一種適用于煤矸石地層的注漿工藝

趙 冬

(中煤科工集團西安研究院有限公司,陜西 西安 710077)

0 引言

隨著我國城鎮化進程的加速推進，在各類復雜地質條件下進行地基加固的工程案例越來越多。袖閥管注漿工藝因其具有多方位、多次、定量、分段注漿的特點，被國內外工程人員廣泛采用[1-4]。

在工程實踐應用中發現，傳統的袖閥管注漿工藝存在以下不足：

1)傳統袖閥管的PVC外管強度較低，在安設和注漿過程中易折斷。

2)注漿花管在分層注漿過程中上下移動困難，導致注漿效率較低，甚至會導致注漿管斷裂，造成整個鉆孔報廢。

3)在易塌孔地層中實施袖閥管注漿工程時，傳統工藝施工時袖閥管安裝困難，極易發生袖閥管折斷或安裝不到位的現象。

4)傳統袖閥管的上下止漿塞在多次使用后易磨損，會導致注漿管內部翻漿，無法達到多次分層注漿的目的。

針對以上問題，經過多個工程實踐經驗總結出一種適用于煤矸石地層的注漿工藝，可實現在破碎易塌孔地層多次分層分段注漿的目的。

1 破碎易塌孔地層條件下注漿工藝

1.1 袖閥管制作工藝

針對破碎易塌孔地層，本工藝可根據實際需要使用φ76 mm或φ48 mm的鋼質袖閥管。袖閥管結構主要有焊接鋼管或無縫鋼管外管、橡膠套、鋼質堵頭、鋼管接頭(鋼管采用對焊連接時可不用)、上膠塞、下膠塞、注漿芯管、注漿花管等。

1)袖閥管：在鋼管上按間距30 cm～40 cm 垂直開兩組直徑為5 mm的射漿孔。

2)膨脹橡膠圈：應在鋼管外壁射漿孔套上一層長度約6 cm，厚度3 mm的膨脹橡膠圈(即袖閥)，兩端用鋼制卡環點焊牢固，點焊時不得損壞橡膠圈。管底采用專用堵頭封住，接長可采用套管、焊接或螺紋連接。

3)上、下膠塞：選擇與鋼質袖閥管內壁相匹配的橡膠注水膠塞，橡膠注水膠塞由內膠層、增強層、中膠層、外膠層組成。膠塞在承受內部正向壓力下，管體長度縮短，直徑變大呈膨脹狀態，實現封堵功能。袖閥管和膠塞見圖1。

1.2 鉆孔成孔工藝

1)成孔設備：當需要采取巖芯時，可采用XY-4型巖芯鉆機跟管鉆進成孔法施工；當不需要采取巖芯時，可采用全液壓錨固履帶式鉆機液壓沖擊跟管鉆進成孔方法施工。

2)成孔方法：XY-4型巖芯鉆機或全液壓錨固履帶式鉆機成孔采用內外套管跟管成孔。鉆孔至設計孔深，先將動力頭與外套管松開，提升內鉆桿，取出孔內的全部內鉆桿，同時取出內鉆頭，外套管留在孔內保護孔壁，安裝袖閥管后再取出外套管。鉆孔過程中做好鉆孔記錄，包括掉鉆、減壓、增壓深度、孔深。

1.3 注漿工藝

注漿工藝可分為制備、置換套殼料，安放鋼質袖閥管，拔出護壁套管、安裝上、下膠塞、注漿花管及注漿管，制備注漿漿液，注漿，封孔等步驟。

1)制備、置換套殼料：套殼料用水、水泥、膨潤土按照現場試驗的配比配制而成，成孔后立即通過鉆桿將孔內泥漿置換成套殼料。套殼料在壓力的作用下，通過鉆桿進入鉆孔底部，在孔口發現排出的泥漿中含有套殼料時，停止置換。

2)安放鋼質袖閥管：在套殼料置換完成后要立即插入袖閥管。采用套管或焊接連接各節鋼質袖閥管，袖閥管每節連接好后，依次下放到鉆孔中，直到孔底，下放時盡量保證袖閥管的中心與鉆孔中心重合。

3)拔出護壁套管：采用跟管鉆進成孔工藝時，在袖閥管安裝到位后應拔出護壁套管。

4)安裝上、下膠塞、注漿花管及注漿管：在套殼料齡期3 d～5 d 后，在袖閥管內下入上下膠塞及注漿花管。注漿花管為鍍鋅管射漿孔間距為5 cm～10 cm，花管長50 cm～100 cm，花管兩端設兩個變徑絲扣接頭，分別接上、下橡膠注水膠塞，上膠塞上接注漿鋼管，膠塞內注水后膨脹，從而實現分段定向注漿的效果。

5)分層分段注漿：連接好注漿管路后，使用稀漿(或清水)加壓開環。在加壓開環過程中，一旦出現壓力突然下降，注漿量劇增，表示已經開環。開環后即按設計配合比開始正式注漿。應自下向上逐段進行注漿，分段長度為0.5 m～2 m，注漿過程中主要通過“聽聲音、看壓力、看注漿量”來判斷注漿的實施效果。注漿過程中，當注漿超過預計注漿量不見升壓或吸漿量不下降時應變換漿液濃度或添加速凝劑。

6)封孔：注漿結束后所有鉆孔均要封孔，嚴格按照鉆探規程的規定進行封孔，并進行封孔質量檢查，在孔口埋設標志，提出封孔報告。

2 工程實例

2.1 工程概況

山西某煤礦原礦井水處理廠為適應礦井生產，擬對礦井水處理廠進行改擴建。根據項目巖土工程勘察報告，擴建場地為煤矸石填埋，矸石回填層層厚2.10 m～17.40 m，由西北向東南層厚逐漸變薄，平均厚度12.47 m最大回填厚度約17.0 m，填料成分主要為煤矸石，粒徑及級配情況不詳；矸石回填層以下為褐紅色粉質粘土(Q2)，勘察中該層未揭穿，具體厚度不詳。為了增強地基剛度，提高地基穩定性，需對擬建建筑物地基進行處理。

2.2 注漿加固方案

2.2.1鉆孔布置

在建筑物外邊線向外2.0 m布設一圈帷幕注漿孔，目的其一為將地基加固區與潛在著火區隔離，其二為防止漿液外流。建筑物下方布設一般注漿孔，采用4 m孔間距正三角形布置。鉆孔本工程共布置注漿孔258個，其中帷幕注漿孔82個，固結注漿鉆孔156個。帷幕鉆孔距基礎外邊線2.0 m向基礎外方向布設，孔間距2.7m，共計82個；固結注漿鉆孔采用正三角形布置，相鄰鉆孔間距4 m，共計156個。

鉆孔開孔孔徑不小于130 mm，進入原狀土深度不小于1.0 m，鉆進過程中遇塌孔鉆進困難時可采用跟管鉆進、泥漿護壁等方法確保成孔后能順利下入鋼質袖閥管。所有注漿孔均按照先帷幕孔后固結注漿孔的順序進行施工，宜分成兩序施工，必要時可分三序成孔注漿施工。

2.2.2袖閥管注漿參數

1)注漿材料。注漿材料主要采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥、粉煤灰(Ⅱ級)、水、速凝劑(水玻璃)等組成。

2)注漿參數。帷幕孔采用水泥粉煤灰復合漿液，固相比(水泥∶粉煤灰)為4∶6，內部建筑物下一般注漿孔采用純水泥漿液，水固比為1∶1～1∶1.2。當帷幕注漿孔注漿量較大時，可摻入水泥重量2%的速凝劑。

注漿前，應將作原材的漿液配合比試驗(配合比分別為1∶1；1∶1.1；1∶1.2)。試驗內容應包括單位漿液的各骨料的含量、凝結時間、漿液比重及結石率。

3)注漿壓力及擴散半徑。注漿開始時先進行壓水，注漿壓力孔口控制在不大于2 MPa～3 MPa。暫確定漿液擴散半徑為5.0 m，實際施工中根據注漿效果進行調整。

2.2.3終止注漿標準

當注漿壓力超過3.0 MPa，注漿量小于15 L/min，穩定壓力時間達到10 min～15 min時停止注漿；當發生加固范圍的土體表面發生裂縫，并有漿液冒出地面時停止注漿；當發生串漿或漿液漏失嚴重時停止注漿。

多次注漿間歇時間依據現場試驗得到的漿液初、終凝時間確定，以不小于初凝時間，且不大于終凝時間為準。當注漿達到設計結束標準時，該孔注漿結束。

2.2.4注漿效果檢測

1)勘探檢測：注漿施工結束28 d后，在場地內布設總數不得少于注漿孔總數的2%的檢測孔。在檢測孔成孔過程中進行剪切波速試驗及重型動力觸探試驗，以判斷被注漿加固后回填矸石層的均勻性和完整性。同時對檢測孔所取巖芯進行無側限抗壓強度測試，抗壓強度不應小于0.6 MPa。

2)靜載檢測：JGJ 79—2012根據建筑地基處理技術規范第8.4.4條規定，換填及注漿加固處理后地基的承載力應進行靜載荷試驗檢驗，本工程靜載檢驗要求數量應不少于6個點。

3 結語

針對煤矸石地層松散破碎易塌孔的特點，通過改進傳統袖閥管注漿工藝，介紹了一種適用于煤矸石地層的注漿工藝，在工程實踐中該工藝具有可靠性好、使用方便、結構簡單、成本低的特點，取得了良好的效果，具有一定的推廣意義。