专利名称：重复自适应注浆系统及施工方法
技术领域：
本发明涉及一种地基处理注浆技术，特别涉及一种重复自适应注浆系统及其施工方法。
背景技术：
在土木工程领域中，地基处理的支护体系中重复劈裂注浆技术应用广泛，当锚杆锚固段穿越软弱土层及岩层情况时，由于岩土层抗剪强度低，含水率较高，所能提供的锚固体-土体侧摩阻力也较低，因此造成锚杆抗拉承载力较低，同时由于软弱岩土体蠕变变形较大，造成锚杆变形也较大，从而危及整个锚固体系的安全性。为了良好的处理这些不利情况，二次或多次劈裂灌浆工艺广泛应用，以加固锚固体周围一定范围内的岩土体，提高锚杆周围岩土体抗剪强度，减少岩土体蠕变变形、提高锚杆承载力，从而减小锚杆变形增加整个锚固结构安全性。目前常用的有代表性装置有多管简易二次劈裂灌浆工法以及袖阀管可重复劈裂灌浆工法等，这些二次劈裂工法存在一定的不足1)当采用多管简易二次劈裂灌浆工艺时，需要根据分段灌浆数量在锚杆孔内安装长度不一的多根注浆管。此工艺虽然操作简单、分段注浆质量较为可靠，但缺点是锚孔直径一般为130 180mm，为确保锚杆锚固段截面一定有效截面积，则一般无法安装超过2根的注浆管，仅能进行2段注浆，否则将对锚杆锚固体有效截面积损失过大、影响锚杆承载力。2)当采用袖阀管进行分段式注浆时，按照其构造可进行多段式注浆，但袖阀管管径较大，一般大于50mm，较小锚杆孔孔径时易造成锚杆锚固体有效截面积损失影响锚杆承载力情况。同时袖阀管工艺成本较高，操作程序较为繁杂且存在一定难度。3)多管简易劈裂注浆工艺不具备可重复功能，仅可进行二次劈裂注浆。当前锚杆劈裂注浆工艺工艺及装置在应对可重复(二次或多次)及分段劈裂注浆需要时无法对锚杆完成高质量的劈裂注浆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可重复、精确分段定位、可根据土层需要调节压力实现高压或超高压注浆劈裂系统及其施工方法，针对锚杆在软弱土层及岩层等复杂情况下， 本系统具备可重复、分段、不同压力注浆，并且针对不同土层状况精确注浆劈裂增加锚固体周围土体，达到有效的提高锚杆承载力、降低锚杆变形的目的。其解决问题的技术方案是采用可调节压力注浆泵、带有可重复、分段分级压力开启注浆阀门的注浆管及清洗装置组成的重复自适应注浆系统及其施工方法完成精确分段重复劈裂注浆。其具体技术方案是本发明的重复自适应注浆系统，其系统包括锚孔、锚索、劈裂注浆管，清洗泵，可调压注浆泵组成一个开路或闭路系统，所述在劈裂注浆管采用柔性或刚性管材料制作，劈裂
4注浆管的长度根据设计要求确定，劈裂注浆管的两端设置注浆注浆阀门和清洗阀门，劈裂注浆管可采用多段连接中间设置U型管，U型管形状可以是直线或者曲线，劈裂注浆管在U 型管处折回形成长U型，也可根据设计要求确定劈裂注浆管可采用一段空管中间折回成U 型，劈裂注浆管及连接的U型管上相应位置注浆口，注浆口上设置压力开启注浆阀门。本发明的重复自适应注浆系统，其中所述劈裂注浆管选用的材料根据最高注浆压力确定，其外径、内径及注浆口尺寸根据锚孔尺寸确定，其数学表达式为注浆管外径D1D1 = α · D其中，D1为注浆管外径α = 0. 08 0. 25，根据设计选择D为锚孔直径注浆管内径Cl1(I1 = β · D1其中，Cl1为注浆管内径β = 0. 7 0. 95，根据设计选择D1为注浆管外径注浆口直径D2D2 = Y · Cl1其中，D2为注浆口直径α = 0. 2 0. 85，根据设计选择d为注浆管本发明的重复自适应注浆系统，其中所述压力开启注浆阀门由弹塑性材料一次成型由阀门固定圈，固定在注浆口上，通过压力开启柔性注浆口形成的类单向阀实现压力注浆。本发明的重复自适应注浆系统，其中所述压力开启注浆阀门，可有刚性材料制成的机构组成的单向阀，单向开启阀门通过铰链与阀门基座，采用强力弹簧将单向开启阀门压在注浆管口上，通过阀门固定圈将阀门机构固定在注浆管上。本发明的重复自适应注浆系统，其中所述压力开启注浆阀门，可由半刚性机构组成的类单向阀，单向开启阀由基座、弹力元件、阀头及弹力调节螺母组成，弹力元件由弹簧或弹性橡胶等材料制成，阀头可以是球形或柱形，通过弹力调节螺母控制弹力元件的压缩量调节弹性，基座与注浆管采用螺纹连接或快速接头连接。本发明的重复自适应注浆施工方法，包括以下步骤1)根据设计安装重复自适应劈裂注浆管，并将注浆管与锚杆固定；2)成孔；3)安装锚索，并注浆；4)制备二次劈裂压浆材料，材料包括水泥浆液等；5)待一次注浆材料凝结达到一定硬度，进行二次劈裂注浆，将注浆管一段阀门开启并与注浆泵连接，通过调节注浆压力开启设定位置的注浆阀门完成一次注浆劈裂过程；6)开启注浆管两端阀门，同时启动清洗泵，对注浆管清洗；
7)重复进行幻和6)最终完成分段分压二次劈裂注浆过程；8)劈裂注浆完毕，封管。所述方法还包括在所述步骤1)制成的重复自适应劈裂注浆管可以使用一组或多组，也可以固定在钢筋笼、钢筋及微型桩花管，用于二次劈裂成桩本发明的重复自适应注浆施工方法，其中所述步骤幻中成孔方式可采用机械干成孔和压力流体切割湿成孔，所述步骤幻中注浆材料凝结程度根据所适用一次注浆材料及相关设计要求选择，所述步骤幻的二次劈裂注浆压力根据地质条件选择，一般采用1 8Mpa，也可采用超高压8 45Mpa。本发明的重复自适应注浆系统及施工方法，与现有技术相比，本发明具有以下几项优点1.分段式劈裂注浆锚固体穿越的各层岩土体性质不尽相同，本系统根据所穿越各层岩土体不同性质按照不同注浆参数精确进行分段式劈裂注浆，获得最佳的二次或多次劈裂效果。并且在沿锚固体长度范围内多个位置设置劈裂注浆出浆口，实现精确定位多段式注浆方法。2.分级压劈裂注浆本系统使用不同压力注浆，注浆压力可进行2 55Mpa调节，对每个劈裂位置根据土层情况调节不同压力劈裂注浆，有效增大灌浆浆液对锚固体周围岩土体的加固范围，达到沿锚固体全长加固的目的。3.可重复劈裂注浆本系统劈裂注浆管带有类单向阀设计，在注浆后对注浆管清洗，可利用该注浆阀门再次注浆，重复多次直至达到设计要求。由于本发明重复自适应注浆系统及施工方法，在完成锚杆成孔注浆后，通过二次劈裂注浆泵注浆，调节注浆压力自动开启设计位置的注浆阀门，对锚杆设计位置进行精确注浆。采用本劈裂注浆装置及工法，同时实现可重复、多段式、不同压力注浆功能。具备制作简单、操作简便，成本低廉等特点，适用范围广泛，基本适用于所有有此类需要的多种类型锚杆。下面结合附图及实施例详述本发明。
图1为本发明的重复自适应注浆施工方法流程图；图2为本发明的重复自适应注浆系统示意图；图3为柔性压力开启注浆阀结构图；图4为刚性压力开启注浆阀结构图；图5为另一种刚性压力开启注浆阀结构图。
具体实施例方式一种重复自适应注浆系统及施工过程具体实施方式
，基本步骤如下1.如图1、2、3所示，采用两根19m普通外径22mm内径18mm镀锌管作为劈裂注浆管，注浆管两端套口处理，并从一端开始每隔％设置注浆口，注浆口直径为8mm，注浆口上设置柔性压力开启阀并用用压环固定，柔性压力开启阀门最大孔径为4mm，采用相同30mm 注浆管用弯管机制成U型，U型直径为60mm，并在U型底部设置直径8mm注浆口，安装柔性压力开启阀，将U型管与两段注浆管分别连接，形成一根长U型管，并保持注浆管直管段间距大于60mm，在U管开放段分别安装两个阀门，分别用于压力注浆和清洗注浆管，注浆管制作完成后与锚索固定好，注浆劈裂系统制作完毕。2.在基坑中设计位置采用锚杆钻机打设锚孔，锚孔长度为18. 5m。3.成孔完毕后，放置已制作完成的锚索，并进行一次注浆4.配置二次劈裂注浆材料，采用水灰比0. 5制备水泥浆。5.待一次注浆材料凝结达到一定硬度，进行二次劈裂注浆，首先将注浆管两端阀门与调压泥浆泵和清洗泵连接，然后关闭清洗阀门开启注浆阀门，开启调压注浆泵以稳定泥浆压力注浆，泥浆压力为2MPa，泥浆压力开启设定位置的注浆阀门完成一次注浆劈裂过程，注浆量为0.5方。6.关闭调压注浆泵，，开启清洗阀门及注浆阀门，形成清洗回路，启动清洗泵，用常压清水，清洗注浆管，废水经过注浆阀门排除，至水变清后停止。7.放置0. 5 1小时进行重复注浆，重复3次进行幻和6)最终完成分段分压二次劈裂注浆过程。8.进行多次重复劈裂注浆后达到设计要求，向注浆管最终注浆，浆液充满注浆管后，关闭注浆阀门及清洗阀门，劈裂注浆完成。由于本发明重复分段级压劈裂注浆工法及劈裂注浆系统，在完成锚杆成孔注浆后，通过二次劈裂注浆泵注浆，调节注浆压力自动开启设计位置的注浆阀门，对锚杆设计位置进行精确注浆。采用本劈裂注浆装背及工法，同时实现可重复、多段式、不同压力注浆功能。具备制作简单、操作简便，成本低廉等特点，适用范围广泛，基本适用于所有有此类需要的多种类型锚杆。上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中的工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围内，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求。
权利要求
1.重复自适应注浆系统，其特征在于注浆系统包括锚孔(1)、锚索O)、劈裂注浆管 (3)，清洗泵G)，可调压注浆泵( 组成一个开路或闭路系统，其特征在于所述在劈裂注浆管(3)采用柔性或刚性管材料制作，劈裂注浆管C3)的长度根据设计要求确定，劈裂注浆管 (3)的两端设置注浆注浆阀门(6)和清洗阀门(7)，劈裂注浆管C3)可采用多段连接中间设置U型管(8)，U型管(8)形状可以是直线或者曲线，劈裂注浆管C3)在U型管(9)处折回形成长U型，也可根据设计要求确定劈裂注浆管C3)可采用一段空管中间折回成U型，劈裂注浆管C3)及连接的U型管(9)上相应位置注浆口(10)，注浆口(10)上设置压力开启注浆阀门(U)。
2.如专利要求1所述劈裂注浆管(3)，其特征是材料选取根据最高注浆压力确定，其外径、内径及注浆口(10)尺寸根据锚孔尺寸确定，其数学表达式为注浆管外径D1 D1 = α . D其中，D1为注浆管外径 α = 0. 08 0. 25，根据设计选择 D为锚孔直径注浆管内径Cl1Cl1 = β · D1其中，Cl1为注浆管内径 β =0.7 0.95，根据设计选择 D1为注浆管外径注浆口直径D2 D2 = Y · Cl1 其中，D2为注浆口直径 α =0.2 0.85，根据设计选择 d为注浆管
3.如权利要求1所述的压力开启注浆阀门(11)，其特征是由弹塑性材料一次成型由阀门固定圈(12)固定在注浆口(10)上，通过压力开启柔性注浆口(13)形成的类单向阀实现压力注浆。
4.如权利要求1所述的压力开启注浆阀门(11)，可有刚性材料制成的机构组成的单向阀，其特征是单向开启阀门(14)通过铰链(15)与阀门基座(16)，采用强力弹簧(17)将单向开启阀门(14)压在注浆管口(6)上，通过阀门固定圈(12)将阀门机构固定在注浆管上。
5.如权利要求1所述的压力开启注浆阀门(11)，可由半刚性机构组成的类单向阀，其特征是由基座(19)、弹力元件(19)、阀头00)及弹力调节螺母组成，弹力元件(19) 由弹簧或弹性橡胶等材料制成，阀头00)可以是球形或柱形，通过弹力调节螺母控制弹力元件(19)的压缩量调节弹性，基座(19)上设置注浆口(22)，基座(19)与注浆管采用螺纹连接或快速接头连接。
6.重复自适应注浆施工方法，其特征在于包括以下步骤1)根据设计安装重复自适应劈裂注浆管，并将注浆管与锚杆固定；2)成孔；3)安装锚索，并注浆；4)制备二次劈裂压浆材料，材料包括水泥浆液等；5)待一次注浆材料凝结达到一定硬度，进行二次劈裂注浆，将注浆管一段阀门开启并与注浆泵连接，通过调节注浆压力开启设定位置的注浆阀门完成一次注浆劈裂过程；6)开启注浆管两端阀门，同时启动清洗泵，对注浆管清洗；7)重复进行幻和6)最终完成分段分压二次劈裂注浆过程；8)劈裂注浆完毕，封管。所述方法还包括在所述步骤1)制成的重复自适应劈裂注浆管可以使用一组或多组， 也可以固定在钢筋笼、钢筋及微型桩花管，用于二次劈裂成桩.
7.如权利要求6所述的重复自适应注浆施工方法，其特征是所述步骤幻中成孔方式可采用排土或非排土机械干成孔和压力流体切割湿成孔，所述步骤幻中注浆材料凝结程度根据所适用一次注浆材料及相关设计要求选择，所述步骤幻的二次劈裂注浆压力根据地质条件选择，一般采用1 8Mpa，也可采用超高压8 45Mpa。
全文摘要
一种重复自适应注浆系统及其施工方法，此注浆系统包括带有压力开启类单向阀的注浆管、可调压力注浆泵、清洗泵及锚孔组成的开路或闭路注浆系统，对完成锚杆成孔注浆的锚杆重复分段调压二次劈裂注浆。通过调节压力注浆泵改变劈裂注浆压力开启注浆管上不同位置上的注浆阀门，完成特定位置的劈裂注浆，然后用清洗泵清洗注浆管，重复调节压力注浆泵用不同压力开启不同位置上的注浆阀门再次劈裂注浆，重复多次该过程完成多次注浆劈裂设计要求。应用系统及其工法最终实现对锚杆多次分段分级压注浆劈裂，增大锚杆侧摩阻力，提高锚杆载荷承载力，减小锚杆变形，从而有效处理软弱土层及岩层的加固，有效增强整个锚固体系。
文档编号E02D3/12GK102268868SQ20101018968
公开日2011年12月7日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者张慧乐, 张智浩, 李虎, 杨松, 赵琰飞, 韩晓猛, 马凛 申请人:中冶建筑研究总院有限公司, 中国京冶工程技术有限公司