一种深厚砂砾石层灌浆装置以及利用该装置进行综合灌浆的方法与流程

本发明涉及钻探灌浆领域，尤其是一种用于深厚砂砾石覆盖层地基防渗处理工程的灌浆装置及其灌浆方法。

背景技术：

随着水利水电事业的发展，水利水电工程的开发逐步向西部高原和峡谷流域展开，建坝条件越来越复杂，尤其是在西部大开发机遇下的重点建设工程，山高谷深、覆盖层深厚、地质条件复杂。

目前，国内在砂砾石地基灌浆工程中孔深超过100米的仅有个别灌浆工程，且多数工程采用的是孔口封闭法施工，存在易发生卡钻及铸管等孔内事故、施工工效低、成本高的问题。随着我国水利水电工程砂砾石地基防渗处理深度的不断加深（最大设计孔深已近200米），如何做好百米级深厚覆盖层条件下的大坝基础防渗体系是当今解决我国西部地区水利水电开发的关键技术问题之一，而在深厚砂卵砾石层中进行帷幕灌浆，国内设计与施工经验很少，需要进一步研究相关的灌浆方法、钻灌工艺等。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种深厚砂砾石层灌浆装置以及利用该装置进行综合灌浆的方法，将套阀管灌浆法与孔口封闭灌浆法进行有效结合，可以解决在深厚砂卵砾石层中进行帷幕灌浆施工孔内事故率高、工效低的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种深厚砂砾石层灌浆装置，包括多段钢花管螺纹连接形成的灌浆管，各段钢花管上每隔一段间距开设有由多个出浆孔组成的出浆孔环，每个出浆孔环外套设有橡皮箍圈，橡皮箍圈两端通过限位固定组件紧固于钢花管上，灌浆管底端安装有封底板，灌浆管顶端设置有法兰盘。

多段钢花管之间通过螺纹连接头螺纹连接形成灌浆管。

限位固定组件中，橡皮箍圈两端各设置有限位环箍，橡皮箍圈两端通过透明胶带与限位环箍固定。

每段钢花管上两个出浆孔环之间的距离为30-40厘米，优选为34厘米。

一种利用上述装置进行砂砾石层综合灌浆的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：采用跟管钻机跟进套管钻进到60米～80米以上后，向钻孔内灌注填料形成填料层，再将底端安装有封底板的钢花管段放入钻孔内；

步骤2：将多段钢花管以螺纹连接的方式逐节连接，并将其放入钻孔内与底端安装有封底板的钢花管段拼接形成一个整体，在顶部的钢花管上安装法兰盘，完成所述厚砂砾石层灌浆装置的安装；

步骤3：套阀管灌浆：以灌浆装置作为套阀管进行灌浆：

步骤3-1：第一段灌浆：填料层待凝3天以上后，以灌浆管上2～4个出浆孔环的长度作为一个灌浆段长，采用单个灌浆塞阻塞、纯压方式进行自下而上分段开环、灌浆，进行第一段灌浆；

步骤3-2：第二段灌浆：第一段灌浆结束后将单个灌浆塞向上拔起一段长度，用清水冲洗灌浆管道至孔口返清水，再通过加压将单个灌浆塞阻塞密实后，进行第二段开环、灌浆，完成第二段灌浆；

步骤3-3：重复步骤3-2，直至最后一段灌浆完成；

步骤4：复灌：采用回转式钻机配金刚石钻头扫孔至孔底，采用孔口封闭灌浆法进行水泥浆液全孔段灌浆，灌浆时采用灌浆管顶端焊接的法兰盘进行孔口封闭，并连接进浆、回浆管口；

步骤5：循环钻灌：再次采用回转式钻机配金刚石钻头扫孔至孔底后，将灌浆管下端的封底板钻穿，使用金刚石钻头采用孔口封闭灌浆法进行循环钻灌至终孔；

步骤6：终孔段灌浆结束后，扫孔到底后采用水泥浆液进行机械压浆封孔，即完成砂砾石层综合灌浆。

步骤1中，填料采用水泥、膨润土和水配制而成，水泥、膨润土和水的质量比为1:2-2.5:4-5。

步骤3中，采用长1.5米的单灌浆塞阻塞、纯压方式进行自下而上分段开环、灌浆，采用水固比为5:1的稀膨润土泥浆进行开环。

步骤5中，灌浆时采用直径为2.5～3.8厘米的塑料软管作为射浆管下入孔内进行灌浆，塑料软管外涂覆有胶浆防粘剂层。

本发明提供的一种深厚砂砾石层灌浆装置以及利用该装置进行综合灌浆的方法，有益效果如下：

1、将深厚砂砾石层分为上层（60米～80米以上）和下层、分别采用套阀管灌浆法和孔口封闭灌浆法进行灌浆处理，对于灌浆装置，在上层灌浆时被作为套阀管使用；在下层灌浆时被作为孔口管使用，操作简单、快捷、高效、方便，施工人员劳动强度大幅降低。

2、通过在套阀管上橡皮箍圈的两侧分别焊接限位环箍并采用透明胶带将橡皮箍圈固定在出浆孔上的方式，有效地防止了橡皮箍圈在灌浆装置下设过程中发生位移，确保了套阀管开环、灌浆的效果。

3、套阀管法灌浆施工时以2～4个出浆孔环作为一个灌浆段长，采用长1.5米的单灌浆塞阻塞、纯压方式进行自下而上分段开环、灌浆，操作简单、工效高、施工安全，不易出现埋塞孔内事故。

4、下部地层孔口封闭法灌浆采用外壁涂刷胶浆防粘剂的塑料软管，有效地防止了灌浆过程中浆液粘附在软管管壁上、造成孔内灌浆管固管事故的发生。

5、很好的解决了深厚砂砾石地层钻灌施工易出现孔内事故的问题，达到了提高钻灌施工安全的有益效果。

6、机械设备使用率高，灌浆装置安装、拆卸方便，可以重复使用，费用较低，施工工效高，达到了大幅降低灌浆施工成本、加快灌浆施工进度和确保灌浆施工质量的有益效果。

7、复灌步骤的设计确保了套阀管法灌浆步骤后不会再出现漏浆的情况，保证了施工质量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明灌浆装置的结构示意图；

图2为本发明利用灌浆装置进行综合灌浆的示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种深厚砂砾石层灌浆装置，包括多段钢花管1螺纹连接形成的灌浆管，各段钢花管1上每隔一段间距开设有由多个出浆孔组成的出浆孔环2，每个出浆孔环2外套设有橡皮箍圈4，橡皮箍圈4两端通过限位固定组件紧固于钢花管1上，灌浆管底端安装有封底板6，灌浆管顶端设置有法兰盘7。

多段钢花管1之间通过螺纹连接头3螺纹连接形成灌浆管。

限位固定组件中，橡皮箍圈4两端各设置有限位环箍5，橡皮箍圈4两端通过透明胶带8与限位环箍5固定，防止橡皮箍圈4在整个灌浆装置下设过程中发生位移。

每段钢花管1上两个出浆孔环2之间的距离为30-40厘米，优选为34厘米。

螺纹连接头3为采用长10厘米、壁厚4毫米、直径为89毫米地质管加工成的螺纹连接头；钢花管为长6米、壁厚3.5毫米的直径为89毫米焊缝管。

每个出浆孔环2由四个孔径为10.5毫米的出浆孔组成，橡皮箍圈4宽8厘米、厚3毫米，弹性良好；透明胶带8的宽度为5厘米。

法兰盘7外径155毫米、内径89毫米，厚8毫米。

实施例二

如图2所示，一种利用上述装置进行砂砾石层综合灌浆的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：采用跟管钻机跟进直径为146毫米的套管钻进到60米～80米以上后，向钻孔内灌注填料形成填料层9，再将底端安装有封底板6的钢花管段放入钻孔内；

填料应通过导管从孔底连续注入，不应中途停顿，压注填料的时间不宜超过1小时，当孔口返出填料的密度与压注前填料密度差不超过0.02克/立方厘米并确定灌满后，方可结束填料灌注。

步骤2：将多段钢花管1以螺纹连接的方式逐节连接，并将其放入钻孔内与底端安装有封底板6的钢花管段拼接形成一个整体，在顶部的钢花管1上安装法兰盘7，完成所述厚砂砾石层灌浆装置的安装；

灌浆装置安装应平稳，不应强力下压或拧动，如果灌浆装置自重不足以保证下沉，可在管内填砂或注水加重。

步骤3：套阀管灌浆：以灌浆装置作为套阀管对上层灌浆段10进行灌浆：

步骤3-1：第一段灌浆：填料层9待凝3天以上后，以灌浆管上2～4个出浆孔环2的长度作为一个灌浆段长，采用单个灌浆塞阻塞、纯压方式进行自下而上分段开环、灌浆，进行第一段灌浆；

步骤:3-2：第二段灌浆：第一段灌浆结束后将单个灌浆塞向上拔起一段长度，用清水冲洗灌浆管道至孔口返清水，再通过加压将单个灌浆塞阻塞密实后，进行第二段开环、灌浆，完成第二段灌浆；

步骤3-3：重复步骤3-2，直至最后一段灌浆完成；

步骤3的采用水固比为5:1的稀膨润土泥浆进行开环。

步骤4：复灌：采用回转式钻机配直径73毫米的金刚石钻头扫孔至孔底，采用孔口封闭灌浆法进行水泥浆液全孔段灌浆，进一步封闭灌浆装置上的全部出浆孔，以便作为下层孔口封闭灌浆时的孔口管使用，灌浆时采用灌浆管顶端焊接的法兰盘7进行孔口封闭，并连接进浆、回浆管口。

步骤5：对下层灌浆段11循环钻灌：再次采用回转式钻机配直径73毫米的金刚石钻头扫孔至孔底后，将灌浆管下端的封底板6钻穿，使用直径73毫米的金刚石钻头采用孔口封闭灌浆法进行循环钻灌至终孔；

步骤6：终孔段灌浆结束后，扫孔到底后采用质量比为0.5:1的水泥浆液进行机械压浆封孔，即完成砂砾石层综合灌浆。

步骤1中，填料采用水泥、膨润土和水配制而成，水泥、膨润土和水的质量比为1:2-2.5:4-5，优选为1:2.2:4.5。

步骤3中，采用长1.5米的单灌浆塞阻塞、纯压方式进行自下而上分段开环、灌浆，采用水固比为5:1的稀膨润土泥浆进行开环。

步骤5中，灌浆时采用直径为2.5～3.8厘米的塑料软管作为射浆管下入孔内进行灌浆，塑料软管外涂覆有胶浆防粘剂层，防止灌浆过程中浆液粘附在软管管壁上，造成孔内射浆管固管事故。