一种微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法与流程

本发明涉及建筑领域，具体的是一种微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法。

背景技术：

随着经济发展和城市的扩张，开山回填和抛石填海场地越来越多，部分填土地区甚至高达上百米。因此对这种大孔隙地层和松散地层进行地基加固处理，已成为岩土工程界的一大难题。

对这类大孔隙地层和松散地层进行地基加固处理通常采分层碾压法、强夯及强夯置换法、碎石桩法及灌浆法：包括高压旋喷灌浆法及套阀管法灌浆。传统的高压旋喷工艺，喷入地层中的水泥浆液极易流失；套阀管法使用普通的水泥浆及水泥黏土浆进行灌浆，但因地层中存在较大孔隙时，尤其还存在动水时，则灌入的水泥浆或黏土水泥浆极易被稀释而流失过远，既起不到加固效果又增加了成本，无法实现有效填充将导致灌浆失败。因此传统的灌浆工艺不能适用于大孔隙地层及松散地层。

在大孔隙、松散地层中采用灌浆法导致失败的主要原因是灌注的浆液流动度大，在地层中浆液流失严重，在设计桩位处留存的浆液极少，导致不能成桩。后经改进，采用复合膏浆进行灌浆，复合膏浆浆液流动度小，但是该种浆液稠度太小，当采用高压旋喷工艺时会发生堵管现象，注浆泵不能泵送；当采用套阀管灌浆法，由于复合膏浆初凝时间短，早期强度高，在灌浆时易发生固管、埋管现象。

传统的注浆工艺存在的不足在于：

1.施工时需要先引孔，施工效率低，工期长；

2.成孔后需把钻机移走再注浆，占用空间大，且施工作业不连续；

3.成孔后易造成塌孔；

4.当钻进卵砾石层或遇有大块漂石地层时，钻进效率低，且注浆时会在卵砾石或大块漂石背面产生注浆盲区；

5.成孔若用泥浆护壁，造成对环境的污染；

6.注浆时返浆量大，水泥利用率低，浆液容易流失，施工现场脏乱、清污工作量大，且水泥利用率低，增加施工成本。

技术实现要素：

为了解决在大孔隙、松散地层中的成桩困难的问题。本发明提供了一种微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法，该微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法利用微气爆原理成桩，扩大了浆液的渗透范围，提高了桩体均匀性，能够最终形成强度较高的大块石胶结体或水泥土(桩)竖向增强体。

本发明解决其技术问题所采用的技术发明是：一种微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法，包括以下步骤：

步骤1、配制水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液，利用潜孔锤高压旋喷钻机成孔作业；

步骤2、上提该潜孔锤高压旋喷钻机的钻杆，同时该潜孔锤高压旋喷钻机的冲击钻具的喷嘴喷出高压气体、所述水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液。

本发明的有益效果是：该微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法利用微气爆原理成桩，扩大了浆液的渗透范围，提高了桩体均匀性，能够最终形成强度较高的大块石胶结体或水泥土(桩)竖向增强体。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。

图1是本发明所述微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法现的具体实施例的流程图。

图2是本发明所述微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法现的成桩过程示意图。

图3是本发明所述成桩方法采用的施工设备的示意图。

图4是喷嘴的截面示意图。

1、中心喷嘴；2、环状喷嘴；3、自动化后台；4、储浆桶；5、浆水控制阀；6、高压注浆泵；7、添加剂浆液搅浆桶；8、添加剂浆液储浆桶；9、空压机；10、负压引流雾化装置；11、浆管；12、动力装置；13、气管；14、钻杆；15、喷嘴；16、冲击钻具。

具体实施方式

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法，包括以下步骤：

步骤1、配制水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液，利用潜孔锤高压旋喷钻机进行成孔作业；

步骤2、上提该潜孔锤高压旋喷钻机的钻杆14，同时该潜孔锤高压旋喷钻机的冲击钻具16的喷嘴15喷出高压气体、所述水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液，如图1至图4所示。

下面将对本发明所述的微气爆注浆处理大孔隙、松散地基土的方法进行详细的介绍。

在步骤1之前，首先进行测量放线定桩位，即按照设计桩位，采用北斗定位系统、传统测量设备或gps定位测量技术进行桩位测量及定位。

在步骤1中，所述水泥粉煤灰浆液中水泥与粉煤灰的质量之比为3:1～1:1。在所述添加剂浆液中，含有水泥增稠剂和水，所述添加剂浆液中水与水泥增稠剂的质量之比为3:1～5:1。在步骤2中，喷嘴15喷出的所述水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液的混合物中所述水泥增稠剂的质量为水泥质量1％～10％。

在本实施例中，所述潜孔锤高压旋喷钻机连接有水泥粉煤灰浆液供应系统，所述水泥粉煤灰浆液供应系统含有依次连接的自动化后台、储浆桶4、浆水控制阀5、高压注浆泵6和浆管11。所述潜孔锤高压旋喷钻机连接有高压气体和添加剂浆液供应系统，所述高压气体和添加剂浆液供应系统含有依次连接的添加剂浆液搅浆桶7、添加剂浆液储浆桶8、负压引流雾化装置10和气管13，负压引流雾化装置10连接有空压机9。

所述潜孔锤高压旋喷钻机含有依次连接的动力装置12、钻杆14和冲击钻具16(相当于钻头)，冲击钻具16的底部设有喷嘴15。浆管11和气管13均与该潜孔锤高压旋喷钻机的冲击钻具16的喷嘴15连接。

具体的，通过自动化后台3搅拌水泥粉煤灰浆液，然后将搅拌好的水泥粉煤灰浆液存至储浆桶4中，并不断搅拌；在添加剂搅浆桶7中搅拌添加剂浆液，将搅拌好的添加剂浆液存至添加剂浆液储浆桶8中，并不断搅拌。本发明中所述水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液中，优选水的质量与水泥、粉煤灰和添加剂(水泥增稠剂)总质量之比为0.65～1.2(例如该总质量之比为1.0时，水的质量为1份，水泥、粉煤灰和添加剂(水泥增稠剂)的质量之和也为1份)，其中水泥的质量与粉煤灰的质量之比3:1～1:1。可以通过提高水泥粉煤灰浆液中粉煤灰的质量，在满足强度要求的前提下，可在一定程度上降低成本。添加剂浆液中水的质量与添加剂(水泥增稠剂)的质量之比优选3:1～5:1，使浆液的稠度满足泵送条件。添加剂对水泥粉煤灰浆液有增稠作用，可控制浆液流动度的大小，增加复合浆液所形成的结石体的早期强度，使复合浆液在大孔隙、松散地层中不容易流失，其添加量优选地为复合浆液中水泥质量的1％～10％。水的质量与水泥和粉煤灰总质量之比为0.7的水泥粉煤灰浆液的流动度约为240mm，加入水泥质量3％的添加剂后，流动度降低为120mm左右，加入添加剂后，降低了复合浆液的流动度。

在步骤1中，利用潜孔锤高压旋喷钻机进行成孔作业，钻进过程水压不宜过大，满足钻进及避免喷嘴堵塞即可，一般钻进水压≤5.0mpa，避免造成孔壁坍塌。

在步骤2中，当成孔深度达到设计深度时，一边上提该潜孔锤高压旋喷钻机的钻杆14，一边使该潜孔锤高压旋喷钻机的冲击钻具16的喷嘴15喷出高压气体、所述水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液。所述高压气体的压力大于所述水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液的混合物的围压，从而产生微气爆，扩大浆液的渗透范围，提高桩体均匀性，最终形成强度较高的大块石胶结体或水泥土(桩)竖向增强体。

具体的，该潜孔锤高压旋喷钻机的冲击钻具16的喷嘴15含有中心喷嘴1和环状喷嘴2，中心喷嘴1位于冲击钻具16的底部中心，环状喷嘴2位于冲击钻具16的底部，环状喷嘴2套设于中心喷嘴1外，如图4所示。使用时，所述水泥粉煤灰浆液从中心喷嘴1中喷出，所述高压气体和添加剂浆液均从环状喷嘴2中喷出，即环状喷嘴2中喷出的是添加剂浆液气雾。

水泥粉煤灰浆液通过高压注浆泵6泵送，通过浆管11从喷嘴15的中心喷嘴1喷出；添加剂浆液通过负压引流雾化装置10，雾化后由雾化管路13从喷嘴15的环状喷嘴2喷出；水泥粉煤灰浆液和添加剂浆液再喷嘴处混合后形成复合浆液，喷入大孔隙、松散地层中。同时，浆液的微气爆作用还能够振松动大粒径的卵石、块石，使位于冲击钻具锤头附近的浆液进一步向四周地层中扩散，加大成桩直径，且与土体充分混合，提高桩体均匀性。所述负压引流雾化装置包括添加剂储浆桶8、增压泵、空压机9，添加剂浆液在添加剂搅浆桶7中搅拌后进入添加剂储浆桶8中，添加剂浆液经增压泵进入浆液管路，浆液管路与空压机管路在负压引流雾化装置10处联通，在≥0.7mpa高压气输出作用下，添加剂浆液在负压引流雾化装置处产生负压，携带添加剂浆液从冲击钻具16底部的环形喷嘴喷出，形成雾化效果。

通过调整高压注浆泵6上的变频器调整高压注浆泵的压力，使之达到设计的泵压。为使添加剂浆液与水泥粉煤灰浆液的流量相匹配，形成所需流动度的复合浆液，根据高压注浆泵6的泵压与中心喷嘴1的直径计算水泥粉煤灰浆液的流量，根据此流量计算添加剂浆液的流量。添加剂浆液的流量可通过标定负压引流雾化装置10的频率，达到所需添加剂浆液的流量。当喷浆达到设计标高后，形成大块石胶结体或水泥土(桩)固结体。

其中所述的复合浆液注入地层中所形成的大块石胶结体或水泥土固结体，在大孔隙地层中，块石含量较多、粒径不均，孔隙率较大，复合浆液流动度较低，可与块石胶结形成固结体；在富水松散地层中，细颗粒较多，复合浆液冲蚀率低，渗透进入地层的孔隙中不易流失，与原状松散土体充分混合形成水泥土固结体。

在步骤2后还可以根据地层情况可在较密实地层段进行复喷；另一方面，必要时可对孔口进行补浆工作。在步骤2后还可以按照规范要求留置试块，进行桩身强度检验。此外，喷射注浆时，在本发明所述的大孔隙、松散地层中的上提该潜孔锤高压旋喷钻机的钻杆14的速度为50mm/min～500mm/min，喷射水泥粉煤灰浆液的压力为1.0mpa～40mpa。

最后进行成桩验收，进行下一根桩施工。

本发明采用了微气爆原理以成桩，下面详细介绍微气爆原理。

所述微气爆原理，是指在步骤2的喷嘴喷浆过程中，由空压机9产生的高压空气，通过冲击钻具16底部的环状喷嘴2排出，由于冲击钻具16及钻孔内充满浆液，高压空气在浆液围压作用下会在冲击钻具16的底部急速聚集，当在冲击钻具16底部积聚的高压空气的压力超过钻孔周围浆液压力后，急速聚集的高压空气会产生微爆炸现象，即微气爆。在微气爆过程中，高压空气推动浆液进一步向周围地层扩散，扩大浆液的渗透范围，增加了成桩直径。受气爆作用，孔内或孔壁原状松散土体可与复合浆液得到更充分混合，提高桩体均匀性。

为了能够实现微气爆，冲击钻具16的底部可以设置压力传感器，通过该压力传感器实时监测冲击钻具16底部积聚的高压空气的压力，当微气爆发生后，冲击钻具16底部积聚的高压空气的压力值会突然降低，以此可以判断微气爆是否发生，如果没有发生则可以提高空压机9的功率。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。