【技术实现步骤摘要】
本专利技术岩土工程地基处理灌浆，尤其涉及一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置及方法。
技术介绍
1、常规的覆盖层灌浆方法主要包括孔口封闭、自上而下、分段灌浆的循环钻灌法和卡塞封闭、自下而上、分环灌注的套(袖)阀管法以及孔口封闭、自下而上、分段拔管灌注的套管法，使用的是多级配的水泥浆液或水泥粘土浆液，水泥浆液水灰比多为5：1、3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.5：1等，由稀向浓变换，灌浆过程中压力随注入率自然变化，至达到结束标准结束孔段灌浆。在现有技术方案中，常用的覆盖层灌浆施工方法以及存在的问题如下：
2、(1)循环钻灌法：受覆盖层的影响，不能使用较高的灌浆压力，尤其是在近地表的覆盖层中，循环浆液容易形成浆液在上部击穿地层，引起抬动和串冒浆。由于不能使用较高的灌浆压力，对于不吃浆的地层可灌性差；对于吃浆量比较大的地层，由于灌浆一直采用恒压灌注，浆液可能沿着通道或者劈裂一个软弱结构面后一直扩散，造成巨大的浪费，对于吃浆量比较大的地层，主要依靠材料本身的性能和由稀向浓变换控制，工法上采用降压间歇待凝灌浆等措施控制，非正常结束灌浆。
3、(2)套阀管法：浆液从仅有的几个孔眼劈裂套壳料而出，容易形成局部灌注；自下而上地层没有重复灌注过程，容易漏灌或者导致均匀性较差；卡塞封闭难以采用较高灌浆压力，卡塞漏浆也难以实施自上而下灌浆；受套阀管孔眼的限制，不能使用稠浓的浆材，对灌不住的地层可控性较差。
4、(3)套管法：自下而上拔管灌注，在近地表的覆盖层中，容易形成浆液在上部击穿地层，出现抬动和串冒浆；自下而
5、(4)膏浆封闭、自下而上、高压脉动劈裂灌浆技术：灌浆前先对灌浆孔段内灌浆管与钻孔间环状间隙灌入一种低强度快凝塑性材料进行封闭，以代替传统的灌浆胶塞，封闭浆体即要能在设计最大灌浆压力下不被挤出孔外，同时又要保证钻杆能够顺利提升而不被抱死。在封闭浆体达到一定强度后开始灌浆和提升，灌浆时灌浆管在孔段内自下而上提升灌注(连续或间隔提升)，并采用高压脉动灌浆泵，借助脉动瞬间高压促使灌浆浆液自下而上连续对灌浆段实施均匀有效的灌浆。存在以下主要问题：利用脉冲泵输出的脉动压力幅度和频率都是单一确定的，仅较常用的覆盖层灌浆施工方法提高了压力脉动幅度，降低了脉动频率，但仍不能根据灌浆过程和地层情况进行根据需要随时调整；采用自下而上的施工次序，不能形成对已灌部位多次反复灌注，容易出现漏灌或者失去补救的机会；纯压式灌注方式，容易出现水泥颗粒沉淀现象；灌浆时浆液需要首先劈裂低强度快凝塑性材料，容易形成沿着仅有的几条过浆通道口，以及自下而上容易造成灌注不均匀；没有针对近表层地层的抗劈裂能力或压力衰减进行专门布置，在灌注上部时，采用脉动瞬间高压有可能造成地表抬动及串冒浆；采用此技术主要是能对地层进行劈裂灌浆，主要是针对可灌性差的地层。
6、(5)改进的膏状浆液封闭高压脉动劈裂灌浆技术，则存在浆液渗透性差无法变浆等问题，亦存在上述问题。
7、(6)近期改进的自上而下高压脉冲灌浆技术，主要利用钻灌一体、短分段、岩芯管止浆结构进行高压脉动灌浆，其主要问题是也是局限在利用脉冲泵输出的单一脉动压力幅度和频率，不能根据灌浆过程和地层情况进行随时调整，且存在短分段，小孔距问题。而近期改进的自下而上套管法高压脉冲灌浆技术，其主要问题亦如此，且存在套管法的有关问题。
8、上述工法核心是利用脉冲泵输出的单一脉动压力幅度和频率，灌浆过程中始终围绕灌浆压力波动，主要问题是均无法提供间歇瞬时超高冲压压力，不能根据灌浆过程和地层情况进行随时工艺调整，无法有限范围内地层多次沿不同路径劈裂渗透挤密重复灌注。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置及方法，解决上述无法提供间歇瞬时超高冲压压力，不能根据灌浆过程和地层情况进行随时工艺调整，无法解决有限范围内地层多次沿不同路径劈裂渗透挤密重复灌注的问题，具体技术方案如下。
2、第一方面，一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置，包括孔口管和灌注浆液搅拌机，搅拌机与孔口管之间分别设置进浆管和回浆管进行连接；所述进浆管和回浆管上分别设置进浆管阀门和回浆管阀门进行控制，所述搅拌机与进浆管阀门之间还设置有高压灌浆泵，进浆管阀门两侧设置有两条连接搅拌机的进浆管回浆管并在管路上分别设置有阀门。
3、进一步，所述孔口管放置于地层之下，内部设置有射浆管，孔口管顶部还设置有孔口密封器；所述射浆管为小口径钻孔、大内外径等径注浆管。
4、进一步，所述两条进浆管回浆管上的阀门以及进浆管阀门控制进浆量和进浆压力形成冲压，且进浆管回浆管上的两个阀门分别控制正常进浆压力以及通过有规律的开闭形成进浆压力的冲压，包括冲压压力的峰值、谷值和频率。
5、另一方面，一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，基于所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置实现，灌浆时以小口径进行钻孔并将孔口封闭处理，将钻孔分为预设长度的多段并自上而下的对每一个孔段进行灌浆，其中，孔段的灌浆包括以下步骤：
6、步骤s1：灌注稳定性浆液达到预设的较高注入率，持续灌注直至孔段注入量接近或达到设计额定值的1/n，n为设定的重复灌浆总次数；
7、步骤s2：间歇性采用向下的进浆低冲压压力，降低上一次灌注时的注入率至预设的较低注入率；
8、步骤s3：采用向上的进浆高冲压压力，灌注稳定性浆液达到预设的较高注入率，采用正常灌浆压力灌注直至总注入量达到设计额定值的i/n，i表示第i次重复灌浆；
9、步骤s4：重复步骤s2和步骤s3，直至i达到设定的重复灌注次数n，孔段注入量达到设计额定值或脉冲状进浆高冲击压力限值，按灌浆结束标准结束当前孔段灌浆；
10、步骤s5：取出注浆管，换钻杆进行下一段钻孔，到位后提钻杆和下注浆管，重复步骤s1～步骤s4进行灌注，直至达到设计深度。
11、进一步，所述稳定性浆液，析水率<5％，剪切强度>10pa，浆液包括单一浓度稳定性浆液以及若干浓度浆液，可由稀到浓正常变换或由浓到稀逆向变换。
12、进一步，所述步骤s1灌注稳定性浆液包括：
13、注入率较高或大于预设的较高注入率时，采用较小的灌浆压力灌浆或间歇灌浆；
14、注入率较低或小于预设的较高注入率时，采用较大的灌浆压力或者向上的脉状进浆高冲压压力，灌注稳定性浆液。
15、进一步，所述注入率较低或小于预设的较高注入率时，基于注入率和注入量控制，间歇性使用超高脉冲状进浆冲击压力和正常回浆压力，还包括：配合孔内不循环且逆序变浆的稳定性浆液，对环向受拉应力控制的有限范围内地层多次沿不同路径劈裂渗透挤密重复灌注。
16、进一步，所述注入率较高或大于预设的较高注入率时，基于注入率和注入量控制，间歇性使用脉冲状进浆低冲击压力，控制浆液沿同一路径过量跑浆，避免后续再次劈裂，控制浆液的扩本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置，其特征在于，包括孔口管和灌注浆液搅拌机，搅拌机与孔口管之间分别设置进浆管和回浆管进行连接；所述进浆管和回浆管上分别设置进浆管阀门和回浆管阀门进行控制，所述搅拌机与进浆管阀门之间还设置有高压灌浆泵，进浆管阀门两侧设置有两条连接搅拌机的进浆管回浆管并在管路上分别设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置，其特征在于，所述孔口管放置于地层之下，内部设置有射浆管，孔口管顶部还设置有孔口密封器；所述射浆管为小口径钻孔、大内外径等径注浆管。
3.根据权利要求1所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置，其特征在于，所述两条进浆管回浆管上的阀门以及进浆管阀门控制进浆量和进浆压力形成冲压，且进浆管回浆管上的两个阀门分别控制正常进浆压力以及通过有规律的开闭形成进浆压力的冲压，包括冲压压力的峰值、谷值和频率。
4.一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，基于权利要求1~3任意一项所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置实现，其特征在于，灌浆时以小口径进行钻孔并将孔口封闭处理，将钻孔分为预设长度的多段并自上而下的
5.根据权利要求4所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，其特征在于，所述稳定性浆液，析水率<5%，剪切强度>10Pa，浆液包括单一浓度稳定性浆液以及若干浓度浆液，可由稀到浓正常变换或由浓到稀逆向变换。
6.根据权利要求4所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，其特征在于，所述步骤S1灌注稳定性浆液包括：
7.根据权利要求6所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，其特征在于，所述注入率较低或小于预设的较高注入率时，基于注入率和注入量控制，间歇性使用超高脉冲状进浆冲击压力和正常回浆压力，还包括：配合孔内不循环且逆序变浆的稳定性浆液，对环向受拉应力控制的有限范围内地层多次沿不同路径劈裂渗透挤密重复灌注。
8.根据权利要求6所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，其特征在于，所述注入率较高或大于预设的较高注入率时，基于注入率和注入量控制，间歇性使用脉冲状进浆低冲击压力，控制浆液沿同一路径过量跑浆，避免后续再次劈裂，控制浆液的扩散。
9.根据权利要求4所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，其特征在于，所述步骤S4中结束孔段灌浆的灌浆结束标准包括：
10.根据权利要求4所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，其特征在于，所述每一灌浆孔段均需进行N次重复灌浆，每一次重复灌浆都需要达到设定的注入量值，对灌段地层及上部可灌地层多次沿不同路径进行劈裂、渗透和挤密的重复灌注。
...【技术特征摘要】
1.一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置，其特征在于，包括孔口管和灌注浆液搅拌机，搅拌机与孔口管之间分别设置进浆管和回浆管进行连接；所述进浆管和回浆管上分别设置进浆管阀门和回浆管阀门进行控制，所述搅拌机与进浆管阀门之间还设置有高压灌浆泵，进浆管阀门两侧设置有两条连接搅拌机的进浆管回浆管并在管路上分别设置有阀门。
2.根据权利要求1所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置，其特征在于，所述孔口管放置于地层之下，内部设置有射浆管，孔口管顶部还设置有孔口密封器；所述射浆管为小口径钻孔、大内外径等径注浆管。
3.根据权利要求1所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置，其特征在于，所述两条进浆管回浆管上的阀门以及进浆管阀门控制进浆量和进浆压力形成冲压，且进浆管回浆管上的两个阀门分别控制正常进浆压力以及通过有规律的开闭形成进浆压力的冲压，包括冲压压力的峰值、谷值和频率。
4.一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，基于权利要求1~3任意一项所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆装置实现，其特征在于，灌浆时以小口径进行钻孔并将孔口封闭处理，将钻孔分为预设长度的多段并自上而下的对每一个孔段进行灌浆，其中，孔段的灌浆包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种覆盖层高冲压重复劈裂灌浆方法，其特征在于，所述稳定性浆液，析水率&...
【专利技术属性】
技术研发人员：符平，杨晓东，邢占清，赵卫全，黄立维，汪文昭，裴晓龙，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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