专利名称：一种封孔止浆材料及灌浆封孔工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于岩土工程基础处理灌浆领域，尤其涉及ー种封孔止浆材料及利用该封孔止浆材料进行灌浆封孔止浆的施工エ艺。
背景技术：
在全(強)风化岩体、松散土层、砂砾层、节理裂隙密集发育岩体等松软透水岩土体，以及高地下水位、承压水等条件下的防渗和加固工程中，应用浆体封闭辅以孔ロ封闭器可实现灌浆封孔止浆。封孔止浆措施是灌浆起压的基本保证，直接影响和制约灌浆エ艺的实施，尤其是影响闻压灌楽·成败的关键。
目前封孔止浆的方法主要有孔ロ封闭和孔内阻塞两类。孔ロ封闭器止浆由于灌浆全孔受压灌注，浅层或局部弱面容易产生低压重复劈裂，灌浆防渗整体效果很难达到エ程要求。孔内阻塞采用双栓塞止浆塞以实现分段灌浆，对于深孔，为減少注浆压カ沿程损失或直接对目标层位实施灌浆，封孔止浆塞或异径封孔器放在钻孔预定深部，甚至增设孔ロ卡塞器，实现高压分段止浆。但灌浆塞硬度大，绕塞返浆、孔径不均造成扩塞困难、不易塞住，极大地影响灌浆エ效和成本，甚至发生冒浆事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供ー种具有护壁止浆作用、初始流动性大、可泵性好、凝固时间可调、可控性好、绿色环保、成本低的封孔止浆材料，还提供ー种步骤简单、设备投入少、适应性强、可以有效确保复杂地层中封孔止浆可靠性的灌浆封孔エ艺，以实现灌浆段均匀灌注，保证灌浆效果，提高灌浆效率。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为ー种封孔止浆材料，其主要由粘土原浆、水泥和偏铝酸钠配制而成，所述粘土原浆主要由粘土和水搅拌而成，所述封孔止浆材料是用于松软透水岩土体、高地下水位或承压水条件下保证灌浆起压的封孔止浆材料，每2L所述的粘土原浆混配700g 900g的水泥和12. 5g 17. 5g的偏铝酸钠。特别优选的，所述封孔止浆材料只含粘土原浆、水泥和偏铝酸钠这三种物质，且不添加任何其他成分。上述的封孔止浆材料中，所述粘土原浆的比重优选为I. 25 I. 35。上述的封孔止浆材料中，所述水泥可以选择P42. 5普通硅酸盐水泥。上述本发明的封孔止浆材料能够保证灌浆起压，抗水稀释能力强，初期可泵送，封孔材料的稠度在可泵期(20min 35min)内保持76mm以上,在可泵期后迅速变小；封孔材料的粘度在可泵期内保持30s以下，在可泵期后迅速增长至浆液无法流动；塑性强度在可泵期内增长缓慢，泵送完毕之后持续增长；剪切屈服強度在可泵期后迅速增长，浆体变成膏状。本发明封孔止浆材料所具备的优异性能使得其可以有效应用于灌浆施工中以保证灌浆起压，保证灌注效果。
作为ー个总的技术构思，本发明还要提供一种灌浆封孔エ艺，依次包括封孔操作和灌浆操作，所述封孔操作具体包括以下步骤
(1)造孔下管在拟进行灌浆施工的地段先进行造孔，造孔结束后，下灌浆管至孔底，并安装孔ロ封闭器；
(2)注入封孔止浆材料打开孔ロ封闭器，通过所述灌浆管注入上述的封孔止浆材料；
(3)冲洗灌浆管关上所述孔ロ封闭器，用稳定浆液冲洗灌浆管，直至灌浆管中积存的封孔止浆材料全部被冲洗出灌浆管；
(4)凝固再打开孔ロ封闭器，待所述封孔止浆材料凝固后，即可进行后续的灌浆操作。上述的灌浆封孔エ艺中，优选的，所述步骤(3 )中的稳定浆液主要由粘土原浆和水 泥配制而成，其中，每2L所述的粘土原浆混配840g 1200g的水泥(水泥优选采用P42. 5普通硅酸盐水泥)。上述的灌浆封孔エ艺中，所述封孔止浆材料凝固的时间优选控制为40min 50mino上述的灌浆封孔エ艺中，优选的，所述灌浆操作紧接着所述封孔操作之后(即封孔止浆材料凝固后)进行，通过注浆泵进行灌浆处理，在底层的灌浆结束后(灌浆结束的控制标准一般优选为灌浆压力P和灌浆量Q进行综合考量的结束标准)，将灌浆管提升O. 2m
O.5m开始进行上一段的灌浆，依此自下而上连续提升灌注施工，直至全钻灌段灌浆完毕。对松软地层可实现自下而上连续灌浆，提高灌浆效率。上述的灌浆封孔エ艺中，所述灌浆操作过程灌注的浆液优选为稳定浆液或者膏浆；灌注灰岩类灌入量少、起压高的地层时，采用所述稳定浆液进行灌注；灌注松软覆盖层或溶洞类难起压的地层时，采用所述膏浆进行脉动灌注。所述膏浆优选为每2L的粘土原浆混配840g的水泥和8. 4g的偏招酸钠组成。上述的灌浆封孔エ艺中，所述封孔止浆作用可以全部由封孔止浆材料承担，尤其是对造孔孔深大于IOm的深层孔进行灌注时，本发明所述的封孔止浆材料足以起到封孔止浆及保压灌注的效果。如果根据实践要求，所述造孔形成孔深在IOm以内的浅层孔，所述浅层孔的灌浆操作过程中，优选同时在孔ロ辅之以孔ロ封闭器进行全钻灌段的灌注。孔ロ封闭器是利用橡胶圈的弾性和韧性在压盖压力作用下膨胀抱紧灌浆管，灌至浅层时加孔ロ封闭器与孔内封孔止浆材料共同作用，可以保证封孔止浆效果。本发明的上述技术方案主要基于以下原理首先，本发明综合利用粘土的良好性能及矿物类添加剂(偏铝酸钠)具有用量少、固化快的特点，制成初期可泵送、后期具有较高塑性强度和剪切屈服強度，且在循环往复的提管后具有很强自愈能力的封孔止浆材料，该封孔止浆材料的凝固时间可调，抗水稀释、冲蚀能力强，配制后得到的封孔止浆材料在灌浆施工过程中具有很好的护壁、止浆的作用效果；本发明的封孔止浆材料在“以浆止浆”的技术思路下，被创造性地应用于灌浆施工エ艺中作为封孔止浆的技术手段，这突破了常规技术中采用孔ロ封闭器或孔内阻塞等工具进行封孔止浆的技术局限。综上，本发明的灌浆封孔エ艺充分利用了本发明封孔止浆材料的“以浆止浆”特性，该封孔止浆材料不仅抗水稀释能力较强、可泵期后的粘度和強度迅速增长，但又不会太高以致出现拔管困难、甚至发生抱管事故，且在灌浆管的反复转动、提升过程中，受压滤作用具有自愈修复特性。在工程实践中，可根据不同的地质条件及施工要求来选择相应配比和掺量的封孔止浆材料，以满足不同类型工程(例如水利水电、堤坡、鉄道、公路、市政、港航等松软地层、溶洞地层以及土石围堰等大孔隙地层的加固、防渗灌浆及动水堵漏)的灌浆封孔止浆エ艺要求，实现灌浆段均匀灌注；还可指定孔深进行止塞灌浆，保证灌浆效果。本发明的封孔止浆材料和灌浆封孔エ艺可以很好地解决浅孔、深孔孔斜、孔壁变形、灌浆管偏心等各种不利条件下的封孔止浆难题，通过适当调整封孔止浆材料的配比，既可适用松软浅层防渗灌浆，亦可适用深层孔预定位置灌浆，对于裂隙岩体采用稳压灌浆传统エ艺也可应用，具有环保、低成本、高效率、高适应性等优点，在全(強)风化岩体、松散土层、砂砾层、节理裂隙密集发育岩体等松软透水岩土体，及高地下水位、承压水等条件下的防渗和加固エ程中，具有良好的应用前景。
图I为本发明实施例的灌浆封孔エ艺中泥浆护壁钻孔时的施工状态图。图2为本发明实施例的灌浆封孔エ艺中安装孔ロ封闭器时的施工状态图。图3为本发明实施例的灌浆封孔エ艺中灌注封孔止浆材料时的施工状态图。图4为本发明实施例的灌浆封孔エ艺中灌注稳定浆液冲洗灌浆管时的施工状态图。图5为本发明实施例的灌浆封孔エ艺中灌注灰岩层时的施工状态图。图6为本发明实施例的灌浆封孔エ艺中灌注红层时的施工状态图。图例说明
I、混凝土底板；2、红层；3、灰岩；4、灌浆管；5、泥浆；6、孔ロ封闭器；7、封孔止浆材料；8、稳定浆液；9、膏浆。
具体实施例方式以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进ー步描述。实施例
一种本发明的封孔止浆材料，其主要由粘土原浆、水泥和偏铝酸钠配制而成，粘土原浆主要由粘土和水搅拌而成，其比重为I. 25 (I. 25 I. 35均可)。该封孔止浆材料是用于松软透水岩土体、高地下水位或承压水条件下保证灌浆起压的封孔止浆材料，每2L的粘土原浆混配840g的水泥(P42. 5普通硅酸盐水泥)和16. 8g的偏铝酸钠。上述本实施例的封孔止浆材料能够保证灌浆起压，抗水稀释能力强，初期可泵送，封孔材料的稠度(通过砂浆稠度仪测得)在可泵期(20min 35min)内保持76mm以上，在可泵期后迅速变小；封孔材料的粘度(使用马氏漏斗测得)在可泵期内保持30s以下，在可泵期后迅速增长至浆液无法流动；塑性强度在可泵期内增长缓慢，泵送完毕之后持续增长；剪切屈服強度在可泵期后迅速增长，浆体变成膏状。一种本发明的灌浆封孔エ艺，其依次包括封孔操作和灌浆操作，具体包括以下步骤
(1)造孔下管如图I所示，拟进行灌浆施工的地段由上往下依次包括混凝土底板I、红层2和灰岩3，在该施工地段先进行造孔，泥浆5护壁，造孔结束后，下灌浆管4至孔底；
(2)如图2所示，在孔ロ处安装孔ロ封闭器6;(3)注入封孔止浆材料如图3所示，打开孔ロ封闭器6，通过灌浆管4注入上述的封孔止浆材料7，将泥浆5赶出灌浆管4和灌浆孔，并使封孔止浆材料7充满灌浆管4与孔壁之间整个缝隙中，待凝15min左右；
(4)冲洗灌浆管如图4所示，关上孔ロ封闭器6，用稳定浆液8冲洗灌浆管4，冲洗时加压脉动若干次，直至灌浆管4中残留的封孔止浆材料7全部被冲洗出灌浆管4 ;本实施例中的稳定浆液主要由粘土原浆和水泥配制而成，其中，每2L所述的粘土原浆混配840g的水泥；
(5)凝固再打开孔ロ封闭器，待凝30min左右；待所述封孔止浆材料凝固后，完成封孔操作；
(6)灌浆灌浆操作紧接着封孔操作之后进行，通过注浆泵进行灌浆处理，在底层的灌浆结束后，将灌浆管提升O. 2m O. 5m (依地层差异选择)开始进行上一层的灌浆处理，依此自下而上连续提升灌注施工，直至全钻灌段灌浆完毕；如图5所示，灌浆过程中遇灰岩3等 灌入量少、起压高的地层，可直接采用稳定浆液8进行灌注，灌注时利用孔ロ封闭器6按设计灌浆压カ进行脉动灌注；如图6所示，如遇红层2 (或溶洞)等难起压的地层，可使孔ロ封闭器6开锁，按设计灌浆压カ进行脉动灌注膏浆9，本实施例中的膏浆9为每2L的粘土原浆混配840g的水泥和8. 4g的偏铝酸钠；如遇浅层(孔深在IOm以内)灌浆时，辅以孔ロ封闭器6共同作用进行灌浆；每一层达到灌浆结束的控制标准为灌浆压カP、灌浆量Q的综合标准。由上可见，采用本发明的浆体组合物并辅以孔ロ封闭器，可适应复杂地层、孔斜及孔壁变形、及有地下水情形下的封孔止浆；孔ロ封闭器采用常规灌浆施工中使用的型号，可实现灌浆段均匀灌注，或指定孔深止塞灌浆，保证灌浆效果；对松软地层可实现自下而上连续灌浆，提高灌浆效率。在灌浆过程中采用本发明的技术方案可以实现封孔止浆，达到灌浆起压、保证灌浆效果、提高灌浆效率的目的。
权利要求
1.一种封孔止浆材料，其主要由粘土原浆、水泥和偏铝酸钠配制而成，所述粘土原浆主要由粘土和水搅拌而成，其特征在于所述封孔止浆材料是用于松软透水岩土体、高地下水位或承压水条件下保证灌浆起压的封孔止浆材料，每2L所述的粘土原浆混配700g 900g的水泥和12. 5g 17. 5g的偏铝酸钠。
2.根据权利要求I所述的封孔止浆材料，其特征在于所述粘土原浆的比重为I.25 I.35。
3.一种灌浆封孔工艺，依次包括封孔操作和灌浆操作，其特征在于，所述封孔操作具体包括以下步骤 (1)造孔下管在拟进行灌浆施工的地段先进行造孔，造孔结束后，下灌浆管至孔底，并安装孔口封闭器； (2)注入封孔止浆材料打开孔口封闭器，通过所述灌浆管注入权利要求I或2所述的封孔止浆材料； (3)冲洗灌浆管关上所述孔口封闭器，用稳定浆液冲洗灌浆管，直至灌浆管中积存的封孔止浆材料全部被冲洗出灌浆管； (4)凝固再打开孔口封闭器，待所述封孔止浆材料凝固后，即可进行灌浆操作。
4.根据权利要求3所述的灌浆封孔工艺，其特征在于所述步骤(3)中的稳定浆液主要由粘土原浆和水泥配制而成，其中，每2L所述的粘土原浆混配840g 1200g的水泥，水泥采用P42. 5普通硅酸盐水泥。
5.根据权利要求3所述的灌浆封孔工艺，其特征在于所述封孔止浆材料凝固的时间控制为40min 50min。
6.根据权利要求3、4或5所述的灌浆封孔工艺，其特征在于所述灌浆操作紧接着所述封孔操作之后进行，通过注浆泵进行灌浆处理，在底层的灌浆结束后，将灌浆管提升O.2m O. 5m开始进行上一段的灌浆，依此自下而上连续提升灌注施工，直至全钻灌段灌浆完毕。
7.根据权利要求6所述的灌浆封孔工艺，其特征在于所述灌浆操作过程中，灌注的浆液为稳定浆液或者膏浆；灌注灰岩类灌入量少、起压高的地层时，采用所述稳定浆液进行灌注；灌注松软覆盖层或溶洞类难起压的地层时，采用所述膏浆进行脉动灌注。
8.根据权利要求7所述的灌浆封孔工艺，其特征在于所述造孔形成孔深在IOm以内的浅层孔，所述浅层孔的灌浆操作过程中，同时在孔口辅之以孔口封闭器进行全钻灌段的灌注。
9.根据权利要求7所述的灌浆封孔工艺，其特征在于所述膏浆为每2L的粘土原浆混配840g的水泥和8. 4g的偏招酸钠组成。
全文摘要
本发明公开了一种封孔止浆材料，其是用于松软透水岩土体、高地下水位或承压水条件下保证灌浆起压的封孔止浆材料，主要由粘土原浆、水泥和偏铝酸钠配制而成，且每2L的粘土原浆混配700～900g的水泥和12.5～17.5g的偏铝酸钠。本发明的灌浆封孔工艺包括封孔和灌浆操作，其中封孔操作具体包括造孔结束后，下灌浆管至孔底，并安装孔口封闭器；打开孔口封闭器，注入本发明的封孔止浆材料；关上孔口封闭器，用稳定浆液冲洗灌浆管；再打开孔口封闭器，待封孔止浆材料凝固后，即可进行灌浆操作，通过连续提升灌注，保证封孔止浆可靠。本发明具有步骤简单、设备投入少、适应性强等优点，可确保封孔止浆的可靠性，提高灌浆效率。
文档编号E02D3/12GK102838325SQ20121036812
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月28日 优先权日2012年9月28日
发明者张贵金, 陈安重, 杨松林, 彭春雷, 胡大可, 钟平, 曾柳絮, 胡荣宗, 梁经纬, 盛松涛 申请人:长沙理工大学