灌浆过程中铸管原因分析

2014-04-07杨世华

水利规划与设计 2014年1期

关键词：铸管孔内孔壁

杨世华

（成都水利水电建设有限责任公司四川成都 610072)

在采用孔口封闭自上而下分段灌浆法进行灌浆施工的过程中，我们经常会遇到射浆管被水泥浆液凝铸的事故（通常称为铸管)，但又没有好的办法解决这一难题，这里就我们的一些经验和体会对铸管原因进行分析、探讨。

1 地质条件原因

灌浆施工是在各种不同的复杂地层进行施工，地质条件的不同，对灌浆的影响也不同；一般来说，有以下几种不同情况。

1.1 完整、可灌性差的地层

这类地层由于岩性完整、裂隙细微，存在一定颗粒大小的水泥很难灌入。在压力作用下，只能将水泥浆液中的水分压入裂隙中，而水泥浆液在长时间灌注下自身还存在析水，这样只能出现回浆越来越浓，从而导致孔内射浆管被水泥浆液凝铸，发生铸管。

其解决办法只能是对回浆比重的观测间隔时间缩短，一旦发现回浆变浓，立即将原浆液用同比级新鲜浆液进行更换继续灌注至结束及对孔内射浆管的活动频率加快，减小铸管发生机率。

1.2 完整、可灌性好的地层

这类地层一般都具有较强的吸水性，相对灌注时间较长，一般灌注到后期都是较浓比级浆液，由于浆液的析水、岩体的吸水及浆液在循环过程中的磨擦发热使回浆变浓及回浆温度升高，从而发生铸管。

其解决办法应该是：

（1)更换现有浆液为新鲜浆液；

（2)增加对回浆比重及温度的观测频率；

（3)增加对孔内射浆管的活动频率。

1.3 破碎、松散地层

这类地层裂隙发育，岩粉、岩屑较重，孔壁遇水易垮塌；灌浆过程中由于浆液在压力作用下对孔壁的冲刷、磨擦，使孔壁局部产生垮塌。孔壁垮塌后产生新的岩粉、岩屑，这部分岩粉、岩屑随回浆反出地面到积浆桶中，从而使积浆桶中的浆液越来越浓，这样的浓浆又经注浆泵送入孔内，如此循环，使得回浆变浓现象越来越严重，最终导致铸管。

其解决办法首先应该是灌前进行风、水联合洗孔，使孔壁不稳定岩块、岩屑、岩粉在风水联合作用下冲洗出地面；其次是在回浆管上安装过滤网，使孔内返出的浆液不再带有岩块、岩屑；然后是增加对回浆比重、温度的观测频率及增加对孔内射浆管的活动频率，一旦发现回浆变浓即更换新鲜浆液继续灌注。

1.4 软弱地层

这类地层一般岩粉较重，易遇水膨化（泥质砂岩及砂质页岩等)。灌浆过程中由于孔内浆液在一定压力作用下并以一定的流速循环，循环过程中浆液会将孔壁岩石颗粒冲刷、附带出地面而使回浆变浓后产生铸管。

要解决发生铸管的办法应在灌前采用压力水脉动冲洗，彻底将灌孔冲洗干净，使其在灌浆过程中不发生回浆变浓现象；如果已发生铸管，则采取前面所述方法进行处理。

1.5 断层、岩脉地层带

断层、岩脉地层带岩体结构松散，且含泥质物较多。灌浆过程中浆液以一定压力和流速对孔壁进行冲刷循环，不断地将孔内岩体中的泥质物携带到积浆桶而进行二次循环，随着灌注时间的延长，浆液比重越来越大，回浆越来越浓而发生铸管。

其解决办法同样采用前面1.3中提到的办法。

2 工艺原因

2.1 钻孔直径原因

灌浆孔孔径偏大（即环状间隙过大)，将减缓浆液的上返速度。浆液在上返过程中存在析水、触附在孔壁及析水后沉淀的现象；同时浆液在上返过程中，浆液中水泥颗粒之间、浆液与孔壁之间还将由于磨擦而产生热量促使孔内浆液析水速度加快及浓度增大，返出地面到积浆桶后即表现为回浆变浓。如此经过长时间循环，孔内浆液越来越浓、沉淀越来越多、触附越来越大多，使孔内环状间隙越来越小，最终导致铸管。

对于这种情况的出理首先是在灌浆施工前就要选择合理的钻孔结构参数，保证有足够的环状间隙使浆液循环速度达到最佳，减小浆液中水泥沉淀、触附的几率，同時增加对射浆管的活动频次。

2.2 回浆的循环方式

采用灌浆自动监测系统进行灌浆，一般采用的是小循环方式。这种方式在灌注到后期，浆液只能作孔内局部循环，由于浆液中水泥颗粒之间的磨擦、浆液与孔壁之间的磨擦，使得回浆变浓及浆温升高的机会增大，从而导致铸管。

要解决这一问题，首先是要采用大循环方式进行灌注，其次是要在注浆泵吸浆管外壁冲淋冷却水，使浆温不致升高，同时也控制了回浆变浓，减小了铸管的机会。

2.3 灌注砂浆

遇吸浆量大时，有的技术要求灌注砂浆。灌注砂浆有一特点就是当孔内返浆时（即有回浆时)，浆液中的砂容易造成回浆管路的堵塞；且当长时间灌注砂浆时，易造成注浆泵的堵塞。

对于这一问题，应该是当出现回浆时，立即停止灌注砂浆待凝，待扫孔后灌注纯水泥浆液。

3 机械设备原因

3.1 射浆管

（1)灌浆施工中，若选用的射浆管上下直径不一致及射浆管接头外径大于射浆管外径，将导致浆液上返过程中在直径大于射浆管正常直径处及射浆管接头处产生阻力，从而使孔内浆液在这些地方形成触附、凝结，最终形成铸管。

（2)若下入灌浆孔内的射浆管接头连接不严实，在灌浆过程中将由接头处漏浆，由于此处漏出的浆液与注入岩体的浆液压力相等，孔内浆液在上返过程中于漏浆接头处将由于漏出的浆液对上返浆液的阻力而使上返浆液速度减缓，最终触附、凝结在接头处而形成铸管。

因此，在安装射浆管时就须将射浆管接头有效的连接严实，使其在灌浆过程中不致漏浆而避免注管的发生。

（3)在实际灌浆施工中，很多人未按规范规定将射浆管下入到规定深度，致使射浆管距离孔底距离过大，这样一来就造成水泥浆在孔底部位沉淀、堆积，并逐步处于初凝状态。当孔底水泥浆沉淀到一定程度时，由于灌入孔内的水泥浆液在压力下通过射浆管直接对孔底部位冲刷，导致后注入的水泥浆液将孔底已处于初凝或接近初凝状态的水泥浆液冲刷后在孔底部位进行搅拌而返出孔口，造成回浆变浓而产生铸管。

因此，在灌浆施工实际操作中一定要按规范规定将射浆管下入到规定部位，使孔内浆液具有良好的循环状态，避免回浆变浓，减少铸管。

3.2 射浆管接头及其材质

灌浆施工中所选用的射浆管及其接头的材质也很关键，若材质强度、韧性不够，一旦发生孔内回浆变浓、轻微铸管而活动孔内射浆管时，将发生孔内射浆管脱落、断裂，从而导致严重的铸管事故。因此，灌浆所使用的射浆管必须选用优质材料，接头的加工必须符合灌浆施工需要，必要时可以加工专用的、接头上无槽口的射浆管用以灌浆，以减少浆液在上返循环过程中因接头槽口阻力造成的浆液触附而形成的回浆变浓及铸管。