一种适用于煤矸石地层的注浆工艺

赵 冬

(中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西 西安 710077)

0 引言

随着我国城镇化进程的加速推进，在各类复杂地质条件下进行地基加固的工程案例越来越多。袖阀管注浆工艺因其具有多方位、多次、定量、分段注浆的特点，被国内外工程人员广泛采用[1-4]。

在工程实践应用中发现，传统的袖阀管注浆工艺存在以下不足：

1)传统袖阀管的PVC外管强度较低，在安设和注浆过程中易折断。

2)注浆花管在分层注浆过程中上下移动困难，导致注浆效率较低，甚至会导致注浆管断裂，造成整个钻孔报废。

3)在易塌孔地层中实施袖阀管注浆工程时，传统工艺施工时袖阀管安装困难，极易发生袖阀管折断或安装不到位的现象。

4)传统袖阀管的上下止浆塞在多次使用后易磨损，会导致注浆管内部翻浆，无法达到多次分层注浆的目的。

针对以上问题，经过多个工程实践经验总结出一种适用于煤矸石地层的注浆工艺，可实现在破碎易塌孔地层多次分层分段注浆的目的。

1 破碎易塌孔地层条件下注浆工艺

1.1 袖阀管制作工艺

针对破碎易塌孔地层，本工艺可根据实际需要使用φ76 mm或φ48 mm的钢质袖阀管。袖阀管结构主要有焊接钢管或无缝钢管外管、橡胶套、钢质堵头、钢管接头(钢管采用对焊连接时可不用)、上胶塞、下胶塞、注浆芯管、注浆花管等。

1)袖阀管：在钢管上按间距30 cm～40 cm 垂直开两组直径为5 mm的射浆孔。

2)膨胀橡胶圈：应在钢管外壁射浆孔套上一层长度约6 cm，厚度3 mm的膨胀橡胶圈(即袖阀)，两端用钢制卡环点焊牢固，点焊时不得损坏橡胶圈。管底采用专用堵头封住，接长可采用套管、焊接或螺纹连接。

3)上、下胶塞：选择与钢质袖阀管内壁相匹配的橡胶注水胶塞，橡胶注水胶塞由内胶层、增强层、中胶层、外胶层组成。胶塞在承受内部正向压力下，管体长度缩短，直径变大呈膨胀状态，实现封堵功能。袖阀管和胶塞见图1。

1.2 钻孔成孔工艺

1)成孔设备：当需要采取岩芯时，可采用XY-4型岩芯钻机跟管钻进成孔法施工；当不需要采取岩芯时，可采用全液压锚固履带式钻机液压冲击跟管钻进成孔方法施工。

2)成孔方法：XY-4型岩芯钻机或全液压锚固履带式钻机成孔采用内外套管跟管成孔。钻孔至设计孔深，先将动力头与外套管松开，提升内钻杆，取出孔内的全部内钻杆，同时取出内钻头，外套管留在孔内保护孔壁，安装袖阀管后再取出外套管。钻孔过程中做好钻孔记录，包括掉钻、减压、增压深度、孔深。

1.3 注浆工艺

注浆工艺可分为制备、置换套壳料，安放钢质袖阀管，拔出护壁套管、安装上、下胶塞、注浆花管及注浆管，制备注浆浆液，注浆，封孔等步骤。

1)制备、置换套壳料：套壳料用水、水泥、膨润土按照现场试验的配比配制而成，成孔后立即通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料。套壳料在压力的作用下，通过钻杆进入钻孔底部，在孔口发现排出的泥浆中含有套壳料时，停止置换。

2)安放钢质袖阀管：在套壳料置换完成后要立即插入袖阀管。采用套管或焊接连接各节钢质袖阀管，袖阀管每节连接好后，依次下放到钻孔中，直到孔底，下放时尽量保证袖阀管的中心与钻孔中心重合。

3)拔出护壁套管：采用跟管钻进成孔工艺时，在袖阀管安装到位后应拔出护壁套管。

4)安装上、下胶塞、注浆花管及注浆管：在套壳料龄期3 d～5 d 后，在袖阀管内下入上下胶塞及注浆花管。注浆花管为镀锌管射浆孔间距为5 cm～10 cm，花管长50 cm～100 cm，花管两端设两个变径丝扣接头，分别接上、下橡胶注水胶塞，上胶塞上接注浆钢管，胶塞内注水后膨胀，从而实现分段定向注浆的效果。

5)分层分段注浆：连接好注浆管路后，使用稀浆(或清水)加压开环。在加压开环过程中，一旦出现压力突然下降，注浆量剧增，表示已经开环。开环后即按设计配合比开始正式注浆。应自下向上逐段进行注浆，分段长度为0.5 m～2 m，注浆过程中主要通过“听声音、看压力、看注浆量”来判断注浆的实施效果。注浆过程中，当注浆超过预计注浆量不见升压或吸浆量不下降时应变换浆液浓度或添加速凝剂。

6)封孔：注浆结束后所有钻孔均要封孔，严格按照钻探规程的规定进行封孔，并进行封孔质量检查，在孔口埋设标志，提出封孔报告。

2 工程实例

2.1 工程概况

山西某煤矿原矿井水处理厂为适应矿井生产，拟对矿井水处理厂进行改扩建。根据项目岩土工程勘察报告，扩建场地为煤矸石填埋，矸石回填层层厚2.10 m～17.40 m，由西北向东南层厚逐渐变薄，平均厚度12.47 m最大回填厚度约17.0 m，填料成分主要为煤矸石，粒径及级配情况不详；矸石回填层以下为褐红色粉质粘土(Q2)，勘察中该层未揭穿，具体厚度不详。为了增强地基刚度，提高地基稳定性，需对拟建建筑物地基进行处理。

2.2 注浆加固方案

2.2.1钻孔布置

在建筑物外边线向外2.0 m布设一圈帷幕注浆孔，目的其一为将地基加固区与潜在着火区隔离，其二为防止浆液外流。建筑物下方布设一般注浆孔，采用4 m孔间距正三角形布置。钻孔本工程共布置注浆孔258个，其中帷幕注浆孔82个，固结注浆钻孔156个。帷幕钻孔距基础外边线2.0 m向基础外方向布设，孔间距2.7m，共计82个；固结注浆钻孔采用正三角形布置，相邻钻孔间距4 m，共计156个。

钻孔开孔孔径不小于130 mm，进入原状土深度不小于1.0 m，钻进过程中遇塌孔钻进困难时可采用跟管钻进、泥浆护壁等方法确保成孔后能顺利下入钢质袖阀管。所有注浆孔均按照先帷幕孔后固结注浆孔的顺序进行施工，宜分成两序施工，必要时可分三序成孔注浆施工。

2.2.2袖阀管注浆参数

1)注浆材料。注浆材料主要采用P.O42.5普通硅酸盐水泥、粉煤灰(Ⅱ级)、水、速凝剂(水玻璃)等组成。

2)注浆参数。帷幕孔采用水泥粉煤灰复合浆液，固相比(水泥∶粉煤灰)为4∶6，内部建筑物下一般注浆孔采用纯水泥浆液，水固比为1∶1～1∶1.2。当帷幕注浆孔注浆量较大时，可掺入水泥重量2%的速凝剂。

注浆前，应将作原材的浆液配合比试验(配合比分别为1∶1；1∶1.1；1∶1.2)。试验内容应包括单位浆液的各骨料的含量、凝结时间、浆液比重及结石率。

3)注浆压力及扩散半径。注浆开始时先进行压水，注浆压力孔口控制在不大于2 MPa～3 MPa。暂确定浆液扩散半径为5.0 m，实际施工中根据注浆效果进行调整。

2.2.3终止注浆标准

当注浆压力超过3.0 MPa，注浆量小于15 L/min，稳定压力时间达到10 min～15 min时停止注浆；当发生加固范围的土体表面发生裂缝，并有浆液冒出地面时停止注浆；当发生串浆或浆液漏失严重时停止注浆。

多次注浆间歇时间依据现场试验得到的浆液初、终凝时间确定，以不小于初凝时间，且不大于终凝时间为准。当注浆达到设计结束标准时，该孔注浆结束。

2.2.4注浆效果检测

1)勘探检测：注浆施工结束28 d后，在场地内布设总数不得少于注浆孔总数的2%的检测孔。在检测孔成孔过程中进行剪切波速试验及重型动力触探试验，以判断被注浆加固后回填矸石层的均匀性和完整性。同时对检测孔所取岩芯进行无侧限抗压强度测试，抗压强度不应小于0.6 MPa。

2)静载检测：JGJ 79—2012根据建筑地基处理技术规范第8.4.4条规定，换填及注浆加固处理后地基的承载力应进行静载荷试验检验，本工程静载检验要求数量应不少于6个点。

3 结语

针对煤矸石地层松散破碎易塌孔的特点，通过改进传统袖阀管注浆工艺，介绍了一种适用于煤矸石地层的注浆工艺，在工程实践中该工艺具有可靠性好、使用方便、结构简单、成本低的特点，取得了良好的效果，具有一定的推广意义。