多通道钻喷一体化喷射注浆施工方法与流程

本发明涉及岩土工程领域，具体而言，涉及复杂地层条件下的粉体高压喷射注浆加固处理及止水处理领域。

背景技术：

传统的旋喷注浆法需要预引孔之后，再下放钻杆旋喷加固；在遇到孤石、填石、砂卵层、碎裂岩等复杂地质条件时存在着难以成孔下钻以及冲切拌合不理想等缺点；由于采用浆液形式输送固化剂，形成的水泥土固结体含水量较大(通常水灰比≥2.0)。相同水泥含量的条件下，其固结体的水泥土强度较低；在饱水砂层的固结过程中水泥土(砂浆)易离析，形成竖向不连续的(饼状)固结体，严重影响止水效果，同时施工时出现大量冒浆污染现场环境。

技术实现要素：

本发明提供了一种多通道钻喷一体化喷射注浆施工方法，以至少解决相关技术中固结体的水泥土强度较低；在饱水砂层的固结过程中水泥土易离析，形成竖向不连续的固结体，严重影响止水效果，同时施工时出现大量冒浆污染现场环境的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种多通道钻喷一体化喷射注浆施工方法，包括：采用中压清水切割钻进土质地层，并在遇到复杂地层时启用气动潜孔冲击钻进成孔；在到达设计要求深度后旋转提升钻头，通过喷射的高压射流水径向切割土体并裹挟喷射出的气粉混合固化剂，经充分拌合凝固后形成水泥固化桩体。

可选地，采用中压清水切割钻进土质底层，并在遇到复杂地层时启用气动潜孔冲击钻进成孔包括：钻机就位后，采用钻进系统中压清水冲切钻进土质地层，遇有孤石、填石、砂卵层或者碎裂岩的复杂地层时启用钻进系统冲击钻进成孔至设计要求深度。

可选地，在到达设计要求深度后旋转提升钻头，通过喷射的高压射流水径向切割土体并裹挟喷射出的气粉混合固化剂，经充分拌合凝固后形成水泥固化桩体包括：到达设计要求深度后，旋转提升钻杆，并启动喷射系统进行旋喷加固施工；通过水龙头、钻杆输送高压水、压缩空气、气粉混合固化剂进行粉体喷射注浆施工，高压水经喷嘴形成径向高压射流水切割土体并裹挟拌合由粉喷嘴喷出的气粉混合固化剂，待其凝固后形成水泥固化桩体。

可选地，将所述方法中的所述高压水替换为高压水泥浆。

可选地，所述水龙头为六通道水龙头，所述钻杆为六通道多重管钻杆；所述水龙头和所述钻杆输送的介质包括以下至少之一：钻进水、气动潜孔锤进气、气粉混合固化剂、气动潜孔锤回气、压缩空气、高压射流水。

可选地，在到达设计要求深度后旋转提升钻头，通过喷射的高压射流水径向切割土体并裹挟喷射出的气粉混合固化剂，经充分拌合凝固后形成水泥固化桩体之后，所述方法还包括：钻杆进行廻转作业和提升作业，待喷射系统到达设计加固顶标高位置时，停止高压水和气粉混合固化剂的输送，但继续输送压缩空气；提起钻杆和钻头到地面，该桩体施工完成，停止输送压缩空气。

可选地，廻转作业的廻转速度为8～25r/min，提升作业的提升速度为6～25cm/min，高压射流水压力为20～40MPa，粉喷嘴的喷粉量为30～100kg/min，水泥固化桩体的桩长为10～30m，压缩空气的压力为0.5～1.5MPa。

可选地，所述钻进系统为根据地层需要选用的中压清水钻进装置及气动潜孔钻进装置的复合体。

可选地，所述气粉混合固化剂包括：水泥灰粉、生石灰粉。

可选地，所述水泥固化桩体的截面为以下之一：圆形、扇形、半圆形。

通过本发明，采用中压清水切割钻进土质地层，并在遇到复杂地层时启用气动潜孔冲击钻进成孔；在到达设计要求深度后旋转提升钻头，通过喷射的高压射流水径向切割土体并裹挟喷射出的气粉混合固化剂，经充分拌合凝固后形成水泥固化桩体的方式，解决了相关技术中固结体的水泥土强度较低；在饱水砂层的固结过程中水泥土易离析，形成竖向不连续的固结体，严重影响止水效果，同时施工时出现大量冒浆污染现场环境的问题，有效的克服了水泥土强度低、水泥浆液易离析、地下注水量多造成冒浆量大现场污染严重等缺点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的多通道多介质钻喷一体化喷射注浆施工方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的多通道多介质钻喷一体化喷射注浆施工系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的钻进过程的示意图；

图4式根据本发明实施例的喷射过程的示意图；

图5是根据本发明实施例的钻机的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例为了解决上述相关技术工艺存在的缺点与不足，提供了一种复杂地层多通道多介质钻喷一体化喷射注浆施工方法，图1是根据本发明实施例的多通道多介质钻喷一体化喷射注浆施工方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：

步骤S1：钻机6就位后，采用中压清水22冲切钻进土质地层，遇有孤石、填石、砂卵层、碎裂岩等复杂地层时启用气动潜孔锤冲击钻进成孔至设计要求深度；

步骤S2：喷射系统3到达设计要求深度后，旋转提升钻杆4，并启动喷射系统3进行旋喷加固施工；

步骤S3：通过水龙头5、钻杆4输送高压水55、压缩空气52、气粉混合固化剂进行粉体喷射注浆施工，高压水经喷嘴形成径向水射流32切割土体并裹挟拌合由粉喷嘴喷出的气粉混合固化剂，待其凝固后形成水泥固化桩体；

步骤S4：钻杆4进行廻转和提升作业，待喷射系统3到达设计加固顶标高位置时，停止高压水32和气粉混合固化剂的输送，但不得中断压缩空气33的输送；

步骤S5：提起钻杆4和钻头到地面，该桩体施工完成，停止输送压缩空气33；

步骤S6：若还有需要施工的桩位，移动钻机到下一个桩位重复上述步骤S1～步骤S5。

本发明实施例采用上述技术方案，将岩土工程领域的高压喷射注浆方法与钻探工程领域的气动潜孔锤钻进方法相结合而又不同于三者的一种新型软土加固或地下止水防渗的施工方法。其技术原理是采用中压清水22切割钻进土体地层，在遇到孤石、填石或砂卵层等复杂地层时启用潜孔锤冲击钻进成孔，在到达设计要求深度后旋转提升钻杆4，通过喷射的高压射流水32径向切割土体并裹挟喷射出的气粉混合固化剂，经充分拌合凝固后形成水泥固化桩体1。

由于采用了具有气动潜孔锤的钻机，使得在遇到孤石、填石、砂卵层、碎裂岩等复杂地层时可以启动气动潜孔锤冲击钻进成孔，从而不再需要预引孔就能一次性钻进成孔至设计要求深度，解决了旋喷桩及搅拌桩方法需要预引孔的技术限制，能实现各种地质条件下的钻进及喷射一体化施工，尤其对分布有孤石、填石、砂卵层、碎裂岩等复杂地层技术优势明显，打破了相关技术中预引孔困难及加固效果不理想等技术难题。

不同于高压喷射注浆方法采用固化剂浆液来加固土体的，该方法采用气粉混合物形式输送固化剂，有效降低了加固体的含水量，消除了饱水地层中加固体离析的现象，从而形成连续、完整、止水效果好的加固体；在软弱土层降低加固体的含水量能提高其承载力；同时可减少单位加固体造成的泥浆污染和冒浆体产生的水泥浪费，有利于环保。

该方法可用于建筑物地基加固、既有建筑物地基加固、深基坑地下工程支挡、筑造地下防水帷幕、防止砂土液化、增大土的摩擦力和粘聚力以及防止坝基冲刷等地基加固工程。

为了使本发明实施例的描述更加清楚，下面结合优选实施例进行描述和说明。

本方法采用的设备构成见图2，其中各标记表示如下：水泥固化桩体1、钻进系统2、喷射系统3、钻杆4、水龙头5、台车6、水泵7、储灰罐8、供料器9、水泥罐10、空压机11、潜孔锤进气12、压缩空气13、气粉混合固化剂14、高压射流水15、中压钻进清水16等。

结合图3～图5，本方法工艺步骤包括如下过程：

钻进过程：钻机6就位，提升钻杆4，将钻进系统2对准桩位，启动水泵7输送清水至钻头底部，通过喷嘴形成中压清水射流22，冲切土体钻进成孔；遇到孤石、填石、砂卵石等复杂地层时，关闭清水射流，启动潜孔锤，通过水龙头潜孔锤进气通道52、回气通道54形成闭式循环冲击钻进，直至保证喷射系统3达到设计要求深度。

喷射过程：向水泥罐10中加入适量粉体固化剂，启动空压机11利用压缩空气将粉体固化剂输送到储灰罐8中备用；钻进至设计要求深度后，先启动水泵7通过喷嘴形成高压水射流32，并辅以喷嘴33形成的环状压缩空气保护射流，对径向土体进行切割破碎；随后启动供料器9输送气粉混合固化剂到加固拌合范围内；缓慢旋转提升钻杆4，保证喷射系统3螺旋上升，对周边土体进行环状切割搅拌，高压水射流32通过负压卷吸、回流混合及射流冲搅等作用使固化剂与周边土体形成均匀的水泥固化桩体1。

根据设计要求钻杆4按合适的速度进行迴转和提升作业，待喷射系统3到达设计加固顶标高位置时，停止高压水32和气粉混合固化剂的输送，但不得中断压缩空气33的输送，以防泥浆堵塞喷嘴；提升全部钻喷系统到地面后，停止压缩空气33的输送；移动台车6到下一个桩位重复上述施工步骤。

较优地，钻杆4廻转速度为8～25r/min，提升速度为6～25cm/min，高压水射流压力为20～40MPa，喷粉量为30～100kg/min，固化桩体桩长为10～30m，压缩空气压力为0.5～1.5MPa。

较优地，上述水龙头5为六通道水龙头，钻杆4为六通道多重管钻杆，所输送的介质包括：钻进水51、气动潜孔锤进气52(21)、气粉水泥粉混合物53、气动潜孔锤回气54(23)、压缩空气55、高压射流水56。

喷射系统3包括：高压射流水32、环状压缩空气33、气粉混合固化剂。

气粉混合固化剂包括但不限于：水泥灰粉、生石灰粉及其它对土体有固化作用的粉剂。

水泥固化桩体截面包括以下之一的形状：圆形、扇形、半圆形及其它平面几何形状。

在本发明实施例中的高压水22可改为喷射高压水泥浆，以进行土体加固。

本发明实施例和优选实施例的创新点在于引进中压清水钻进及气动潜孔锤钻进技术实现了自主钻进成孔；采用气粉混合物形式输送固化剂，极大的降低了水灰比，有效的克服了水泥土强度低、水泥浆液易离析、地下注水量多造成冒浆量大现场污染严重等缺点；高压射流水对径向土体的冲切拌合保证了加固体的直径及土体均匀等问题。

本发明的上述实施例和优选实施例，具有下列优点：

1、解决了传统喷射注浆法需要预引孔的技术限制，实现钻喷一体化；

2、气动潜孔锤钻进技术对孤石、填石等复杂地层适应性强，能有效解决复杂地层的钻进成孔问题；

3、采用气粉混合物形式输送水泥固化剂，极大的降低了加固体的水灰比，有效的克服了水泥土强度低、水泥浆液易离析、地下注水量多造成冒浆量大现场污染严重等缺点；

4、高压射流水对径向土体的冲切拌合保证了加固体的直径及土体均匀等问题；

5、提供了一种新型的地基处理施工方法，有效增大了加固范围，同时降低了加固体的含水量；

6、由于加固体含水量的降低能提高加固体的承载能力，减少单位加固体造成的泥浆污染和冒浆体的水泥浪费，从而降低工程造价，有利于节能和绿色环保。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。