CN1908318A - 地基加固方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地基加固方法，包括以下步骤：步骤一，设计从施工点至注浆点的钻孔曲线；步骤二，从所述施工点钻一导向孔，使所述导向孔到达所述注浆点；步骤三，建立并连接一贯通所述施工点至所述注浆点的注浆通道；步骤四，通过所述注浆通道，从所述施工点对所述注浆点进行注浆作业。本发明的地基加固方法，由于利用了水平定向钻进技术，并结合特殊设计的注浆钻头、空心短接、实心短接等设备，解决了对水下地基进行加固注浆的技术问题，并获得了低风险、低成本的有益效果。

Description

地基加固方法

技术领域

本发明涉及建筑工程领域，涉及一种地基加固方法，尤其涉及一种对水下地基加固的施工方法。

背景技术

在建筑工程的基建领域，目前对地基加固的方法多种多样，如注浆技术、防渗墙技术、高压喷射注浆技术、深层搅拌法加固技术、振冲法加固技术等，但各种现有技术主要是适用于陆地基础上的建筑地基。

对于水下地基的加固，受施工环境的局限，成熟的施工方法不多，其原因在于，加固方法的选择必须同时满足方案的可施工性、经济性、安全性、环境影响性等多方面因素。当然，总体上采用注浆技术的方案比较多，即把水泥浆准确打到预定土层的下方，待水泥浆凝固后，就可以对预定处的土层起到很好的支撑作用，防止地基的进一步沉降。但在宽阔的水面上如何对水面下的地基，譬如对水下隧道管节下的地基进行加固注浆则是一个巨大难题。现有的技术方案都各有缺陷：

现有技术方案之一，在隧道管节内往江底钻孔注浆。此方案需要关闭隧道，由此肯定造成重大的社会影响和经济损失；同时钻孔会破坏隧道的整体结构，很可能危及整条隧道的安全，难以控制施工风险。

现有技术方案之二，在隧道上方的江面搭建平台，通过水下作业的方法，从外部对管节下方的地基进行加固。该方法施工将影响江面通航，且施工难度大，工程费用高。

因此，设计一种低成本、低风险的施工方法，解决水面下地基的加固，就成为本领域迫切需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本、低风险，适用于水下地基的加固方法。

为实现上述目的，本发明的地基加固方法包括以下步骤：

步骤一，设计从施工点至注浆点的钻孔曲线；

步骤二，从所述施工点钻一导向孔，使所述导向孔到达所述注浆点；

步骤三，建立并连接一贯通所述施工点至所述注浆点的注浆通道；

步骤四，通过所述注浆通道，从所述施工点对所述注浆点进行注浆作业。

较佳地，步骤一中，根据从所述施工点至所述注浆点的具体地层条件、地形特征、地下障碍物位置以及钻杆的入土角度、钻杆允许的曲率半径等参数，计算设定所述钻孔曲线。

较佳地，步骤二中，所述钻导向孔的作业还包括对钻进过程的监测和控制。

较佳地，所述对钻进过程的监测和控制是采用地磁有线控向系统实现的。

较佳地，所述对钻进过程的监测和控制是采用地面信标系统实现的。

较佳地，步骤三中，所述建立注浆通道的作业包括以下操作流程：先将所述钻杆全部抽出，卸下所述钻头，然后换装一直径小于所述导向孔内径的空心钻杆，在所述空心钻杆前面加装一注浆钻头，最后沿所述导向孔将所述空心钻杆及所述注浆钻头下到所述注浆点。

较佳地，所述注浆钻头的四周均匀地开设泥浆喷射口，所述喷射口的尺寸与数量根据所述注浆作业的流量与压力计算选定，所述喷射口的作用是使所述空心钻杆内的泥浆可以借助于所述喷射口注入到所述注浆点中。

较佳地，所述建立注浆通道的作业完成后，所述连接注浆通道的作业包括以下操作流程：先在最后一根空心钻杆头部装一空心短接，所述空心短接预留有一用于与所述注浆泵连通的注浆连接口；然后在所述空心短接另一端加接一实心短接，将所述实心短接与所述施工点的钻机动力头前端连接，使外界的钻机动力头、所述实心短接、所述空心短接、所述空心钻杆依次连接；从而使所述注浆泵、所述注浆连接口、所述空心钻杆及所述注浆钻头连接在一起，形成贯通的所述注浆通道。

较佳地，步骤四中，用于所述注浆作业的水泥浆按一定的浆液配比调制好，通过所述注浆通道，从所述施工点使用注浆泵对所述注浆点进行注浆作业

较佳地，步骤四中，在进行所述注浆操作的同时，借助于所述钻机动力头带动所述空心钻杆进行旋转、推进、后退等操作，得以在所述导向孔中设定的不同段点处进行所述注浆操作。

较佳地，步骤四中，在所述注浆作业结束后，将所述空心钻杆及所述注浆钻头沿所述导向孔从所述注浆点处抽回。

较佳地，步骤二中，在所述钻导向孔作业前，进行试钻操作；所述试钻操作包括以下流程：调试泥浆搅拌系统并检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，检查、调试泥浆泵、泥浆泵压力表等设备工作状态。

较佳地，步骤二中，在所述钻导向孔作业前，进行钻进液配置操作；所述钻进液配置操作包括提前采集水样，进行含盐量PH值的分析检验，检查水样合格后进行钻进液的配制。

较佳地，所述钻进液配置操作完成后，及在所述注浆作业过程中，采用马氏漏斗对钻进液粘度值进行测量，每两小时测一次。

较佳地，步骤四中，所述注浆操作过程中，同步控制注浆量，所述注浆量预先通过所述注浆点的泥浆扩散半径和加固厚度等参数计算得出。

较佳地，步骤四中，所述注浆作业使用注浆泵完成。

本发明的地基加固方法，由于利用了水平定向钻进铺管技术，并结合特殊设计的注浆钻头、空心短接、实心短接等设备，解决了对水下地基进行加固注浆的技术问题，并获得了低风险、低成本的有益效果。

附图说明

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。其中：

图1是本发明一较佳实施例的施工示意图。

具体实施方式

本发明的地基加固方法的关键之处是利用水平定向钻进铺管技术(HDD)实现在水面下定点地基处注浆，以实现加固地基的目的。水平定向钻进铺管技术是一种非开挖施工技术，已经成熟地应用在穿越河流、公路、铁路、建筑物等障碍物铺设各种管线(包括电力电缆、电讯电缆、热力管道、燃气管道、给排水管道等)的施工中。但应用在地基加固领域，特别是对水面下定点地基处注浆加固，需要解决定点钻孔及注浆过程中的技术问题。

以下结合图1所示，详细说明本发明的地基加固方法应用于过江隧道地基加固的一较佳实施例的具体实施步骤。

步骤一，首先，根据施工点的地层条件如土层的标准、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等，以及地基沉降状况，计算选取一个或多个注浆点。本实施例中共选取六个注浆点，并根据选定的各注浆点设定相应的钻孔曲线，图1中仅示出其中一个注浆点1及对应于注浆点1的钻孔曲线。根据水平定向钻领域的一般要求，钻孔曲线的设计应确保对地下设施无干扰或损坏，并符合所采用的水平定向钻机的最小弯曲半径等技术参数。

具体地，钻孔曲线轨迹的设计主要是根据具体的地层条件、地形特征、地下障碍物的位置以及钻杆的入土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力等各参数或因素，并结合工程要求，获得一最佳钻孔曲线。

步骤二，按预定的钻孔曲线钻导向孔2。钻导向孔2的关键是钻机、钻具的选择以及钻进过程中的监测和控制，即根据不同的地质条件以及工程的具体情况，选择合适的钻机、钻具和钻进方法来完成导向孔2的钻进。水平定向钻机的主要功能是为钻杆提供足够大的扭矩和推拉力，以实现导向钻进和回拉。钻孔主要靠钻机产生的推力、旋转扭矩以及所提供的钻液的流量、压力来完成施工。特别是长距离穿越，一方面，由于钻杆自重较重，钻杆与地层之间产生的摩擦阻力较大，因此，必须选取回拉力及扭矩足够大的钻机；另一方面，为了保证工程质量及效率，应尽量避免工程中途停钻，因此需要选择连续运转时间相对较长的钻机，这些都对钻机的选用提出了要求。具体如，在松散的土质地层中施工，可选用普通钻机和可造斜的钻头(一般为鸭嘴板式带射流喷嘴的组合钻头)；在硬岩或含卵砾石的地层中施工，应选用带破岩功能的钻机和钻头。本实施例中，所选用的美国Vermeer公司D80×120钻机符合对钻机的上述要求。

在钻进导向孔2时，钻头的准确定位及变向控制对钻孔轨迹尤为重要。钻进过程中对钻头的监测主要是通过控向系统获取孔底钻头的有关参数。

钻杆是钻具的关键部件，可提供作用在钻头上的推拉力、旋转扭矩、输送钻液等。就钻杆两端内外螺纹部位与杆体的结构而言，钻杆有整体锻造式和焊接式两种，并应符合重量轻、强度高、柔韧性好的要求。钻杆两端的螺纹结构直接影响钻杆间的连接强度、密封性和可拆卸性能。目前，钻杆螺纹主要有API标准扣型、90度牙形角扣型锥扣、不对称尖齿锯齿扣型锥扣、不对称锥扣等。本实施例中，钻杆3采用API标准内部加厚型钻杆，钻头采用″镶齿三牙轮钻头；4.125吋，20呎无磁钻铤1根。

由于本实施例是穿越较开阔的江面进行的，控向人员无法在江面行走进行控向，因此无法使用无线控向系统或半有线控向系统。为确保钻进的精确度，本实施例的控向系统采用美国Sharewell公司的地磁有线控向(MGS)系统，为水平定向钻提供实时信息。MGS系统由五个主要部分组成：一根探棒、司钻显示仪、接口仪、计算机和打印机。探棒装在一套无磁组件中，包括一根无磁钻铤、一根无磁导向短节和一根带喷射型钻具或泥浆马达的钻头的无磁造斜短节。探棒的信号经由控向线传导到地面，经过接口仪处理后传输到司钻显示仪及计算机，提供钻孔控向的实时信息。MGS系统可以间接地、独立地验证钻孔的轨迹，并通过产生直接的有关工具面、方位(水平角度)和倾斜度(垂直角度)的信息，提供准确的位置控制。数据由控向软件在地面进行处理，以提供深度、行程长度和偏离预定轨迹的距离。

优选的做法是，在施工作业带内无外界干扰的情况下，在设备进场前测量放线后完成控向参数的测量。采用在入土点沿中心线多测点取平均值的方法，确定初步控向参数。在不同位置测取10个以上的数据，差别不大时取平均值，差别大时，分析原因后重新测量。实际测量后获得最佳控向参数并记录原始数值。

进一步地，在钻深超过100英尺的情况下，仅靠地磁有线控向(MGS)系统难以获得准确的钻进信息，可以在岸边一段采用地面信标系统(Tru-Truckersystem)进行准确跟踪定位，以保证钻进的精确度达到探棒垂直深度的±2％。

本实施例采用的设备和技术手段，在严格控制钻孔方向以保证钻孔曲线与设计穿越曲线吻合的条件下，钻机将钻杆从江岸穿越至江底，实现钻进导向孔2至过江隧道4下准备加固地基的预定位置(即注浆点1)。

步骤三，建立并连接注浆通道5。

具体地，建立并连接注浆通道5的操作包括以下作业流程，首先将钻杆全部抽出，卸下钻头及无磁钻铤，换装更小直径的空心钻杆3，在空心钻杆3前面加装一注浆钻头31，然后在最后一根空心钻杆3头部装一空心短接32，空心短接32预留一注浆连接口321与外界的注浆泵连通。在空心短接32的另一端加装一实心短接33，实心短接33与钻机动力头6前端连接，从而使钻机动力头6、实心短接33、空心短接32、空心钻杆3依次连接。根据钻孔曲线的不同长度，空心钻杆3可以是多根连接，最后沿原有的导向孔道将空心钻杆3及注浆钻头31下到注浆点1。

再在注浆连接口321上连接外界的注浆泵，使外界的注浆泵、注浆连接口321、空心钻杆3及注浆钻头31连接在一起，形成贯通的注浆通道5。

上述操作中，注浆钻头31具有导向与扶正的作用，以在下空心钻杆3的过程中使空心钻杆3沿着原导向孔2的轨迹行进。另外，在注浆钻头31的四周均匀地开设有泥浆喷射口311，喷射口311的尺寸与数量取决于注浆作业的流量与压力，喷射口311的作用是使空心钻杆3内泥浆可以借助于喷射口311注入到注浆点1中。

空心钻杆3主要是为向注浆点1灌注的水泥浆提供流通通道。

空心短接32的作用是借助于预留的注浆连接口321将外界的注浆泵与空心钻杆3内的水泥浆灌注通道连通。注浆连接口321为灌注水泥浆提供了转换接口，使接口间的连接、转换更方便。

因为钻机动力头6的伸出端为空心杆，设置实心短接33的目的是防止泥浆倒灌进入钻机破坏钻机内的零部件，对钻机起到保护作用。

步骤四，通过注浆通道5对注浆点1注浆。

注浆作业在具体操作上又分为两种，一种是在同一导向孔2的不同段点处设计有一个以上注浆点时，通过钻机动力头6带动正在注浆作业的空心钻杆3进行旋转、推进、后退等作业，使注浆钻头31依次由深往浅停留在导向孔2的不同段点处，依次分别实施对一个以上注浆点的注浆作业，最终实现对多个注浆点上侧的地基注浆加固的技术目的。

另一种具体的注浆操作是，一个导向孔2对应于一个注浆点1，在对一个注浆点注浆作业结束后，将空心钻杆3从导向孔2中抽出，然后根据设定的下一个注浆点的位置调整钻机位置，继续钻下一个对应的导向孔，重复上述注浆过程，直至多个注浆点均完成钻导向孔及注浆操作，最终实现对多个注浆点上侧的地基注浆加固的技术目的。

本发明的地基加固方法，由于利用了水平定向钻进技术，并结合特殊设计的注浆钻头、空心短接、实心短接等设备，解决了对水下地基进行加固注浆作业的技术问题，并获得了低风险、低成本的有益效果。

为获得更佳的技术效果，本发明的地基加固方法还可以根据施工点的具体情况做出进一步改进，具体如：

在钻机进入施工现场前，根据施工现场的实际情况，对钻机场地进行铺设、加固，钻机场地需要平整压实，场地内钻机就位处需要铺设钢管排，在钢管排上铺设钢板，以承载钻机重量。尤佳地，在钻机场地挖设地锚坑固定钻机。将地锚下到地锚坑中，然后将钻机与地锚连接，稳定的地锚可以保证钻机的正常钻进及施工精度。

在钻机正式开钻前试钻，调试泥浆搅拌系统并检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，检查调试泥浆泵、泥浆泵压力表等设备工作是否正常。混合搅拌系统的作用是将水、膨润土、聚合物等按一定比例加入混合仓，而后进行充分搅拌形成钻液。泵送系统是由钻液泵将钻液通过中空钻杆输送至孔底注浆钻头，并与孔中钻屑混合形成泥浆在孔底流动。

最佳地，在钻机开钻前进行钻进液配置操作。提前采集水样，进行含盐量PH值的分析检验，要求含盐量(NaCl)小于1％，含钙量(Ca++)小于120毫克/升，检查水样合格后进行钻进液的配制，另外配制钻进液的水质不能是受到污染的脏水，必须采用干净的水配制钻进液。钻进液是由水、膨润土及各类添加剂(包括：滤饼剂、增粘剂、润滑剂、护壁剂、堵漏剂等)组成，钻进液粘度应根据地质情况和管径大小确定，钻进液粘度宜用马氏漏斗测量，每两小时测一次。

尤佳地，在开钻前，在钻机场地开挖一个泥浆池，用于返回泥浆的回收与储存。在钻进导向孔及灌注泥浆的过程中，必然会产生废弃的泥浆。回收泥浆，经再生处理后反复循环使用，既节省资源又实现环保。

在注浆操作中，尤佳地，根据每个注浆点的泥浆扩散半径和加固厚度预先计算出适当的注浆量，以获得最佳的加固效果。

综上所述，本说明书中所述的只是本发明的几种较佳具体实施例。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的权利要求保护范围内。

Claims (16)

1、一种地基加固方法，包括以下步骤：

步骤一，设计从施工点至注浆点的钻孔曲线；

步骤二，从所述施工点钻一导向孔，使所述导向孔到达所述注浆点；

步骤三，建立并连接一贯通所述施工点至所述注浆点的注浆通道；

步骤四，通过所述注浆通道，从所述施工点对所述注浆点进行注浆作业。

2、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤一中，根据从所述施工点至所述注浆点的具体地层条件、地形特征、地下障碍物位置以及钻杆的入土角度、钻杆允许的曲率半径等参数，计算设定所述钻孔曲线。

3、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤二中，所述钻导向孔的作业还包括对钻进过程的监测和控制。

4、如权利要求3所述的地基加固方法，其特征在于：所述对钻进过程的监测和控制是采用地磁有线控向系统实现的。

5、如权利要求3所述的地基加固方法，其特征在于：所述对钻进过程的监测和控制是采用地面信标系统实现的。

6、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤三中，所述建立注浆通道的作业包括以下操作流程：先将所述钻杆全部抽出，卸下所述钻头，然后换装一直径小于所述导向孔内径的空心钻杆，在所述空心钻杆前面加装一注浆钻头，最后沿所述导向孔将所述空心钻杆及所述注浆钻头下到所述注浆点。

7、如权利要求6所述的地基加固方法，其特征在于：所述注浆钻头的四周均匀地开设泥浆喷射口，所述喷射口的尺寸与数量根据所述注浆作业的流量与压力计算选定，所述喷射口的作用是使所述空心钻杆内的泥浆可以借助于所述喷射口注入到所述注浆点中。

8、如权利要求6所述的地基加固方法，其特征在于：所述建立注浆通道的作业完成后，所述连接注浆通道的作业包括以下操作流程：先在最后一根空心钻杆头部装一空心短接，所述空心短接预留有一用于与外界的注浆泵连通的注浆连接口；然后在所述空心短接另一端加接一实心短接，将所述实心短接与所述施工点的钻机动力头前端连接，使所述钻机动力头、所述实心短接、所述空心短接、所述空心钻杆依次连接；从而使所述注浆泵、所述注浆连接口、所述空心钻杆及所述注浆钻头连接在一起，形成贯通的所述注浆通道。

9、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤四中，用于所述注浆作业的水泥浆按一定的浆液配比调制好，通过所述注浆通道，从所述施工点使用注浆泵对所述注浆点进行注浆作业。

10、如权利要求8所述的地基加固方法，其特征在于：步骤四中，在进行所述注浆操作的同时，借助于所述钻机动力头带动所述空心钻杆进行旋转、推进、后退等操作，得以在所述导向孔中设定的不同段点处进行所述注浆操作。

11、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤四中，在所述注浆作业结束后，将所述空心钻杆及所述注浆钻头沿所述导向孔从所述注浆点处抽回。

12、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤二中，在所述钻导向孔作业前，进行试钻操作；所述试钻操作包括以下流程：调试泥浆搅拌系统并检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，检查、调试泥浆泵、泥浆泵压力表等设备工作状态。

13、如权利要求1或12所述的地基加固方法，其特征在于：步骤二中，在所述钻导向孔作业前，进行钻进液配置操作；所述钻进液配置操作包括提前采集水样，进行含盐量PH值的分析检验，检查水样合格后进行钻进液的配制。

14、如权利要求13所述的地基加固方法，其特征在于：所述钻进液配置操作完成后，及在所述注浆作业过程中，采用马氏漏斗对钻进液粘度值进行测量，每两小时测一次。

15、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤四中，所述注浆作业过程中，同步控制注浆量，所述注浆量预先通过所述注浆点的泥浆扩散半径和加固厚度等参数计算得出。

16、如权利要求1所述的地基加固方法，其特征在于：步骤四中，所述注浆作业使用注浆泵完成。