工以形成封闭的灌浆区域，再进行低压灌浆，从而减少串、冒、漏的现象，保证灌浆质量；

2)第一段灌浆结束后用通孔装置打通第一段的阻隔器，当第一段水泥浆液凝固后再进行第二段灌浆；按照此方法进行后续段别灌浆，灌浆至接触段结束。

8.如权利要求1所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述步骤300灌浆时采用的浆料为水泥与水玻璃；所述浆料的制备工艺包括如下步骤：

A.制浆材料称量

根据灌浆孔的施工要求，制备所需比例的水泥浆液，当水泥与水的比重偏差小于5％时，均不影响截水墙成型；因此在制浆前，根据不同比例制作相对应带刻度的备浆桶，制浆时依据相关刻度量取水泥及水；

B.浆液搅拌

利用搅拌机搅拌水泥浆液，搅拌时间不少于30s；浆液在使用前须过筛，自制备至用完的时间小于4h；搅拌过程中掺入水玻璃，其中水玻璃的掺入量为水泥浆液质量的5％-10％。

9.如权利要求7所述的一种动水基坑围堰系统性灌浆工艺，其特征在于：所述灌浆分段装置采用钢管和阻隔器衔接而成，前置段钢管长度为6m，中间段钢管长度为3.5-5m，终孔段钢管长度为3-6m；每段之间利用阻隔器进行衔接。

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