专利名称：一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及地基基础加固与防渗处理灌浆领域，具体为一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，主要是适用于对结构松散、软弱等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理，可广泛用于水电、市政、铁道与公路桥梁、港口、机场等领域对松散、软弱等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理。
背景技术：
我国在建的托口水电站河湾地块白垩系红层底部分布有巨厚层钙质砾岩(K1—1)，大多呈全 强风化状，碎块、砂砾复合结构，软硬疏密不均，透水率10-50LU中等透水，属IV V类岩体。中国专利申请CN102535472A公开了一种孔管封填、高压冲挤灌浆的方法，该灌浆方法分为两步，先采用钻机钻孔、然后由孔底采用自下而上的灌浆方法进行灌浆；在
托口水电站河湾地块灌浆研究表明，受白垩系红层特别是底部风化砾岩层结构性状制约，采用常规的灌浆系统普遍存在如下问题
1、成孔钻进极易(崩)分解成沙砾，钻孔孔壁很不稳定；
2、孔口封闭灌浆局部容易产生劈裂难以起压；
3、灌浆易出现“水平夹饼”无效灌注问题突出；
4、常规的帷幕布孔结构难以建造合格的帷幕。为解决上述一系列问题，前期由业主牵头，设计、院校、施工联合参入专门进行了《高压脉动劈裂挤密灌浆及其在托口河湾地块应用研究》工作，并推出本发明的“自下而上、浆体封闭、高压脉动”新型灌浆系统。
发明内容
针对我国在建的托口水电站河湾地块白垩系红层防渗灌浆地层特性，本发明旨在提供一种钻灌一体、自上而下、高压冲击灌浆系统，该灌浆系统将钻孔、灌浆、护壁有合为一体，钻灌时采用灌浆液作为冲洗液，钻头上部安装单向接头和螺旋接头组成螺旋密封高压冲挤灌浆头，通过螺旋密封高压冲挤灌浆头螺旋密封作用与单缸单作用往复式柱塞灌浆泵脉冲效应，实现全孔段钻灌一体，自上而下连续高压冲挤灌浆，灌浆液同时兼顾孔内排渣与孔壁保护。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特点是，包括钻机，通过钻杆连接在钻机立轴上的用于自上而下钻孔与灌浆的高压冲挤灌浆头；所述钻机立轴钻杆上部的水龙头通过钻灌进浆管与一灌浆泵相连；在钻孔的孔口位置设置有孔口回浆收集、沉降装置，该孔口回浆收集、沉降装置内沉淀处理后的回浆由泥浆泵通过钻灌回浆管送入灌浆储浆桶。将回浆送入灌浆储浆桶后，对回浆进行搅拌与浆液性能调整后再循环使用。以下为本发明的进一步改进的技术方案为了提高灌浆液的利用率，在钻灌孔口安装有孔口回浆收集、沉淀装置，所述灌浆储浆桶与所述灌浆泵相连，沉淀处理后回浆采用泥浆泵转抽至灌浆储浆桶搅拌与浆液性能调整后进行循环使用。根据本发明的实施例，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头的结构为，包括螺旋接头，连接在螺旋接头下端的单向接头，连接在单向接头底端的全断面钻头；所述单向接头为一种单向下进上出结构，该单向接头内设有自动控制高压冲挤浆体单向冲挤灌入地层的单向阀球；所述螺旋接头表面开有螺旋槽。当然，本发明还可以采用另一种结构形式，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头的结构为，包括螺旋接头，连接在螺旋接头上端的单向接头，连接在螺旋接头底端的全断面钻头；所述单向接头为一种单向下进上出结构，该单向接头内设有自动控制高压冲挤浆体单向冲挤灌入地层的单向阀球；所述螺旋接头表面开有螺旋槽。根据地层送软情况，所述螺旋接头的螺旋外径优选比所述全断面钻头的外径大
2-8_，以确保螺旋密封效果与灌浆起压。上述螺旋槽优选为左旋螺旋槽，当钻杆旋转时，螺旋槽可以起到类似于螺杆泵的作用，增强灌浆冲挤压力。所述螺旋接头优选采用65Mn弹簧钢或40Cr合金结构钢，表面淬火，HRC=45_55。所述灌浆泵优选为单杠单作用往复式柱塞灌浆泵。本发明公开的一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，是继孔管封填，高压冲挤灌浆工艺配套的系统之后再一次提出的一种全新灌浆工法对应的系统。本系统把钻孔、灌浆、护壁合为一体，钻孔时采用灌浆液作为冲洗液，钻头上部安装螺旋密封接头与单向接头组成螺旋密封高压冲挤灌浆头，配合单缸单作用往复式柱塞灌浆泵脉冲拥挤效应产生灌浆冲挤压力，实现钻灌一体，自上而下对地层进行高压冲挤灌浆，灌浆液同时兼顾排渣与钻孔护壁，钻灌与护孔结合，工艺操作较孔管封填，高压冲挤灌浆工艺更为简便，特别是对于灌浆钻孔成孔困难的情况下，功效更高，质量有保证。与现有技术相比，本发明的有益效果是本发明将钻孔、灌浆、护壁合为一体，钻灌时采用灌浆液作为冲洗液，通过螺旋密封高压冲挤灌浆头螺旋密封作用与单缸单作用往复式柱塞灌浆泵脉冲效应，实现全孔段钻灌一体，自上而下连续高压冲挤灌浆，灌浆液同时兼顾孔内排渣与孔壁保护。工艺操作简便，经济环保。可根据不同的工程要求，采用不同的孔排距布孔方式，达到理想的灌浆质量效果。可广泛用于水电、市政、铁道与公路桥梁、港口、机场等领域对松散、软弱等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理。
图I是本发明的钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆工艺示意图。图2是本发明的一种螺旋密封高压冲挤灌浆头结构图。在图中
I-高压冲挤灌浆头；2-全液压钻机；3-灌浆泵；4-制浆储浆桶；
5-泥浆泵；6-孔口回浆收集、沉降装置；7-钻灌进浆管；
8-钻灌回浆管；9-螺旋接头；10-单向接头；11-全断面钻头。
具体实施例方式一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，如图I所示，包括钻机2，连接在钻机2立轴钻杆上的钻杆下端用于自上而下钻孔与灌浆的螺旋密封高压冲挤灌浆头1，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头I通过立轴钻杆带动回转或上下活动，螺旋密封高压冲挤灌浆头上部连接有数根钻杆。所述钻机2通过钻灌进浆管7与一灌浆泵3相连，该灌浆泵3优选为单杠单作用往复式柱塞灌浆泵；在钻孔的孔口位置设置有孔口回浆收集、沉降装置6，该孔口回浆收集、沉降装置6内沉淀处理后的回浆由泥浆泵5通过钻灌回浆管8送入灌浆储浆桶4 ;所述灌浆储浆桶4与所述灌浆泵3相连。以下以钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统进行灌浆的方法对本发明的工作过程作进一步的描述，具体步骤为
(I)根据地层条件及其工程设计要求，通过现场试验确定钻灌孔、排间距。(2)钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆工艺设备及布置见附图2 :钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆工艺示意图。 (3)钻灌施工宜采用全液压动力头钻机也可采用普通机械传动地质钻机；灌浆泵宜采用单缸单作用往复式柱塞灌浆泵，灌浆压力应大于5. OMPa,单次冲挤量应大于I. 0L,单作用脉冲频率30次/min—100次/min为宜。(4)孔口设置钻灌回浆收集与钻屑沉淀处理装置，配置回浆转送泥浆泵，用作孔口返出的回浆经沉淀处理后转抽至灌浆储浆桶进行循环使用；
(5)采用Φ50πιπι或Φ54mm普通地质钻杆作为钻杆，钻杆内径应不小于20mm，钻杆下面连接螺旋密封高压冲挤灌浆头。如图2所示，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头结构为，包括全断面钻头、单向接头、螺旋接头。所述全断面钻头可采用地质钻孔常用的合金、复合片或金刚石全断面钻头；所述单向接头，为一种单向下进上出结构，内置钢球重锤作用，自动控制高压冲挤浆体单向冲挤灌入地层，防止因脉冲负压而产生的孔内钻屑倒灌堵塞螺旋密封高压冲挤灌浆头；所述螺旋密封接头，接头表面加工出左旋螺旋槽，当钻灌正转回转时，可对钻灌浆液产生推进力，形成一种螺杆泵压入效应，为实现钻灌冲挤压力创造条件。所述螺旋接头，螺旋外径一般要比钻头外径大2-8mm ;所述螺旋接头，采用65Mn弹簧钢或40Cr合金结构钢，表面淬火，HRC=45-55。(6)钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆按照分排、分序加密原则，每排孔灌浆可分II序或III序施工。(7)钻灌采用灌浆液作为钻孔冲洗液，灌浆液可采用普通水泥或水泥粘土稳定浆液。所述稳定浆液为水固质量比为O. 7:1 —1:1，且浆液析水率小于5%的普通水泥或水泥粘土浆液；
(8)钻灌速度结合地层条件控制在10-20cm/min，灌浆有效压力控制在3. OMPa以上。遇松散或架空地层钻灌难以起压时，采用浓浆或膏浆进行灌注，起压后再进行上述的钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆。遇特别松软地层，可采用加大螺旋接头外径和加长螺旋接头长度，确保冲挤高压的实施。所述浓浆为水固质量比小于O. 5:1普通水泥或水泥粘土浆液；所述膏浆为普通水泥浆液或水泥粘土浆液掺加增塑剂、速凝剂等复合材料，形成的一种膏状样浆体。
(9)单孔钻灌可一次完成。单孔灌浆结束后，进行孔内充填封孔灌浆，遇孔内承压水时，可采用孔口屏浆和闭浆处理。(10)灌浆质量标准主要依据现行国家与行业技术标准和工程要求由设计制定。质量检查方法主要依据设计质量标准一般采用原状取样、压水试验、物探测试、力学试验等。上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不 用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，包括钻机(2)，通过钻杆连接在钻机(2)立轴上的用于自上而下钻孔与灌浆的高压冲挤灌浆头(I);所述钻机(2)立轴钻杆上部的水龙头通过钻灌进浆管(7)与一灌浆泵(3)相连；在钻孔的孔口位置设置有孔口回浆收集、沉降装置(6)，该孔口回浆收集、沉降装置(6)内沉淀处理后的回浆由泥浆泵(5 )通过钻灌回浆管(8 )送入灌浆储浆桶(4 )。
2.根据权利要求I所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，所述高压冲挤灌浆头(I)为螺旋密封高压冲挤灌浆头。
3.根据权利要求2所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头的结构为，包括螺旋接头(9 )，连接在螺旋接头(9 )下端的单向接头(10)，连接在单向接头(10)底端的全断面钻头(11);所述单向接头(10)为一种单向下进上出结构，该单向接头(10)内设有自动控制高压冲挤浆体单向冲挤灌入地层的单向阀球；所述螺旋接头表面开有螺旋槽。
4.根据权利要求2所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆的方法，其特征在于，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头的结构为，包括螺旋接头(9)，连接在螺旋接头(9)上端的单向接头(10)，连接在螺旋接头(9)底端的全断面钻头(11);所述单向接头(10)为一种单向下进上出结构，该单向接头(10)内设有自动控制高压冲挤浆体单向冲挤灌入地层的单向阀球；所述螺旋接头表面开有螺旋槽。
5.根据权利要求3或4所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，所述螺旋接头(9)的螺旋外径比所述全断面钻头(11)的外径大2-8mm。
6.根据权利要求3或4所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，所述螺旋接头采用65Mn弹簧钢或40Cr合金结构钢，表面淬火，HRC=45_55。
7.根据权利要求3或4所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，所述螺旋槽为左旋螺旋槽。
8.根据权利要求I所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，所述灌浆泵(3)为单杠单作用往复式柱塞灌浆泵。
9.根据权利要求I所述钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特征在于，所述灌浆储浆桶(4)与所述灌浆泵(3)相连。
全文摘要
本发明公开了一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，主要适用于对结构松散、软弱等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理。本发明所述的灌浆系统包括钻机，连接在钻机立轴上的钻杆，连接在钻杆上用于自上而下钻孔与灌浆的高压冲挤灌浆头；所述钻机立轴钻杆上部水龙头通过钻灌进浆管与一灌浆泵相连；在钻孔的孔口位置设置有孔口回浆收集、沉降装置，该孔口回浆收集、沉降装置内沉淀处理后的回浆由泥浆泵通过钻灌回浆管送入灌浆储浆桶进行循环使用。本发明灌浆全孔连续均匀，工艺操作简便，经济环保。可根据不同的工程要求，采用不同的孔排距布孔方式，达到理想的灌浆质量效果。
文档编号E02D3/12GK102839650SQ201210348149
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月19日 优先权日2012年9月19日
发明者陈安重, 刘良平, 舒王强, 周运东, 杨松林, 彭春雷, 张贵金 申请人:中国水电顾问集团中南勘测设计研究院