CN114753344B - 一种适用于砂土地层的注浆加固方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其包括以下施工步骤：步骤孔位定点—钻机成孔—浆液搅拌—小压力注浆（劈裂+渗滤）—大压力注浆—提拔注浆管—注浆至设计深。小压力注浆过程中注入的浆液对钻杆出浆孔周围一定范围内的砂土地层进行劈裂和渗滤；待小压力注浆体内的浆液凝固，形成渗滤体并将劈裂通道封堵后，钻杆退至该段，进行高压力注浆，注入的浆液对小压力注浆体内的砂土进行进一步渗透填充，形成密实的注浆砂土凝结体，多个连续的砂土凝结体形成了加固止水桩体。本申请使得两次注入的浆液都大部分留存在了小的影响半径内，不仅节约了材料，也使得形成的桩体更加密实，强度和密实度更高，止水性能也更好。

Description

一种适用于砂土地层的注浆加固方法

技术领域

本申请涉及注浆加固的领域，尤其是涉及一种适用于砂土地层的注浆加固方法。

背景技术

目前，建筑工程中经常会用采用注浆技术对地基进行加固或起到止水作用。在所有不同地质中，砂土地层的注浆加固是最难施工的一种。为了解决该地层中注浆加固难题，形成了不同的技术解决方案：

《煤炭工程》第48卷第11期中《吴家茆斜井注浆止水加固技术研究》中公开了一种施工工艺：孔位定点—钻机成孔—浆液搅拌—注浆—提拔注浆管—注浆至设计深度—封孔。该工艺配合采用了两种无收缩浆液混合注浆，且浆液能够快速凝固的技术手段，达到了较好的注浆效果。

专利申请号为201910213157.5的发明专利公开了一种盾构穿越临江富水砂层二次加固方法。该方法主要包括如下步骤：(1)前期准备；(2)安装钻孔装置；(3)打孔；(4)冻结管的安装。本发明通过冻结管形成管幕冻结，向冻结管通入液氨，使富水砂层中的水冻结，增加了盾构过程中抗渗的作用，便于盾构开挖。内层固定桩和外层固定桩的内部均填充隔热板，隔热板起到了隔热的作用，减少外部热源导致冻土帷幕性能退化(范围、强度)。固定桩灌注混凝土，增加管幕注浆管管幕的结构强度，减少流水作用对冻土的快速消融解决了现有的盾构过程冻结法进行土层冻结容易受到外部的温度影响而影响到冻结法的防渗效果的问题。该方法主要采用冻结技术结合隔热措施对富水砂层形成了很好的加固止水效果，但是该方法操作繁琐，且需要的设备多，施工周期长。

专利申请号为201811182771.1的专利公开了一种适用复杂城市环境地铁隧道的富水砂层超前注浆加固方法，包括开展富水砂层段注浆设计；在目标注浆加固区域上方布设监测点，监测点用于监测注浆过程中的地表隆起变形；在隧道掌子面喷射混凝土封面，制作人工止浆墙，在人工止浆墙上设计孔位；实施钻孔作业并安装孔口管；在钻孔设计分段区域内人工诱导涌砂，形成砂层空洞；在钻孔设计分段区域内通过孔口管进行注浆，形成柱状浆泡、劈裂浆脉及压密砂层区，注浆结束后实施地表变形监测；利用地表变形监测数据反馈调整人工诱导涌砂量及设计注浆量；待浆液凝固后，进行下一设计分段区域的钻孔、人工诱导涌砂、注浆及地表变形监测工作，直至该钻孔注浆结束，完成所有注浆孔的注浆工作。该方法存在人工诱导涌砂不可控，且施工周期长的问题。

为了改善针对相关技术存在的不足，本申请提供一种适用于砂土地层的注浆加固方法。

发明内容

本申请提供的一种适用于砂土地层的注浆加固方法采用如下的技术方案：

该方法包括以下施工步骤：

步骤1、根据设计间距及位置在待注浆区进行孔位定点，并进行标记；

步骤2、钻注一体机在标记的点位处进行钻孔，同时在拌料桶内进行浆液的配置和搅拌；当钻进一定深度后进行小压力注浆，注入的浆液对钻杆出浆孔周围一定范围内的砂土地层进行劈裂和渗滤；

步骤3、待小压力注浆状态下，注浆速度变慢至无法注入浆液时，停止注浆，钻杆继续钻进，钻进长度小于小压力注浆影响直径，钻杆停止钻进后再次进行小压力注浆；

步骤4、待第一段小压力注入的浆液凝固后，形成小压力注浆体和渗并将劈裂通道封堵后，钻杆退至第一段小压力注浆体范围内，进行高压力注浆，注入的浆液对小压力注浆体内的砂土进行进一步渗透填充，形成密实的注浆砂土凝结体；待高压力注浆状态下，注浆速度变慢无法注入浆液时，停止注浆，钻杆继续钻进至下一段浆液已经凝固的小压力注浆体范围内，然后进行高压力注浆；

步骤5、循环步骤3和步骤4，直至将该孔位设计深度范围内的砂土全部完成高压注浆加固，然后拔出注浆管并封孔，此时多个连续的砂土凝结体形成了加固止水桩体；

步骤6、钻机移动至下一个标记好的点位处按照步骤2-5进行钻孔和注浆，直至全部加固完成。

通过采用上述技术方案，该方案进行注浆时分两次进行，第一次为小压力注浆，第二次注浆时注浆压力增大。第一次的小压力小范围劈裂注浆有以下作用：一是减小或消除由于钻孔等对周围土体的扰动产生得二次沉降，二是相比一次性使用高压力注浆，小压力注浆便于形成渗滤体，形成的渗滤体对砂土进行有效填充，增加了被填充砂土的密度和强度；三是小压力注浆产生的浆脉更均匀且注浆体强度较高；四是小压力注浆产生的劈裂长度有限，从而限制了浆液向远处扩散，节约材料。

第二次注浆采用大注浆压力，由于第一次小压力注浆凝固后的浆液已经对劈裂通道进行了封堵，且在小压力影响半径外圈以及劈裂通道的四周形成了渗滤体，所以此次大压力注入的浆液会在第一次形成的小压力注浆体内进行渗透，产生压力和挤密效应，而不会向外扩散；

总之，先小压力再大压力的注浆方式，在砂土地层中使得两次注入的浆液都大部分留存在了小的影响半径内，即最终要形成桩体的半径范围内，这样不仅大大节约了注浆材料，也使得注入该范围内的浆液变多，使得形成的桩体更加密实，强度和密实度更高，止水性能也更好。

可选地，步骤4中，高压力注浆时，待注浆压力阀显示压力突然下降时，停止注浆，然后钻杆进行钻进，进行下一段的高压力注浆。

通过采用上述技术方案，当压力阀显示数值突然下降时，说明该次高压注浆已经在小压力注浆体的外围砂土内产生了新的劈裂，继续注浆已经益处不大，会造成材料浪费，该方法为判断何时停止注浆提供了一种新的指标，进一步提高了注浆的可控度，减小了浆液的浪费。

可选地，步骤4中，高压力注浆时，压力逐步增加，待注浆压力阀显示压力突然下降时，停止注浆。

通过采用上述技术方案，先期用较高压力注入，然后不断加压，这样的注入方式，进一步防止小压力注浆体外围砂土内新劈裂通道的快速产生，从而使得更多浆液能够被注入至小压力注浆体范围内，进而保证注浆砂土凝结体的密实度。

可选的，小压力注浆中注入的浆液从钻杆的出浆口喷出后的初凝时间小于90s；

通过采用上述技术方案，能够快速在影响范围内初凝，防止砂土内原有渗流体系将注入的浆液带走，进一步节约成本。且快速凝固的小压力注浆体为高压力注浆创造条件，防止钻杆已经伸入至砂土太深地层后才回退，提高了整体注浆的效率。

可选的，钻杆采用双重芯管，注浆钻头为双浆液混合器，双浆液从双重芯管的不同通道进入钻头后进行混合，然后喷出至砂土地层内。

通过采用上述技术方案，使得浆液从钻杆出浆口喷出后的初凝时间更易控制，同时也防止了浆液在钻杆内发生凝固的问题。

可选的，高压力注浆中注入的浆液从钻杆的出浆口喷出后的初凝时间大于90s；

通过采用上述技术方案，使得大压力注入的浆液更不容易突破小压力注浆体外圈的渗滤体，从而更好的留存在小压力注浆体范围内；而且即使大压力注入的浆液突破了小压力注浆体，由于在形成的新的劈裂通道内浆液的速凝，也使得新劈裂通道不会太长，进一步减小了材料的浪费。

可选的，小压力注浆的注浆压力为0.15MPa-0.5MPa。

通过采用上述技术方案，可以形成有效直径为0.8-1.2m的加固止水桩体。

可选的，步骤4中高压力注浆的注浆压力不小于0.5MPa。

通过采用上述技术方案，该压力可以有效地将注入的浆液注入小压力注浆体内，使得更多浆液注入，形成密实的加固止水桩体。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1. 通过先小压力注浆，后高压力注浆的方式，在砂土地层中使得两次注入的浆液都大部分留存在了小的影响半径内，即最终要形成桩体的半径范围内，这样不仅大大节约了注浆材料，也使得注入该范围内的浆液变多，使得形成的桩体更加密实，强度和密实度更高，止水性能也更好；

2. 通过对高压力注浆步骤中由小到大及注浆停止状态判断方式的增加，使得高压力注浆时的浆液更好的保存在小压力注浆体内且进一步防止了材料的浪费；

3. 通过不同阶段注浆压力的范围选定及浆液凝固时间的设置进一步提高了桩体密实度，形成可靠的加固止水桩体。

附图说明

图1是一种适用于砂土地层的注浆加固方法的原理示意图（该图为小压力注浆后砂土地层内的状态，图中小压力注浆体外圈的渗滤体仅为示意，实际小压力注浆后注入的浆液会在影响半径范围内形成向四周辐射的树根状很多条分支，渗入砂土中形成混合加固结构）。

附图标记说明：1、小压力注浆体；2、劈裂通道；3、渗滤体。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

本申请公开的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，步骤1、根据设计间距及位置在待注浆区进行孔位定点，并进行标记。

步骤2、钻注一体机在标记的点位处进行钻孔，钻杆采用双重芯管，注浆钻头为双浆液混合器，双浆液从双重芯管的不同通道进入钻头后进行混合，然后喷出至砂土地层内。同时在拌料桶内进行浆液的配置和搅拌；如图1所示，当钻进一定深度后进行小压力注浆，注入的浆液对钻杆出浆孔周围一定范围内的砂土地层进行劈裂和渗滤；小压力注浆中注入的浆液从钻杆的出浆口喷出后的初凝时间小于90s，小压力注浆的注浆压力为0.15MPa-0.5MPa。

步骤3、待小压力注浆状态下，例如注浆压力稳定在8MPa时，随着浆液的不断注入，注浆速度逐渐变慢，至无法注入浆液时，停止注浆，钻杆继续钻进，钻进长度小于小压力注浆影响直径，钻杆停止钻进后再次进行小压力注浆。

步骤4、待第一段小压力注入的浆液凝固后，形成小压力注浆体1和渗滤体3并将劈裂通道2封堵，钻杆退至第一段小压力注浆体1范围内，进行高压力注浆。高压力注浆中注入的浆液从钻杆的出浆口喷出后的初凝时间大于90s，注浆的压力不小于0.5MPa，注入的浆液对小压力注浆体1内的砂土进行进一步渗透填充，形成密实的注浆砂土凝结体。判断停止注浆的方式有两种，一种是待高压力稳定注浆状态下，例如是维持在0.8MPa时，注浆速度变慢无法注入浆液时，停止注浆，然后钻杆继续钻进至下一段浆液已经凝固的小压力注浆体1范围内，然后进行高压力注浆。第二种判断停止注浆方式是当注浆压力在逐步增加过程中，注浆压力阀显示的压力突然下降时，停止注浆，然后钻杆进行钻进，进行下一段的高压力注浆。

步骤5、循环步骤3和步骤4，直至将该孔位设计深度范围内的砂土全部完成高压注浆加固，然后拔出注浆管并封孔，此时多个连续的砂土凝结体形成了加固止水桩体；

步骤6、钻机移动至下一个标记好的点位处按照步骤2-5进行钻孔和注浆，直至全部加固完成。

注浆使用的注浆液可以采用双组分复合浆液，为方便表述，命名为A浆液和B浆液，两种浆液分别从钻杆的不同通道到达注浆管的出浆口，在出浆口处汇合后压入周围土体，并在较短时间内完成初凝。

注浆液只要能满足初凝时间要求并有较好的渗透性即可，可以是现有技术中的任意一种。

以下一种注浆液配方可供采用：A浆液由如下重量份的原料组成：金属氧化物和/或金属氢氧化物70-90份，复合缓凝剂0.5-1.2份，减水剂0.5-0.7，酸碱缓冲剂0.7-1.5，复合稳定剂3-5，复合表面活性剂0.5-1.5。其中氧化金属物可以是氧化镁、氧化铝、磷酸镁等任意两种的组合；复合缓凝剂为尿素、硼砂和三聚磷酸钠中的至少两种；减水剂可以是聚羧酸减水剂或萘减水剂；酸碱缓冲剂为碳酸镁或氢氧化钾；复合稳定剂为羟甲基纤维素、正烷基十六醇、淀粉醚和纤维素醚中的至少两种；复合表面活性剂为烷基聚氧乙烯醚、苄基酚聚氧乙烯醚和烷基磺酸盐中的至少两种。以上各单独组分中要使用两种及两种以上的不同材料时，可以按等数量级进行配制，两种的设置主要是为了防止其中一种失效，以便使整体复合浆液效果更加稳定。

B浆液由如下重量份的原料组成：磷酸盐30～40份，消泡剂0.2～1份。其中，磷酸盐可以是磷酸氢二铵或磷酸二氢钾；消泡剂可以是有机硅消泡剂或聚醚消泡剂。

A浆液和B浆液分别与水按重量比100:40～50混合搅拌成浆液，经不同管路压入注浆管，至出浆口汇合反应并在砂土中固化。

复合浆液初凝时间的不同主要通过调节复合缓凝剂的比重大小实现。

本申请的方案的原理分析如下：行业内传统认知中，在砂土地层内，由于砂土比较均匀，注入的水泥等可凝结的浆液会在内部形成完全渗透，且不存在劈裂扩散。但是近年来学者们逐渐发现渗滤效应对浆液扩散过程的影响，以及砂层中的浆液劈裂扩散模式的广泛存在。基于该发现本申请人创造出了全新的注浆加固理念，形成了本申请的方案。第一次的小压力小范围劈裂注浆有以下作用：一是减小或消除由于钻孔等对周围土体的扰动产生得二次沉降，二是相比一次性使用高压力注浆，小压力注浆便于形成渗滤体3，形成的渗滤体3对砂土进行有效填充，增加了被填充砂土的密度和强度；三是小压力注浆产生的浆脉更均匀且注浆体强度较高；四是小压力注浆产生的劈裂长度有限，从而限制了浆液向远处扩散，节约材料。

如图1所示，第二次注浆采用大注浆压力，由于第一次小压力注浆凝固后的浆液已经对劈裂通道2进行了封堵，且在小压力影响半径外圈以及劈裂通道2的四周形成了渗滤体3，所以此次大压力注入的浆液会在第一次形成的小压力注浆体1内进行渗透，产生压力和挤密效应，而不会向外扩散；总之，先小压力再大压力的注浆方式，在砂土地层中使得两次注入的浆液都大部分留存在了小的影响半径内，即最终要形成桩体的半径范围内，这样不仅大大节约了注浆材料，也使得注入该范围内的浆液变多，使得形成的桩体更加密实，强度和密实度更高，止水性能也更好。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：包括以下施工步骤：步骤1、根据设计间距及位置在待注浆区进行孔位定点，并进行标记；

步骤2、钻注一体机在标记的点位处进行钻孔，同时在拌料桶内进行浆液的配置和搅拌；当钻进一定深度后进行小压力注浆，注入的浆液对钻杆出浆孔周围一定范围内的砂土地层进行劈裂和渗滤；

步骤3、待小压力注浆状态下，注浆速度变慢至无法注入浆液时，停止注浆，钻杆继续钻进，钻进长度小于小压力注浆影响直径，钻杆停止钻进后再次进行小压力注浆；

步骤4、待第一段小压力注入的浆液凝固后，形成小压力注浆体（1）和渗滤体（3）并将劈裂通道（2）封堵，钻杆退至第一段小压力注浆体（1）范围内，进行高压力注浆，注入的浆液对小压力注浆体（1）内的砂土进行进一步渗透填充，形成密实的注浆砂土凝结体；待高压力注浆状态下，注浆速度变慢无法注入浆液时，停止注浆，钻杆继续钻进至下一段浆液已经凝固的小压力注浆体（1）范围内，然后进行高压力注浆；

步骤5、循环步骤3和步骤4，直至将该孔位设计深度范围内的砂土全部完成高压注浆加固，然后拔出注浆管并封孔，此时多个连续的砂土凝结体形成了加固止水桩体；

步骤6、钻机移动至下一个标记好的点位处按照步骤2-5进行钻孔和注浆，直至全部加固完成。

2.根据权利要求1所述的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：步骤4中，高压力注浆时，待注浆压力阀显示压力突然下降时，停止注浆，然后钻杆进行钻进，进行下一段的高压力注浆。

3.根据权利要求2所述的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：步骤4中，高压力注浆时，压力逐步增加，待注浆压力阀显示压力突然下降时，停止注浆。

4.根据权利要求1所述的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：钻杆采用双重芯管，注浆钻头为双浆液混合器，双浆液从双重芯管的不同通道进入钻头后进行混合，然后喷出至砂土地层内。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：小压力注浆中注入的浆液从钻杆的出浆口喷出后的初凝时间小于90s。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：高压力注浆中注入的浆液从钻杆的出浆口喷出后的初凝时间大于90s。

7.根据权利要求1-4任意一项所述的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：小压力注浆的注浆压力为0.15MPa-0.5MPa。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种适用于砂土地层的注浆加固方法，其特征在于：步骤4中高压力注浆的注浆压力不小于0.5MPa。