水泥注浆技术范文

水泥注浆技术范文（精选9篇）

水泥注浆技术 第1篇

关键词：双液注浆,改造含水层,浆液配比

0 引言

在煤矿开采中, 底板注浆改造是区域性治理工作面底板突水的一项有效措施。在工作面回采前向回采工作面的下部承压含水层中施工一定数量的注浆改造钻孔, 用高压泥浆泵向其中注入水泥浆或水泥粘土 (黄土) 混合浆液, 让浆液充填承压含水层和底板隔水层中的裂隙和溶洞。将煤层底板的隔水层和含水层粘结成一体, 将含水层改造成隔水层, 增强煤层底板的隔水能力, 最终达到防煤层底板突水的目的。

而在实际施工中经常遇到地下动水, 长时间注浆不起压, 且间歇注浆效果不好, 造成浆液流失时, 起不到效果。采用水泥—水玻璃双液注浆, 将混合浆液通过注浆孔送入孔底, 在孔底附近一定范围内凝固, 对回采工作面区域范围内底板含水层进行改造, 确保工作面的安全回采。

1 采用技术原理

双液注浆主要作用是封堵裂隙, 将松散地层固结为整体, 隔离水源, 堵塞水点, 以减少涌水量, 改善施工条件, 达到最终的底板注浆改造目的。水泥浆和水玻璃溶液混合后立即发生反应, 很快形成具有一定强度的固结体。随着反应连续进行, 结石体强度不断增加, 早期强度主要是水玻璃反应的结果, 后期强度主要是水泥水化反应的结果。其主要适用于:

(1) 工作面预注浆、壁后注浆、堵特大涌水点注浆封堵等。

(2) 断层泥带, 当裂隙宽度小于1mm, 或渗透系数K≥1×10-5m/s时, 加固压浆优先选用水泥—水玻璃双液注浆。

(3) 断层破碎带, 当裂隙宽度 (或粒径) 大于1mm, 或渗透系数K≥5×10-4m/s时, 堵水注浆时。

(4) 对于底板注浆加固, 下套管孔内有水固管时, 需采用水泥—水玻璃双液注浆特殊注浆工艺。

2 注浆应用

2.1 注浆扩散半径

浆液扩散半径 (浆液的有效范围) 与岩石裂隙大小、浆液粘度、凝固时间、注浆速度和压力、压注量等因素有关。水泥—水玻璃浆液实际的有效扩散半径见表1。

2.2 注浆压力

注浆压力大小影响注浆效果, 其大小决定于涌水压力 (工作面静水压力、突水的动压力) 、裂隙大小和浆液的性质各浓度、要求的扩散半径等。注浆压力可参考下列经验公式:

地表注浆P= (0.02~0.05) H1

井下注浆P= (0.02~0.05) H1K

式中:H1———孔口至静水位高度 (m) ;

K———修正系数, K=1.2~2.0;

P———注浆压力 (MPa) 。

2.3 浆注浓度

水泥—水玻璃浆液的配方就综合考虑凝结时间、结石体强度以及施工操作等因素。底板岩石裂隙越大, 用浆也越浓。每次压浆时应先稀后浓。浆液的常用配方见表2。

表2说明:

Ⅰ) 模数描述水玻璃中二氧化硅与碱金属氧化物物质的量之比。

Ⅱ) 浓度以Be' (波美比) 表示。波美度与比重的换算公式为:

Ⅲ) 水泥—水玻璃浆液的适宜体积比宜通进行试验确定。

2.4 注浆压力的控制及浆液配比的变换

注浆过程中, 合理地选择与控制注浆压力, 适时地变换浆液配合比, 并使它们之间很好地配合, 是保证注浆质量的重要因素。

(1) 注浆压力的选择与控制

水泥—水玻璃浆液的胶凝, 充塞过程不同于水泥浆液。水泥—水玻璃注浆压力控制通常根据该孔所需浆量, 在规定压力下, 每一级浓度浆液的累计吸浆量达到一定限度后, 调换浆液配比, 逐级加浓, 随着浆液浓度的逐级增加, 裂隙逐渐被填充, 单位吸浆量逐渐减少, 直到结束标准时, 即结束注浆。

(2) 浆液浓度的选择与变换

由于各孔段裂隙大小、分布情况各疏密程度都不一样, 每一注浆段中各种宽度的裂隙所占的比例也不相同, 合理的注浆浓度需适应上述二种情况。为适应大小不同的裂隙, 一般是先压稀浆后压浓浆。浆液浓度的变换, 是在同一浓度下一步注浆持续一定时间后, 或压入量达到一定数量, 而注浆压力、吸浆量均无显著改变时, 即可加浓一级。若加浓后压力显著增大, 或吸浆量突减时, 均说明浓度变换可能不当, 应立即换原来浓度。

2.5 浆液注入量

浆液压入Q, 可根据扩散半径及岩层裂隙率进行粗略估算, 作为施工参考。

式中:r———浆液扩散半径 (m) ;

H———压浆段长度 (m) ;

η———岩层裂隙率, 一般取1%~5%;

β———浆液在裂隙内的有效充填系数, 约0.3~0.9, 视岩层性质而定。

对于大的溶裂、大的溶洞, η (裂隙率) >5%时, 浆液注入量难以计算, 因此, 在这种情况下, 宜用注浆压力控制注浆量, 注浆量只能按注浆终压规定值时的注浆总量来决定。

2.6 注浆结束标准

注浆结束标准, 一般以两个指标表示, 一是最终吸浆量;另一是达到预定设计压力 (即终压) 时的持续时间。一般水泥—水玻璃双液结束标准是:注浆压力达到设计终压;吸浆量为40L/min, 稳定约30min即可结束。

在正常的情况下, 一般采用定压注浆, 当注浆压力达到或接近终压时结束注浆, 而当压力接近终压或达到终压的80%时, 如出现较大的跑浆, 经间歇注浆后达到或接近终压也可结束注浆。

3 应用效果

在郑煤集团超化煤矿21121工作面注浆堵水中, 由于出水点附近底板破碎, 造成各钻孔施工后注浆期间出现不同程度的串孔现象, 在加骨料海带、黄沙均不起作用的情况下, 我们试验试用了水泥—水玻璃双液浆注浆, 注浆配比经平地试验后, 现场调试, 由平地注浆泵站往井下压送水泥浆, 井下注浆泵压送稀释后的水玻璃, 两趟管路在注浆孔口通过特制三通混合器混合后压入孔内, 采用上行连续注浆的方式注浆, 起到了良好的注浆效果。

4 总结

桥墩基础注浆加固技术 第2篇

【摘 要】江西省萍乡市芦——武公路的桂花桥桥墩采用扩大基础，由于长期受河水的冲蚀，大部分花岗岩被风化剝蚀，导致桥墩下陷、桥面铺装层开裂。对基础进行注浆加固，取得了较好的效果。

【关键词】风化剥蚀；地基下陷；注浆加固

1. 工程概况

“芦万武”旅游公路——桂花桥2#墩扩大基础，其迎水面长期受河水冲蚀，将桥墩基础周围的覆盖层冲走，基础直接暴露在外。扩大基础底部的花岗岩层，由于长期的裸露及河水冲涮，产生了严重风化剥蚀，扩大基础底部局部被掏空（如图1）。桥墩基础部位产生不均匀沉降，导致该桥桥面2#墩位置沿迎水面严重倾斜、倾斜部位桥面护栏立柱受下沉挤压明显损毁（图2），如不及时处置，将有进一步扩大趋势。

图1 被冲蚀的桥墩基础

图2 桥面明显下沉

2. 加固目的及原理

（1）钻孔压密注浆是采用机械钻孔至完整基岩内，下入注浆导管后，通过高压泵将水泥浆液泵送压入地下，水泥浆在压力作用下，沿地层孔隙（裂隙）流动，达到扩散充填和后期固化胶结，有效提高扩大基础下承层的承载力。

（2）有关研究表明，在注浆压力的作用下，将粘稠的浆液注入加固对象所形成的浆泡体，会使加固对象中产生极其复杂的应力体系，浆泡面附近虽因受扰动在其密度特征方面没有明显的增加，但距浆泡体0.5～1.8m加固范围内均能受到明显的加固。压浆过程中所产生的上抬力量足以将上覆结构或需加固体向上抬动。根据上述原理，通过采用压密注浆手段，在基础底部及周边形成浆泡体，能够使基础底部及周边的土体得到有效的加固，不仅能够有效地使基础底部被风化剥蚀所形成的空洞和软弱层得到充填和加固，也使基础下部岩层的承载能力得以增强，进而达到控制桥面沉降的目的。

3. 加固施工

3.1 场地布置。

施工前应对桥墩基础进行围堰止水，清理桥墩基础周围漂石，并回填渣土至常水位以上0.8～1.0m用以作为注浆处理的工作平台。

3.2 注浆钻孔布置。

按浆液扩散半径为0.5m考虑，本次注浆钻孔孔距为1.0m，沿墩身向外0.20m为第一排注浆孔，向外1.20m为第二排注浆孔，基础迎水面布置三排注浆孔，孔位与孔位之间以梅花型错位布置（如图3）。施工的第一排注浆孔向基础内侧倾斜，倾角80°，以便尽量将水泥浆液压入扩大基础底部，充分充填基础下部的空洞和固结底部基岩。其余注浆钻孔倾角均为90°直孔。

图3 桥墩基础加固示意

3.3 施工技术。

（1）此桥墩共施工64个钻孔，考虑到注浆孔施工范围卵石层和岩层，注浆花管若采用传统的吊锤打入方法则施工难度较大，故决定采用钻机钻孔，再将注浆花管压入孔内注浆。采用从迎水面到背水面施工的顺序，防止在施工中迎水面继续下陷。每个注浆孔孔深不低于6m。

（2）本次施工主要加固材料为水泥，浆液配合比确定为：P.O 32.5级普通硅酸盐水泥∶水∶水泥添加剂=100∶65∶0.5。

（3）注浆顺序按跳孔间隔注浆方式进行，本工程采用二次加密法逐渐加密，并采用先外围后内部的注浆施工方法，对于渗透系数相同的土层，首先采用注浆封顶，然后由下而上的施工方法，防止浆液上冒。

（4）注浆孔注浆压力一般为0.5～1.0MPa。个别注浆压力达到了1.5～2.0MPa。

（5）一般情况下二次注浆需要待水泥凝固后，重新透孔然后进行二次水泥灌注，现在我们在第一次注浆后马上下入一根16#钢筋及水管一根，在水管上钻小眼，然后用胶带包好，待水泥初凝后进行第二次注浆补强。效果明显，一般泵压会达到1.4MPa左右。

图4 充填水泥样

4. 施工中的问题及解决方法

4.1 地面冒浆。

（1）场地在施工前对桥墩基础进行围堰止水，清理桥墩基础周围漂石，并回填渣土至常水位以上0.8～1.0m用以作为注浆处理的工作平台。其回填层的密实度不够，在注浆过程中冒浆现象较为明显，造成了水泥浆液的流失，资源的浪费。

（2）解决方法：清理回填土0.5m左右，然后用水泥及沙搅拌均匀在重新回填并夯实，提高工作平台的强度。

4.2 串浆。

浆液从其他注浆孔返出的现象。

解决方法：加大跳孔的间隔，待水泥充分凝固后再施工附近的注浆孔；或者两个注浆孔同时注浆。

4.3 浆液过量流失。

在注浆过程中有的浆液在距注浆孔5～6m处有冒浆的现象。

解决方法：采用低压自流的方法注浆；采用较浓泥浆或增加速凝剂；间歇性注浆。

5. 注浆效果

（1）工程结束时，进行了注浆质量抽心检查，在2#桥墩迎水面2-58孔、2-62B、和2-61B中，可见充填的水泥样（如图4）。

（2）施工前，我们监测了桥面高程，在注浆加固结束后，下陷的桥面比施工前上升4cm，事实证明，我们在施工过程中所采用的措施是成功的。

参考文献

[1] 张永成，董书宁等，矿井注浆施工手册[M].北京：北京：煤炭工业出版社 2013.

[2] 张永成.注浆技术[M].北京：煤炭工业出版社 2012.

[3] 尹德战，江多如等.张集煤矿第二副井及东回风井压力注浆技术应用[M]探矿工程 2014.

[4] 杨立光，水泥灌浆加固高回填地基[M]建筑施工 2014.

水泥注浆技术 第3篇

1 病害形成原因

脱空病害的产生有其内在因素和外界因素:内在因素是基层本身的质量、组成以及混凝土面板接缝状况;外界因素则是汽车荷载和气候变化。基层材料其模量远小于混凝土面层的模量。在重车荷载的反复作用下, 板下基层将产生累积塑性变形, 使混凝土板的局部范围不再与基层保持连续接触, 于是水泥混凝土路面板底与基层之间将出现微小的空隙, 即为原始脱空区。当路面接缝或裂缝养护不及时, 雨水从破损处侵入基层, 渗入的水将在板下形成积水 (自由水) 。积水与基层材料中的细料形成泥浆, 并沿面板接缝缝隙处喷溅出来, 形成唧泥。

2 脱空判定方法

脱空板可采用人工观察法、弯沉测定法等方法来确定。人工观察法是通过肉眼观察接缝、裂缝、唧泥等情况初步判定脱空。弯沉测定法是测试板角弯沉, 如果超过某一限值, 即认为存在脱空。《美国路面修复手册》中规定, 凡弯沉值超过0.635mm的, 应确定为板块脱空。在我们管养项目凡弯沉值超过0.2mm的, 或差异弯沉大于0.06mm的, 均认为板底可能出现脱空现象。

3 压浆的作用

压浆处治技术, 是针对混凝土路面出现的板块脱空危害而提出的修复板底基层密实, 确保板底均匀支撑的技术措施, 其作用为:通过压浆处治, 可以充实板底脱空, 恢复密实, 改善面板的支撑状况, 使混凝土板的受力状态符合设计原理, 避免混凝土路面板过早损坏。通过对板底脱空的压浆处治, 由于压浆材料本身稳定性好, 强度大, 加上浆体的流动性能好, 在压力作用下, 有较强的渗透力, 因而能够改善基层和路基的密实度和水稳定性, 从而增加基层的稳定性, 增强路面的使用寿命。

4 压浆技术工艺

水泥混凝土路面压浆技木是采用岩工机具钻孔穿透水泥面板, 向板下填充水泥灰浆液, 通过施加高压, 使板底基层松散处得以填充密实、基层与面板脱空处能够联结密实以达到面板均匀传荷目的。压浆处治主要的施工工序为定板、布孔、钻孔、压浆、封口、养护。

4.1 布孔

布孔一般按照梅花状布置, 行车道布8孔, 超车道8孔。对有少量断裂的板块 (如板块断成二块) , 压浆孔作适当调整, 在断缝两侧各增加1~2孔。钻孔前由技术人员选择布孔位置, 孔位选择在板的四边, 距板边各50cm为宜, 一般避免在板中央位置布孔。如遇裂缝板, 则考虑在裂缝周边布孔, 孔位与裂缝间距要大于30cm。

4.2 钻孔

采用钻孔机钻孔, 为保证施工的连续性, 钻孔应按确定的孔位提前进行, 孔深以穿透板厚为宜。钻头选择直径3cm, 泥板块+沥青面层总厚约31.5cm, 钻孔深度控制在35cm-40cm之间, 并不得小于35cm。用吹气的方法形成空腔, 以便于灰浆的初始分布, 用3cm橡胶管安插在孔口作为衬垫。橡胶管外径与孔径一致便于使灌浆栓塞与孔口紧密结合, 防止漏浆, 钻孔后用红漆在板面标注各孔压浆顺序。

4.3 压浆

4.3.1 制备灰浆混合料

压浆施工所用混合料指导配合比为:

普通硅酸盐水泥42.5粉煤灰:水:JK-24:铝粉=1:0.6:0.7:0.16:0.001

将水泥和粉煤灰按比例放入砂浆搅拌筒内, 搅拌15秒, 然后加入JK-24及铝粉, 搅拌15秒, 再加水搅拌。投料过程中不停搅拌直至浆液均匀, 将浆液送入搅拌器用泵送出。

4.3.2 板下压浆

将灌浆栓塞打入孔中, 锚固于水泥板块, 栓塞底部适当离开基层, 软管出料口套在栓塞上并固定好, 如果连接部牢固或密封不够, 就会发生漏浆、暴孔、压力打不上等现象。锚固牢靠后, 开支栓塞泵, 待运转正常后, 启动灌浆泵, 同时打开搅拌机底部出料开关, 开始连续地向泵内送灰浆, 直到观察到灰浆从一个孔流入另一个孔, 当观察到板开始抬升或灰浆流动线路内的压力迅速升高时, 停止泵送。压注浆液时, 应缓慢均匀加压, 一般当压力达2.5~3MPa之间某一值时, 应保持稳压状态2~3min以上, 让浆液在板底充分流动渗透, 以达到挤密和充实的效果, 然后打开卸荷开关, 缓慢降压, 压力回零。根据施工经验, 压浆时压力一般控制在1~4MPa, 其中锚台沉板压力为2~4MPa;一般脱空板为1~3MPa;唧泥、裂缝板压力一般为2~3MPa即可, 在施工过程中应随时观察控制。压浆过程中, 相邻孔 (板) 压浆间隙均应不停止制浆搅拌, 以保持浆液均匀, 不离析。

压浆过程中压力的确定至关重要, 压力过大易造成面板拱起断裂, 过小则无法压满。而压浆机因型号不同, 压浆时压力表所反映的压力也不同, 因此在压浆前应对起压力表进行测定, 并在施工现场作试验标定。压浆过程注意事项如下:

当混凝土板纵、模缝隙有浆液冒出时, 继续灌浆5~10秒即应停止, 板底有积水处, 积水会在浆液压力下从缝隙冒出, 此时需继续压浆, 直至浆液冒出5~10秒后停止 (这种情况下压力为2~3MPa) 。

对于板缝及边缘冒浆, 压力无法达到规定值的, 则先让浆液顺板缝自由冒出, 浆液凝固后, 再重新钻孔压浆, 一直到压力达到上述要求为止。

浆液从相邻板缝隙或硬路肩缝隙冒出时, 立即停止灌浆。

需顶升混凝土板块时, 当板块顶升至高出正常板1~2mm, 立即停止灌浆, 此时随着灌浆压力的撤离, 板块会由于重力作用下沉1~2mm, 正好与正常板平齐 (这种情况下压力一般为2~4Mpa) 。

当压力表指针异常跳动或发电机声音突然增大应立即停止灌浆。

压浆时若发现灰浆已从压孔或者压过的孔溢出时应用木塞压紧10分钟, 拔出木塞具, 此孔无须再进行压浆。

压浆时应注意高压管前不能站人, 防止喷浆 (水) 伤人;经常检修机械, 作好防潮、防水、防漏电工作, 避免安全事故的发生。

每次压浆施工收工时, 必须用清水冲洗搅拌桶, 此时液压泵照常工作, 使水经管道、压浆泵从高压管中排出, 将各部件残留浆液彻底排除冲洗干净。

4.4 封口

压浆结束应立即拔出灌浆栓塞, 立即插上木塞, 以便有足够的时间使灰浆充分凝固。如孔内浆液下降, 应从混凝土缝隙处取浆液填至混凝土板面平齐。在不会回复压力, 确保灰浆不会从孔中挤出时, 方可将木塞拔出, 并用快凝水泥砂浆永久性密封孔口, 并抹平。

4.5 养护

灌浆后的2小时内禁止车辆通过灌浆区, 一般养护期为3天。

5 结束语

水泥混凝土路面养护中压浆技术的运用, 体现了养护工作方针"预防为主, 防治结合"宗旨。把混凝土路面的养护列入预防性工作范围。对延长混凝土路面的使用寿命, 防止混凝土路面的早中期破坏将有积极作用。

参考文献

岩溶路基注浆加固施工技术 第4篇

【关键词】岩溶路基注浆

一、岩溶路基注浆加固及其加固原则

岩溶路基注浆加固处理分钻孔施工、注浆施工和检测三个环节，包括原地面处理及选取先导孔、布孔放样、钻机与注浆设备就位、下套管固结、钻孔、基岩钻进、终孔、安装孔口盖或混合器、浆液制备、压力注浆、压浆结束、检测等12道工序，其中，钻孔、浆液制备和压力注浆为关键工序。依据地形地貌、地层结构、地质构造、岩溶发育特征及地下水动力条件，对易引起路基变形的岩溶不稳定或欠稳定区进行岩溶注浆加固处理。坚持“先探后灌，探灌结合”及“跳孔施钻，同步注浆”原则，先行探明岩溶发育、分布等情况，再进行相应处理，注浆孔应跳孔施钻，同步注浆。对空洞部分先采用中粗砂或粉煤灰等进行填充后，再行注浆。

二、具体施工实施

1、原地面处理及选取先导孔

清除表面30-50cm杂草、腐殖土，进行场地整平。施工场坪标高原则上不得低于侧沟平台标高。施工前向有关部门收集和调查地下设施、地下管线的具体位置情况。选取先导孔。

2、布孔放样

首先采用全站仪逐段放出路堤坡脚线，然后依据设计将各段坡脚线向外侧延伸，作为岩溶注浆的施工范围。并根据设计要求将孔位逐一施放。

3、钻机与注浆设备就位

注浆孔位施放后，移动钻机就位。开钻前确保机身平衡。各类设备就近安裝，注浆管线固定，不宜过长，以防压力和流量损失。钻机可采用XY-100地质钻机。

4、导孔钻进

根据探灌相结合的原则，钻孔分为先导孔和一般注浆孔，选取钻孔总数的30%作为先导勘探孔，探明岩溶发育情况。施工时首先施钻先导孔，待先导孔完成后，整理资料，上报给相关单位，以确定合理的岩溶地基处理相关参数及施工工艺。钻孔完成后，及时对岩芯进行编录，分层记录不同土层和岩层的深度，岩溶发育的情况以及地下水位深度，绘制地质柱状图。

5、注浆施工

成孔后，进行清孔检查，确认没有坍孔和探头石后，方可下管。否则，采用钻机进行扫孔。注浆管外露长30cm左右，以便连接孔口阀门和管路。在固结后的套管上安装孔口盖或混合器，其上应有标定好的压力表和进浆阀门，注浆口安装流量计，标定并铅封。开泵前先将三通转芯阀调到回浆位置，待泵吸水正常时，将三通回浆口慢慢调小，泵压徐徐上升。依据设计的配合比配置浆液，并要结合现场实际情况，浆液固结度、结石强度和黏度要符合设计及规范要求。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌入中粗砂或稀水泥砂浆对溶腔进行充填，再采用煤灰水泥浆液或双液注浆。用1.5～2倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查，检查管路系统能否耐压，是否渗漏，检查设备机况是否正常。试运转20min左右，使设备充分热身。跳孔施钻注浆孔，同步注浆，以免孔间串浆，增加难度与工作量。注浆施工按自路基坡脚向线路中心的顺序进行，先两侧后中间，当地下水有水头压力时，应先注下游孔，再注上游孔。注浆压力控制与岩层地质有关，应依据设计压力控制范围施注，过程中要视注浆深度和地下水位等情况随时调整注浆压力、注浆量及注浆速度。注浆应自下而上，且连续进行。

6、拔管、封孔

注浆结束，检查合格后，卸下法兰盘，采用拔管机立即拔管。每次上拔高度50cm左右，拔出后，及时刷洗，保持注浆管清洁、通畅。拔出管后留下的孔洞，用水泥浆进行补灌，直至浆液不再下降，并采用C15混凝土进行封堵，确保严实、饱满。

7、一般注浆孔钻进与注浆

先导孔施工完毕后，根据动态调整后的不同深度的注浆压力、注浆量、注浆速度、配合比等施工参数，对一般注浆孔进行施工。

8、注浆效果检查

可通过物探、钻芯、水压试验法、注浆观察、瞬间面波法等检测注浆效果。重点检查是否有充填结石体，检测充填率、结石体强度等。其中，综合物探检测采用标贯法和触探法对注浆前后的土体、桩体分别进行测试，检查注浆效果。钻孔检查，检查孔数为5%，较为直观，根据取芯浆液充填情况直观判断注浆效果。

三、主要注意事项

1、施工前应进行注浆等工艺性试验，合理选择注浆工艺，确定注浆压力、浆液配比、单位注浆量等相关参数，确定停止注浆标准条件等。

2、钻孔孔位应按设计要求进行布孔，孔位偏差、钻孔深度及钻杆垂直度等都要满足设计和规范要求，芯样应按规定摆放并拍照留存。机具设备要满足施工需要，正式钻进之前要进行试运行试验。做好钻探施工纪录，记录应详细反映该孔在钻进过程中涌水、漏水及土层分界等情况，钻孔过程中若出现掉钻情况须详细记录并量测空间的深度、大小及充填物情况。岩石破碎或取不上来时须采用干烧钻进，保证芯样完整。

3、浆液制备所用的固化料或外加剂品种、规格及质量应符合设计要求，须严格按照设计配方和试验确定的配合比拌制，制备好的浆液应均匀，不得离析。搅拌机计量系统应进行标定，浆液的水泥、水及外掺剂必须按室内试验和现场试注确定的配合比严格计量，采用搅拌机均匀拌制，正式搅拌前须进行试拌试验。浆液应随拌随用，浆液在泵送前应经过筛网过滤。注浆过程中须连续不停地搅拌浆液，以防浆液沉淀，且不得将盛浆桶和注浆管路等暴露于太阳光下。

4、成孔后，应将孔口套管四周捣实封闭，防止浆液从套管周围串出，影响注浆效果。注浆结束后及时用水泥砂浆封孔至孔口。

5、注浆过程中应对地面水平位移、地面沉陷、冒浆点位置等进行监测，并做好注浆孔深、注浆压力及注浆数量等记录。做好技术资料和基础数据的整理及分析工作，根据观测数据控制注浆压力。注浆数量对每个孔来讲不应以平均量来衡量，由于岩溶及地下水发育的特殊性和复杂性，单孔注浆量应根据现场钻孔的岩溶分部和发育情况进行调整。注浆过程中尽可能控制流量和压力，防止浆液流失。各孔注浆量可能会有较大的差异，遇到单孔连续吃浆量较大且不见升压时，应提高浆液浓度，或间歇注浆，保证注浆量可控，必要时，须提请有关多方会勘处理。

6、施工过程中不得任意引排地下水，严禁抽采地下水，附近如有其他工程或民用抽采地下水，应及时协商解决，采取有效措施进行控制，并加强监测，防止坍陷，规避施工人员及机具设备安全隐患。

7、开启或关闭注浆泵时必须先开启或关闭化学注浆泵，以免堵塞管路。注浆过程中应避免高压喷嘴接头断开或软管破裂导致浆液喷射、软管甩出而引发安全事故。

8、施工中钻机应置放于平整坚实的基面上，移位时应平稳并保持立杆垂直，防止倾塌，并注意用电安全。

参考文献

[1]高速铁路施工工序管理要点.北京：中国铁道出版社，2012.

速凝剂对水泥注浆材料性能的影响 第5篇

1 实验部分

1.1 原材料

水泥:“天山”牌32.5复合硅酸盐水泥, 基本指标见表1;减水剂:“建新”牌FDN-2萘系高效减水剂, 棕黄色粉末, 减水率约20%;速凝剂:“大通”牌速凝剂, 浅棕黄色粉末;三乙醇胺:分析纯;氯化钙:分析纯。三乙醇胺和氯化钙以1∶10 (质量比, 下同) 混合作为速凝早强剂使用。

1.2 配合比

注浆材料为便于灌注, 要求流动性要好。因此, 本试验设计的注浆材料配合比, 要使初始流动度控制在24~26 cm。具体配合比见表2。

1.3 试验方法

水泥浆液采用水泥净浆搅拌机搅拌。速凝剂和速凝早强剂均溶入拌和水中, 浆液搅拌时间约为3min, 将搅拌好的浆液倒入4 cm×4 cm×16 cm水泥砂浆三联钢模成型, 同时测量浆液流动度和凝结时间。成型的试件覆盖薄膜后置于混凝土标准养护箱中养护, 24 h拆模后继续养护, 最后测量相应龄期的抗压强度。浆液流动度试验按GB 50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》附录A进行, 凝结时间试验按GB/T 1346—2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行, 各龄期的抗压强度试验按GB/T 17671—1999《胶砂强度》进行。

2 结果与分析

按照表2的配合比进行试验, 每个配比做3次试验, 试验结果取平均值, 见表3。

2.1 速凝剂对凝结时间的影响

速凝剂掺量对凝结时间的影响见图1。由图1可知:速凝剂掺量在6%以下时, 对凝结时间的影响不大;之后, 随着速凝剂掺量的增加, 凝结时间缩短;当掺量超过10%以后, 速凝剂掺量对凝结时间的影响不明显。

以三乙醇胺和氯化钙作速凝早强剂使用, 速凝早强剂掺量对凝结时间的影响见图2。由图2可知, 水泥浆的凝结时间随速凝早强剂掺量的增加而缩短。当三乙醇胺掺量低于0.05%、氯化钙掺量低于0.5%时, 或者当三乙醇胺掺量高于0.3%、氯化钙掺量高于5%时, 对凝结时间的影响不明显;三乙醇胺掺量为0.05%~0.3%、氯化钙掺量为0.5%~3%时, 对浆体凝结时间的影响较大。

根据表3的数据还可以看出, 向水泥浆中同时掺加8%的速凝剂、0.1%的三乙醇胺和1%的氯化钙时, 水泥浆的初凝时间及终凝时间较单独掺加速凝剂或速凝早强剂时明显缩短。

2.2 速凝剂对抗压强度的影响

速凝剂能提高水泥浆的早期抗压强度, 但影响后期抗压强度。速凝剂掺量对抗压强度的影响见图3。由图3可知, 当速凝剂掺量在6%以下时, 其对水泥浆各龄期的抗压强度没有明显影响;速凝剂掺量为6%~10%时, 前7 d抗压强度随速凝剂掺量的增加而显著增大, 最高增幅达81%, 但28 d抗压强度稍有下降;速凝剂掺量超过10%以后, 前7 d抗压强度增大趋势减缓, 而28 d抗压强度明显降低, 强度损失率达20%。

以三乙醇胺和氯化钙作速凝早强剂使用, 在一定掺量范围内能提高水泥浆各龄期的抗压强度。速凝早强剂掺量对抗压强度的影响见图4。由图4可知, 当三乙醇胺掺量低于0.05%、氯化钙掺量低于0.5%时, 水泥浆各龄期的抗压强度基本没有变化;当三乙醇胺掺量为0.05%~0.1%、氯化钙掺量为0.5%~1%时, 水泥浆的早期抗压强度随掺量的增加而显著增大, 1 d抗压强度可达2.2 MPa, 3 d抗压强度增幅达150%, 7 d抗压强度增幅达90%;当三乙醇胺掺量在0.1%以上、氯化钙掺量在1%以上时, 随速凝早强剂掺量的增加, 水泥浆抗压强度趋于平稳。

从表3的数据还可以看出, 向水泥浆中同时掺加8%的速凝剂、0.1%的三乙醇胺和1%的氯化钙时, 水泥浆1 d抗压强度可达4.9 MPa;3 d抗压强度达17.3MPa, 强度增幅500%以上;7 d抗压强度30.9 MPa, 强度增幅100%以上;28 d抗压强度达42 MPa, 强度增幅20%。这表明按一定量复掺这两种外加剂, 可取得比单掺更好的效果。

3 结论

1) 速凝剂掺量在6%~10%变化时, 随速凝剂掺量的增加, 水泥浆的凝结时间缩短, 前7 d抗压强度迅速增大;速凝剂掺量超过10%后, 对凝结时间的影响不太明显, 但显著降低水泥浆的后期抗压强度。

2) 三乙醇胺和氯化钙以1∶10比例混合作速凝早强剂使用时, 能缩短水泥浆的凝结时间, 其促凝效果不及速凝剂, 但能提高各龄期水泥浆的抗压强度。

3) 速凝剂和速凝早强剂以一定比例复合使用, 可取得比单掺更好的效果, 既明显缩短凝结时间, 又可大幅提高各龄期的抗压强度。

参考文献

[1]沈春林.地下防水工程实用技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.

[2]刘文永, 王新刚, 冯春喜, 等.注浆材料与施工工艺[M].北京:中国建材工业出版社, 2008.

水泥注浆技术 第6篇

关键词：复合地基,地基承载力,注奖压力,软弱地基

对局部含有多层软弱土层的软弱地基, 通过采用高压喷射注浆和水泥碎石桩共同发挥作用，浆液在松散砾砂中渗透、扩散、固结，同时水泥碎石桩挤密周围土体构成的复合地基对提高地基承载力，具有施工方便、承载力高、机械使用灵活、不受场地大小限制、节约投资、工期短、安全可靠等优点。

2007年设计的柳州某变电站110kV GIS综合楼工程，为二层工业建筑，底层是10kV高压室，二层布置有主控室和GIS室，其中GIS室层高高达10m，其室内要安装外形尺寸庞大且重量很重的GIS设备，屋顶还安装有10t吊重的吊车。按《35～110kV变电所设计规范》规定，GIS室楼面活荷载应按10kN/m²考虑设计，由此可见，该工程地质状况不容忽视。

（一）地质概况

该110kV GIS综合楼建在原有变电站一处空地上，地型较平坦，地质条件大部分地基土均是表层为0.5～1.9 m厚的素填土，下接硬塑状红粘土，承载力为220kPa，是较好的基础持力层。唯有西北角一小块大约15～20 m²的局部地基是由 (1) 层素填土、 (2) 层软塑状粉质粘土和 (3) 层松散状砾砂所构成的软弱层地基，其中 (2) 层软塑状粉质粘土层厚7.5～8.5m，地耐力为70 kPa， (3) 层松散状砾砂层厚5.7～6.5m，地耐力为85kPa。图1阴影部分即为不良地基软弱土层分布位置。

（二）采用高压喷射注浆联合水泥碎石桩的原因

从图1的不良地基分布位置可看出，该工程大部分地基较好，只有一个柱子位于不良地基处，为节约资金，缩短工期，工程决定采用浅基础设计，针对这局部的软弱地基，通过对置换垫层、强夯、深层搅拌等几种方案的选择比较，均认为造价高、工期长、土方工程量大，且受放坡系数的限制，放土场地小，施工困难等原因未予采用。在充分计算和论证的基础上，最后决定采用高压喷射注浆联合水泥碎石桩分别加固处理 (3) 层松散状砾砂层和 (2) 层软塑状状粉质粘土层形成复合地基，之后按此二层复合地基地耐力较小层进行设计。

（三）复合地基承载力的确定

该工程不良地基占地约15～20 m²，在这15～20 m²范围内分两层进行处理，加固孔共7个，孔位呈“*”形布置(如图2示)，其中注浆孔3个，用于处理位于基岩面上的 (3) 层松散状砾砂层;挤密水泥拌碎石孔4个，用于挤压加固 (2) 层软塑状状粉质粘土层。两层经过处理的复合地基的承载力都是同时考虑了加固体与原状土的地基承载力。

(2) 、 (3) 层复合地基的地耐力均可按下式计算：

式中fspk——复合地基承载力特征值(kPa);

fsk——处理后桩间土承载力特征值(kPa);

Ra——单桩竖向承载力特征值(kN);

m——面积置换率(m=d²/de²);

AP——桩的截面积(m²);

β——桩间土承载力折减系数;

up——桩的周长(m);

n——桩长范围内所划分的土层数;

qsi、qp——桩周第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值(kPa);

li——第i层土的厚度(m)。

1. (3) 层高压喷射注浆复合地基承载力计算

注浆孔孔径Ø150，孔位呈等边三角形布置，因此有：

2. (2) 层水泥碎石桩复合地基承载力计算

孔径Ø150，孔位呈正方形布置，因此有：

从以上估算来看，两层复合地基承载力均可得到很大程度的提高，除去 (1) 层表土后，可以 (2) 层水泥碎石桩复合地基作为基础持力层。

（四）高压喷射注浆法和水泥碎石桩的施工

施工顺序是先采用高压喷射注浆法处理处于基岩面上平均厚度为6.1 m的第 (3) 层松散状砾砂层，后施工平均厚度为8m的第 (2) 层软塑状状粉质粘土。

1. 高压喷射注浆加固处理

注浆孔按三角形布置，孔深至基岩面，以GY-1型钻机冲击成孔，孔径Ø150，成孔后，采用三管法灌入喷射管，自下而上注入1∶1水泥浆掺5%～10%水玻璃的混合液，注浆压力为0.3～0.5MPa。

3个注浆孔，4个钻工人外加2个搅浆工人作业，从钻孔到灌浆完工，需3～5天。

2. 水泥碎石桩的施工

桩孔按正方形布置，孔深9～11m，同样GY-1型钻机冲击成孔，孔径Ø150，成孔后，以1∶4水泥、碎石干拌后倒入预成孔内，边倒边以重锤冲击挤密，直至基础设计底面标高。4个碎石桩孔，4个钻工人外加2个搅浆工人作业，从钻孔到灌浆完工，需5～7天。

（五）结束语

软弱地基加固处理施工结束后，由于受持续低温阴雨天气的影响，水泥浆液固结缓慢，处理后的复合地基的力学强度达不到相邻柱基持力层的力学强度。最后通过加大此复合地基上的柱基面积，并在基础面设置圈梁加强上部结构的整体刚度，以减少不均匀沉降。

通过计算比较和实际施工检验，采用高压喷射注浆法或水泥碎石桩、或者二者联合使用处理软弱地基，工期短、造价低、计算简便、安全可靠、施工方便、使用机具简单，特别适合中、低层建筑的软弱地基的处理。

参考文献

[1]GB50059-92, 35～110kV变电所设计规范[S].

[2]JGJ79-2002, 建筑地基处理技术规范[S].

[3]GL/T5200-2004, 水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].

[4]GB5007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].

水泥注浆技术 第7篇

关键词：岩心,钻探,泥浆,护壁

随着社会的不断进步, 国民经济的飞速发展, 我国的矿产资源已经面临快要枯竭的尴尬境地, 一些经济十分发达的地区其浅部矿产资源日渐稀少, 已经濒临危机。为了确保社会经济在满足可持续发展的前提下, 还能够快速发展, 就必须使矿产资源的勘查开发力度加大, 向深部地区勘探。这就要求钻探技术必须与时俱进, 能够满足在复杂地层进行钻探的施工要求, 同时还要做好岩心钻探泥浆护壁防塌工作, 以确保钻探施工的顺利进行。

一、岩心钻探存在的问题及对冲洗液的若干要求

1. 岩心钻探存在的一些问题。

复杂地层的深孔钻探还存在以下问题: (1) 回转阻力较大, 材料与动力消耗也很大, 而且孔内事故较多。随着孔深的不断增加, 摩擦阻力不断增大以及孔内钻杆的不断增长。对于绳索取心钻探来说, 不仅使钻机的负荷增大, 加快钻杆磨损, 同时还很难使转速提高, 极易引起钻杆断裂等孔内事故。所以应及时采取相应的润滑措施, 使钻杆回转阻力有效减少; (2) 钻头的使用寿命缩短。由于深孔钻进, 使得钻压很难准确控制, 再加上钻杆的接头密封欠佳就容易产生泄漏, 无法保证冲洗液能够全部都送到孔底, 进而形成假循环, 导致钻头微烧而缩短钻头的使用寿命; (3) 施工成本高, 钻进效率低。在复杂地层实施深孔钻进, 由于施工周期较长, 如果护壁措施不当, 就会导致孔内事故增多, 影响钻进效率, 进而使施工成本增高; (4) 孔壁失稳, 且护壁困难。在复杂地层进行钻进, 其地层越复杂、孔越深, 则钻进的时间就越长, 从而造成孔壁失稳。由此可见, 在复杂地层实施深孔钻探, 必须要考虑到护壁问题, 只有将护壁问题彻底解决, 才能确保施工顺利进行。

2. 岩心钻探对冲洗液的若干要求。

在复杂地层的钻探过程中, 冲洗液所起到的作用至关重要, 解决以上问题还需冲洗液的帮助。现如今, 岩心钻探工艺方法比较先进的就是金刚石的绳索取心钻进。金刚石的绳索取心钻进、复杂地层以及深孔钻探的工艺特点要求冲洗液必须具备以下几个方面的性能: (1) 冲洗液的润滑性能必须良好。冲洗液的润滑性能如果十分优越, 其粘附系数小, 就可以使摩擦阻力有效降低, 并降低回转阻力, 能够避免卡钻、粘附等, 从而减少材料与动力消耗, 使钻具的使用寿命延长; (2) 冲洗液必须能够防止钻具结垢。钻具结垢, 影响内管打捞。如果冲洗液具有极细分散性与超低固相, 同时具备较好的流变性, 就可以使钻具结垢的现象彻底消失; (3) 冲洗液必须具备良好的冷却钻头、清洗孔底以及携带岩粉的性能。确保冲洗液的切力、粘度以及动塑比等适中; (4) 冲洗液的护壁性能必须良好。冲洗液具有较强的造壁性与较低的滤失量, 同时具有吸附以及粘结孔壁的作用, 就会形成韧性较强的薄泥皮, 最终使孔壁的稳定性得到有效保障。

二、岩心钻探水泥注浆护壁方法与注浆原理

由于有些钻孔所处地层是断裂蚀变带, 而且厚度大、岩层出现断裂, 节理以及裂隙发育, 同时岩体常常成碎块状, 胶结很差甚至互不胶结, 钻进时易出现坍塌掉块和缩颈以及夹钻、埋钻, 从而给钻进带来较大麻烦, 甚至无法钻进。所以, 要想使冲洗液漏失与钻孔坍塌掉块的问题彻底解决, 就必须选用高强度材料来做护壁堵漏。通常都采用注水泥浆进行护壁堵漏, 所取得的防塌效果十分显著。

用水泥浆进行护壁堵漏的原理为:水泥浆注入到破碎岩层后开始沿着空隙裂隙流动, 然后沉淀并固结, 进而填充裂隙与胶结碎裂岩块, 最终形成一个整体, 起到护壁堵漏的作用。

三、岩心钻探水泥注浆护壁防塌的措施

注浆之前先将一定量的水压入孔内, 这样做的目的是对孔内岩粉进行冲洗, 然后根据压水漏失量来确定出注浆泵量与泵压以及浆液的起始浓度等。

注浆之前提出钻具, 同时把钻杆提离孔底300毫米, 注浆开始应对注浆泵上的压力表的升压情况进行仔细观察, 若升压缓慢, 则表示浆液流动畅通, 受注层的可注性好。注浆过程中的升压平缓视为正常。如果压力表的指针突升, 则有可能是受注层裂隙小或堵管。如遇这种情况先要对注浆管路进行检查, 确认没有堵管或处理完堵管故障后继续注浆, 当压力略高于或达到设计终压时便可结束注浆。在注浆结束之前可将一定量清水注入孔内, 用以清洗注浆钻杆, 注水量必须为整个注浆钻杆的容积量, 直至将钻杆里的浆液全部注入到岩层内为止。在注浆结束后, 应等泥浆泵的压力表指针指向零时再拆除注浆装置, 把注浆钻杆提于地面之上, 待凝固。

水泥浆的养护时间通常为24小时可扫孔。一定要掌握好养护时间, 如果养护时间过短, 水泥浆的初凝强度就不能达到指定值, 从而使护壁堵漏效果大大降低;如果养护时间过长, 会造成水泥浆的初凝强度过高, 使得扫孔极易跑偏而影响钻进。当扫孔后方可进行压水试验, 若正常返水说明注浆成功, 如果继续漏失则说明注浆的成功率低可复注, 通常复注一次就能起到护壁堵漏的作用。

四、结束语

除水泥注浆护壁防塌方法外, 还有诸多护壁防塌堵漏材料在广泛应用。针对复杂地层的深孔钻进, 其泥浆性能的优良与否十分重要, 低粘度、低密度、低失水、低切力以及高分散性泥浆可以使孔壁的稳定性提高, 同时还能提高钻进效率, 并能够有效防止钻杆内壁出现结垢。由于泥浆护壁堵漏具有结石强度高、原料广以及灌注工艺简单等诸多优点, 因此常用于加固井壁、以防坍塌, 成为岩心钻探泥浆护壁防塌的重要技术手段之一。

参考文献

[1]白先祥, 唐维森, 李建波.SM-KHM超低固相泥浆在钻探施工中的应用[J].西部探矿工程, 2010, (02) .

[2]刘睦峰, 彭振斌, 王建军, 彭文祥.砂卵石层泥浆护壁与旋挖钻井工艺[J].中南大学学报 (自然科学版) , 2010, (01) .

[3]林运东, 周丽, 刘亮.泥浆护壁技术在尼尔基右副坝施工中的应用[J].东北水利水电, 2009, (01) .

[4]林文彬.护壁堵漏水泥浆的改性与灌注问题的探讨[J].西部探矿工程, 2009, (08) .

水泥注浆技术 第8篇

永煤集团永华公司嵩山煤矿正处于建井阶段, 主井井筒设计净直径5 m, 井筒深度677 m;副井井筒设计净直径6 m, 井筒深度668 m, 均为素砼结构。

嵩山矿主井井筒在掘至井深46 m处时工作面突发涌水, 水量为45 m3/h, 开始采用了短注短掘的工作面预注浆方法, 井筒掘砌速度慢, 且井壁质量得不到保证。当掘至井深131 m时, 工作面发生突水, 水量达220 m3/h, 采用止浆垫封堵水后, 为加快掘进速度, 采用风动钻机钻进80 m进行长段注浆, 由于每个段高的注浆时间达55 d, 施工周期太长, 且注浆量过大。经研究, 决定实施双钻机、双注浆泵的双系统进行超长段注浆。考虑到所采用钻机的最大钻深为150 m, 施工单位的井筒月掘进速度为120 m左右, 施工后预留8～10 m的岩帽, 防止发生突水, 超长段注浆段高确定为130 m。截止目前, 主、副井筒各进行了7次长段注浆, 其中, 副井井筒进行了三钻机钻进、双注浆泵注浆的尝试, 均取得成功, 现两井筒已安全掘砌至落底水平, 均未发生突水, 且掘砌速度明显提高。

1 双钻机、双注浆泵工作面预注浆工艺

1.1 注浆原理

井筒工作面预注浆工艺是上世纪90年代初兴起的井筒普通施工法中的一种常见防治水方法, 其主要目的是超前探注, 即根据井检孔提供的地质水文资料, 在井筒掘砌至目标层上部时, 进行探水、注浆封闭, 达到防治水的目的。工作面预注浆对注浆段高、工作面预注浆的钻孔数都有明确的规定, 一般注浆段高在30～50 m, 可采用下行式、孔内下止浆塞等方法, 一次或多次封堵含水层。钻孔一般沿井筒周边布置, 以8～12个为宜, 并与岩层节理、裂隙相交。双钻机、双注浆泵工作面预注浆是在单钻机、单注浆泵的基础上发展起来的两套相对独立的钻进和注浆系统。其主要特点是:在注浆中, 依据井筒检查孔的地层情况, 先确定目标层位置, 保证在注浆时钻孔间互相不串浆, 达到封堵水源的目的。在井筒预注浆中, 采用自上而下的下行式逐层分台阶式的预注浆方式, 在同一目标层位首先第一个钻孔先注, 后一个补注, 提高浆液的结实率, 增强了注浆效果。

注浆泵及浆液搅拌机设在地面, 通过两趟独立的注浆管路把浆液输送到井下注浆孔口管处, 先后对井下2个孔进行注浆, 根据不同含水层及钻孔涌水量的大小, 及时调整浆液浓度, 达到设计终压。双注浆系统设施布置示意图如图1所示。

1.注浆泵;2.注浆管;3.钻机;4.泵站;5.工作平台;6.孔口管;7.法兰盘;8.止浆垫

1.2 注浆参数的确定

1.2.1 止浆垫的浇筑

工作面预注浆前, 在目标含水层上界面上方预留8～10 m的岩帽, 并浇筑混凝土止浆垫, 止浆垫的结构形式采用平底型, 厚度按照建井手册规范根据含水层的埋深和注浆压力计算确定, 同时参考止浆垫所处岩层的岩性情况进行增减, 止浆垫一般在2.5～3.5 m之间, 砼强度等级设计为C35。水灰比0.42, 加BR-5型早强密实剂, 掺量为水泥重量的7%。

1.2.2 钻孔参数的确定

注浆孔开口位置位于井壁内沿500 mm处, 钻孔外扎角根据注浆段高130 m和终孔位置在井筒掘进荒径外2.5 m处两个参数来设计, 工作面预注浆钻孔数为8个, 其中, 6个为注浆孔, 2个为检查孔, 并根据揭露岩层的出水位置和岩层节理方向, 调整钻孔与井筒的切向方向上的夹角, 钻孔基本圆周方向均匀布置, 同时结合工作面已揭露的裂隙方向, 对钻孔位置进行微调, 以保证注浆通道畅通。

1.2.3 孔口套管的埋设

孔口套管一般是在止浆垫浇筑完成后, 利用钻机钻进法埋设, 并采用早强水泥固定牢固, 随后对套管进行抗压试验, 要求试验压力不得小于注浆压力的1.2倍。

1.2.4 浆液参数的确定

(1) 浆液的有效扩散半径为6～8 m。

(2) 注浆的终压为静水压力值的2～4倍。

(3) 水泥浆液的浓度如表1所示。

(4) 浆液注入量。浆液注入量按下列公式计算:

式中λ—浆液消耗系数, 为1.2～1.5;

R—以井筒中心为基点的浆液有效扩散半径, m;

H—注浆段高, m;

n—岩层平均裂隙率, 为0.01～0.05;

B—浆液充填系数, 为0.9～0.95;

m—浆液结实率, 为0.85。

1.2.5 注浆结束的标准

注浆压力达到设计终压, 注入量小于30～40 L/min。注浆孔内无喷水现象, 井筒掘进揭露后的井筒涌水量小于4 m3/h。

2 工程实例

以主井406 m处工作面预注浆为例:注浆段高为130 m (井深406～536 m) , 该段高的注浆历时15 d完成130 m段高的注浆任务。在施工中, 采用MKD-5S型液压钻机, 平均钻进速度提高到7～8 m/h, 在岩石比较软的层位稳定到12 m/h。采用2ZBYSD-200-50/5-15-37型煤矿液压注浆泵注浆, 注浆孔共8个, 检查孔2个, 10根孔口管均为预埋形式。为达到浆液的有效扩散半径闭合可靠, 孔口管角度控制在1°30′～2°之间。共有6个孔打到100 m以下, 其中3#、4#、7#、8#孔打到130 m, 每个孔吸浆量都很小, 注浆共用水泥90 t, 食盐450 kg, 三乙醇胺45 kg。井筒施工过程中, 井筒淋水量不超4 m3/h。主井在井深406 m处进行的第5次工作面预注浆管布置平、剖面图如图2所示。

1.孔口管;2.止浆垫;3.工作平台;4.加固马头门

3 经济效益

3.1 工期的比较

主井共计进行了8次工作面预注浆, 前6次是80 m长段注浆, 注浆时间共计165 d, 平均每段耗时25 d, 其中最长一次为55 d。而后2次使用双钻机、双注浆泵进行的130 m长段注浆仅用了24 d, 平均每段注浆时间12 d。

3.2 注浆量的比较

前6次工作面预注浆, 共计注入4 779.4 t, 平均每段注入水泥796.5 t, 水泥消耗量为9.96 t/m。而后2次使用双钻机、双注浆泵130 m长段注浆仅用192.6 t, 平均每段注浆96.3 t, 水泥消耗量为0.74 t/m。

3.3 综合效益比较

前6次工作面预注浆费用合计6 603 308元, 平均每次工程造价1 100 551元。而后2次使用双钻机、双注浆泵130 m长段注浆费用合计250 380元, 平均每段注浆125 190元。每段工作面预注浆仅注浆费用就减少投资975 361元。每段注浆工期提前13 d, 总工期提前93 d, 节省总投资利息300万元, 因此经济效益十分可观。

4 主要结论

(1) 双钻机、双注浆泵工作面预注浆突破传统短段注浆施工工艺参数的限制, 将注浆段高逐次提高到130 m, 提高了注浆速度和井筒掘进效率。

(2) 采用独立的双注浆系统进行注浆, 可充分利用井筒施工空间, 采用两台大功率液压钻机对称布置钻进工艺, 减少了钻孔间窜浆几率, 可缩短注浆工艺中的打钻时间。

摘要：井筒工作面预注浆工艺是井筒普通施工法中常见防治水方法, 一般注浆段高在30～50 m。为提高井筒掘进速度, 介绍了双钻机、双注浆泵、大段高注浆工艺在深井井筒工作面预注浆应用情况, 该工艺缩短了注浆工期, 提高了注浆效率和效果, 节约了注浆费用, 实现立井井筒连续两个月当月注浆、当月掘砌超百米的纪录。

煤矿井下注浆加固技术探析 第9篇

1.三向抗压 (围压4 M P a) ;2.三向抗压 (围压2 MPa) ;3.单向抗压;4.抗拉

1 注浆理论研究

随着社会的发展, 岩土注浆理论也在不断的发展和完善中, 取得了傲人的成果。其成果突出的表现为以下几个方面:其一, 岩土介质中浆液流动规律及岩土体的可注性。其二, 裂隙充填物对流动和围岩稳定性的影响。其三, 平面裂隙接触面积对裂隙渗透性的影响。其四, 仿天然岩体的裂隙渗流实验等诸多专业领域。然而, 在注浆理论中常用的理论主要有两个。第一个, 渗透注浆理论。第二个, 劈裂注浆理论。

1.1 渗透注浆理论

现阶段, 对于渗透注浆法的研究, 国内外的相关专家从理论和实验上进行了深刻的研究和分析。这也推进了该理论的发展和深化。最具突出意义和影响的理论主要能够分为以下几种。其一, 马格 (球形扩散) 理论。这一理论的前提是被注体是均质各向同性体。它指出, 浆体在地层中, 其扩散方式是以球状的方式来实现的。它还对注浆压力以及时间, 扩散半径, 注浆量等方面的公式计算方式进行了明确的规定。另外, 这一理论的优势是其注浆方式是从钻杆端部点进行的。这在一定程度上决定了其普遍的应用性特点。但是, 其弊端也较为明显。其二, 柱形扩散理论。该理论与马哥理论的前提假设条件相同。通过以注浆管体的一部分为注浆过滤段, 来进行注浆时间、扩散半径和注浆量等要素的计算。其三, 卡罗尔理论。其四, 拉夫莱理论。其五, 袖套管法理论。

1.2 劈裂注浆理论

在劈裂注浆理论主张, 注浆的压力能够实现浆液在地层中的渗入程度和挤密称帝。在强大的压力下, 浆液能够抵御地层的切应力, 以较强的力度来沿着垂直于小主应力的平面进行劈裂。同时, 在注入的过程中, 浆液自身在化学变化下, 形成浆脉骨架。就我国对于该方面的研究来说, 存在的理论较多。尤其体现在了基岩、砂层和粘性土层劈裂注浆时的劈裂条件方面。他们认为, 水平裂隙的出现一般是发生在软状岩层中。而竖向裂隙一般是发生在均质软底层中。

以上诸多成果给该理论的发展带来了一定的积极影响。但是, 却极大的局限了其在定量方面的功效。受到注浆介质本身所特有的复杂性和隐蔽性特点, 给注浆理论的发展和完善带来了一定的阻碍。突出的表现为两个方面:其一, 不利于注浆工程实践和注浆材料的发展。其二, 不利于相关工程技术的研发。在相当一部分注浆工程类文献中, 过度的侧重于对于注浆施工工艺流程以及其效果的研究方面。相对的, 在注浆理论层面的分析相对滞后。即便是已经存在的理论也都是较为浅显和表面的认知, 无法从深层次上实现对于该理论进行定性和定量的分析。这也就导致了该理论在细节层面上的研究较少。

2 注浆实验研究

一般情况下, 注浆实验是以室内模拟实验的方式来进行的。通过对于注浆参数的研究, 来综合性的分析不同要素之间的关系。从国际范围来说, 模拟实验平台的方式主要分为以下几个:其一, 平板式。其二, 圆管式。其三, 槽式等方式。为了能够更好的分析注浆的参数, 掌握渗流的规律, 其主要的研究内容分为如下几个方面。首先, 缝隙的张合度。其次, 缝隙的长度。最后, 缝隙的粗糙程度等方面。就注浆参数来说, 其内容主要是浆液扩散半径, 注浆压力, 量以及凝结时间的长短。其影响因素分别是:第一, 被注岩土的渗透率。第二, 浆液初始粘度μ。第三, 注浆时间t。我国相关的注浆参数计算式是与苏联学者共同研究得到的。我国学者通过专业的实验设施来对浆液渗流压力的实时分布情况进行了研究。同时, 分析出了其运行的规律符合二次抛物线规律衰减。现阶段影响力较大的注浆参数模拟实验主要有以下几个。其一, 苏联学者对于砂质岩层中浆液扩散的实验研究。该实验确定了注浆参数和被加固的岩体性质之间的关系。另外, 还确定了注浆参数与浆液特征之间的关系。其二, 奥地利学者模拟了不统开度的平面裂隙汇总的浆液流动规律。其三, 国内的注浆模拟实验装置有水利水电科学院的平板型、煤炭科学院的圆管型和东北大学的槽型及扁圆型等实验台。通过诸多专业装置的应用, 能够为岩层裂隙注浆以及多孔介质注浆等方面的研究提供模拟实验的便利。

在实验中, 所模拟的空间无法完全的等同于实际地层结构。这也就导致了一些空隙状态等模拟参数无法与实际条件完全的相符。一般情况下, 对于模拟实验来说, 都是采取的单一裂隙开展的。这也就导致了其在对于浆液流动过程中的相关规律和特点等方面的实验结构无法与实际情况相吻合。在未来的发展中, 如何的实现仿真模拟, 成为了缩小这种差距的重要措施。这对于注浆工程的实践具有着突出的指导作用。

3 注浆工艺和参数研究

在差异化的工程和水文地质环境中, 对于不同的施工对象的技术特点, 比如:井筒, 巷道等。对于工程性质, 对于施工要求等方面的要求, 来保证注浆过程实现的作业程序和操作手段, 也就是我们通常所说的注浆工艺。可以说, 注浆工艺存在着较强的指向性, 较为复杂。但是, 影响注浆工艺的关键性因素则是注浆参数。注浆参数也就成为了注浆技术和效果研究的重要内容。主要参数分为以下几个方面:首先, 注浆压力。其次, 扩散半径。最后, 凝胶时间。

4 注浆材料研究

在注浆技术中, 最为重要的要素就是注浆材料。影响注浆加固质量的重要因素就是浆液的性能。而工程成本的高低主要取决于浆液消耗的多少。所以, 国际上将研究的重点放在了新型注浆材料的研究方面。现阶段, 注浆材料的种类较多, 不同的种类性能不同。这也就决定了浆液材料的选择需要以施工工程为参照来选择。

对注浆加固材料来说, 普遍的都是以价格较低的水泥类材料为主。通过添加剂来调节其性能。其性能主要分为以下几个方面:首先, 工艺方面。其次, 破裂岩体的渗透性能。再次, 煤岩体的粘结强度。最后, 抗变形性能。

就水泥类材料来说, 分为以下几个方面。首先, 在水泥中加入附加剂, 兑水后配成浆液, 来进行单液系统的注入。相关实验的结果为, 水泥浆液适用的岩体空隙为大于其自身粒度的3倍的空间中。也就是说, 现阶段的水泥浆液中, 颗粒最大的直径为0.085mm。它所适用的空隙为不超过0.255m m的空隙。其缺点主要表现为以下几个方面:其一, 颗粒粗。其二, 可注性差。其三, 凝结时间长。其四, 不易控制。其五, 浆液易沉淀析水。其六, 结石率低等方面。但是, 其仍旧被广泛的应用。这主要是因为它的造价较低, 结石的强度较高, 来源渠道较多等方面的优势决定的。其次, 将水泥和水玻璃以双液的方式来注入。改注入方式的优势为以下几个方面:其一, 结石率较高。其二, 可注性比水泥好。其三, 凝结时间短且易控制。其缺点为结石体强度较低。倘若无法有效的对其进行控制, 容易导致结石体松散, 对工艺水平要求也较高。最后, ZK D型高水速凝材料。这是现代社会中, 最新研发出来的注浆材料, 性能较好。其优势为:其一, 速凝成, 强度过硬。其二, 水灰比调节范围大。其三, 能够高的水灰比条件下固结而不析水。其四, 浆液流动性好。其五, 渗透性好。其六, 材料本身固结后塑性好。其七, 具有微膨胀性, 成本造价较低。

5 围岩注浆机理的研究

5.1 壁后充填加固作用

注浆泵在将浆液充入支护结构壁的空隙中, 将已经破碎矸石胶结成一个整体。这也就是壁后充填。浆液材料的介入, 能够彻底的杜绝了水以及空气的侵入。同时, 还能够防止围岩吸水膨胀或者是出现风化的现象。浆液的注入能够填充到浅部围岩的裂隙中, 将已破裂的岩体有效的胶结成一个整体。以此, 来提升整体的内聚力和抗拉的强度, 构造支护结构。有利于支撑能力的充分发挥, 保证支架及时承载, 有效限制围岩的松动和变形, 有利于支护结构的稳定, 起到加固围岩的作用。

5.2 裂隙充填与压密作用

从断裂力学方面来说, 缝隙的连续出现, 将会导致承重压力的过度集中。最终将会出现裂隙失稳扩展现象的出现。在高强度的泵压下, 浆液将会充实较大的缝隙。这也就解决了端部的应力集中的问题, 能够改变围岩的弹力模量和强度。在实验中, 通过降低岩体的孔隙率, 能够实现岩体的强度的加强, 孔隙率与岩体强度关系见 (图1) 。注浆固化起到提高围岩强度和转变岩体破坏机制的作用。

5.3 网格骨架作用

受到压强等因素的影响, 浆液将会填充不同大小的围岩裂隙中。它的固结形成了网格骨架结构。这种结构能够承受较大的压力, 保护性较高。当外载增加时, 固化材料发生变形但不破坏, 载荷主要由强度较高的岩体承担。这样围岩的破坏条件由原来的裂隙弱面强度条件向接近岩体强度条件转化。当外载超过围岩强度而发生较大变形时, 固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用。它能够提高围岩的残余强度, 有效的局限破坏的扩展。从而改善巷道维护状况。

参考文献

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