一种碎石土层钻进用水泥浆封孔护壁工艺的制作方法

1.本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种碎石土层钻进用水泥浆封孔护壁工艺。


背景技术：

2.建筑地基是建筑建造的基础，地基的质量关乎着建筑的稳固性，在建筑地基建造过程中，为了提高土层的稳定性，需要在地基中均匀浇筑若干基桩，为了便于基桩的浇筑，需要事先使用钻孔装置对地基土层进行钻孔操作。在对地基进行钻孔作业的过程中，由于部分地基的土层中会含有部分的碎石土层，这部分碎石土层的地基在进行钻孔作业时，容易造成泥土发生塌陷、漏水漏浆严重的现象，从而影响正常的钻孔操作，存在着一定的使用缺陷。目前，为了防止碎石土层的泥土塌陷影响后续的钻孔作业，在钻孔的过程中，一般都会采用灌浆护壁的方法来对钻孔进行保护，以保证钻孔基柱的浇筑质量，在现有的技术中，在碎石土层中钻进常规的护壁方式为采用跟管钻进法，跟管钻进法是在钻孔的过程中逐次将护壁管下放至碎石土层底部，隔住碎石土以防止坍塌，该方法在使用的过程中发现，需要采用锤击法将护壁管下至指定深度，其施工速度慢、施工安全性差，且护壁管容易损坏，另外，如果是碎石土层的深度较厚，一般都就需要采用双层护壁套管，受深度的限制，套管的下放及拔起都比较困难，需要消耗大量的人力、无力，而且会影响后续灌浆护壁的质量。因此，研制开一种方法简单使用、既能有效的降低施工成本、又能有效的提高施工效率、护壁效果更好的碎石土层钻进用水泥浆封孔护壁工艺是客观需要的。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种方法简单使用、既能有效的降低施工成本、又能有效的提高施工效率、护壁效果更好的碎石土层钻进用水泥浆封孔护壁工艺。
4.本发明所述碎石土层钻进用水泥浆封孔护壁工艺,包括以下步骤:
ꢀ①
施工准备：先对施工现场进行清理，接着将钻机行驶到要施工的孔位，并将复合片钻头中心与现场需要钻孔的中心对准进行引孔；
ꢀ②
一次钻孔作业：钻机调平后开钻，当复合片钻头钻进至深度至5m时复查开孔垂直度偏差，合格后继续钻进，复合片钻头在转进的过程中，钻孔的压力需控制在5.0～8.0mpa，转速控制在200～300r/min, 泵量控制在50～60l/ min，回次进尺控制在0.8～1.20m，当复合片钻头钻进碎石层段以下0.5～1m时，钻机起钻取出岩芯；
③
水泥灌浆的配制：先将预先配制好的水泥砂浆和速凝剂按照8.5:1.5～2的质量比配制成水泥灌浆备用, 水泥砂浆的强度为m5；
④
孔内注浆：钻机起钻取出岩芯后，取下钻机上的复合片钻头，更换注浆钻头后，重新将注浆钻头缓慢钻进至碎石层底部的孔底，接着再利用水泵将步骤
③
制得的水泥灌浆注入到钻孔内，使钻孔内的碎石段充满水泥灌浆，水泵的注浆压力控制在0.5～0.6mpa，注
浆时间控制在20～30min，待水泵注浆结束5～6min后，钻机低速回转起钻，钻机回转起钻的速度控制在110～120r/min；
④
质量检测：待钻机的注浆钻头起钻后，采用悬挂式波速测井仪按0.8～1m/测点的原则对钻孔进行单孔剪切波速测试，然后根据波速判定碎石层的注浆段是否充满水泥浆；
⑤
二次钻孔作业：钻孔内的单孔剪切波速测试合格后，让钻孔内的水泥灌浆继续凝固12～24小时，之后取下钻机的注浆钻头，更换上金刚钻头，所述金刚钻头的直径小于复合片钻头的直径，再利用金刚石钻头对凝固后的水泥浆进行二次钻孔，当金刚钻头二次钻进至原来的孔深后，钻机起钻后取出凝固的水泥浆。
5.本发明较好的解决了碎石层漏水漏浆严重，孔壁极易坍塌的技术难题，没有采用优质的水泥浆和跟管护壁技术，其施工的成本比较低。与现有的技术相比，本发明的优点在于：一是本发明在钻孔的作业过程中，通过合理的控制钻孔压力、转速等技术参数，可以有效的保证钻孔的深度，能够在一定的程度上防止土层塌陷的现象；二是在一次钻孔作业后，就利用专门研制的水泥灌浆注浆护壁，之后利用注浆钻头的钻进作用力将水泥灌浆挤压后附着在碎石土层内，从而在钻孔的内壁形成一定强度的加固层起到保护孔壁的作用，达到了碎石土层防塌堵漏的良好效果。综上，本发明通过水泥灌浆封孔、堵漏护壁工艺，不仅保证了工程质量和施工进度，而且降低了施工难度，提高了施工效率，节约了施工成本，能够产生良好的社会效益和经济效益，易于推广使用。
具体实施方式
6.下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均实施例属于本发明的保护范围。
7.实施例1本实施例1以富民县某新建小区层高33层的高层建筑地基地层结构为例进行实施操作。该小区的地层结构特点是覆盖层中分布有25～30m渗透性较强的碎石土，且下伏基岩为岩溶中等发育的灰岩，地层结构复杂，覆盖层上部为可塑-硬塑状黏性土，厚度约7～10m左右，碎石土层中碎石组成中砾径30～200mm的卵砾石，含量约占55～75%，该地层透水性大，钻进时漏水漏浆严重，孔壁极易坍塌，且下伏基岩为岩溶中等发育的灰岩，亦漏水严重，勘察技术要求进入完整基岩不小于10m终孔，该技术要求给钻探施工带来了很大的挑战。经研究考察后，本实施例1中采用的施工工艺如下：
①
施工准备：先对施工现场进行清理，接着将钻机行驶到要施工的孔位，并将复合片钻头中心与现场需要钻孔的中心对准进行引孔；
ꢀ②
一次钻孔作业：钻机调平后开钻，当复合片钻头钻进至深度至5m时复查开孔垂直度偏差，复合片钻头用直径为110～127mm的大口径复合片钻头，合格后继续钻进，复合片钻头在转进的过程中，为确保取芯的质量和钻孔质量，钻进参数遵循“低压力、中钻速、小泵量”的原则，以达到平稳的钻进速度为宗旨，具体地，钻孔的压力需控制在5.0mpa，转速控制在200r/min, 泵量控制在50l/ min，回次进尺控制在0.8m，当复合片钻头钻进碎石层段以下0.5m时，钻机起钻取出岩芯，因为压力过大，容易出现岩芯堵塞现象，转速过高容易造成孔壁的坍塌，泵量过大会冲毁岩芯导致钻进困难，取芯质量下降，在钻进时，若发现堵芯，立
即起钻，且起下钻要缓慢，避免孔内产生较大的抽吸作用，引起浆液的强烈激荡，导致孔壁坍塌，当在钻进过程中感觉无振动和跳动时，说明已穿过碎石土层，在进入下伏基岩0.5～1m左右时，起钻取出岩芯；
③
水泥灌浆的配制：先将预先配制好的水泥砂浆和速凝剂按照8.5:1.5的质量比配制成水泥灌浆备用, 水泥砂浆的强度为m5，所述水泥砂浆由水泥、中砂和水混合配制而成，所述水泥、中砂和水的质量比为1:6.3:1.28，水泥砂浆中的水泥价格低廉，材料来源广，与岩石颗粒或裂隙层面，胶结强度大，是一种效果很好的堵漏材料，在不同条件下，选用不同的浆液均能有效的胶结孔壁裂隙岩石，堵塞孔隙，裂隙岩层的漏失通道，水泥浆可以用泵注入，也可以采用专用灌入器送入孔内混合，如果钻孔很浅时，可将水泥做成球投入孔内，当地下水活动强烈时，可将水泥混以速凝剂或其它惰性材料做成快干水泥球或装入塑料袋，从孔口投入或用岩心管送入需要封闭的孔段，用捣实的方法将其挤入裂隙内，然而随着我国水泥品种的不断增加，新的水泥外加剂如速凝、早强或缓凝剂等陆续的出现，水泥护孔堵漏方法的应用范围越来越广，本实施例中采用m5水泥砂浆和速凝剂，调均匀后，用水泵注入要封堵的孔段，凝固孔壁，从而以达到防塌堵漏的目的，进一步，所述速凝剂为硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐混合而成的混合物，所述硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐的质量比为1:1:0.8，传统的速凝剂大多是以铝酸盐、碳酸盐为主，碱性较高，由于强碱的存在，很容易引起碱集料反应，使地基和浆体的界面发生劣化，一旦吸水后易产生膨胀，导致灌浆结构遭到破坏，使水泥灌浆的耐久性降低，选取的硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐由于不含碱，而且对水泥水化有一定的促进作用，在采用硫酸盐、硝酸盐以及甲酸盐的复配使用后，能够使水泥灌浆的抗压强度在较短的是将内增高，使水泥灌浆的初凝时间进一步的缩短，进而能够抵御漏浆的冲击，避免钻孔塌陷的现象；
④
孔内注浆：钻机起钻取出岩芯后，取下钻机上的复合片钻头，更换注浆钻头后，重新将注浆钻头缓慢钻进至碎石层底部的孔底，接着再利用水泵将步骤
③
制得的水泥灌浆注入到钻孔内，使钻孔内的碎石段充满水泥灌浆，水泵的注浆压力控制在0.5mpa，注浆时间控制在20min，待水泵注浆结束5min后，钻机低速回转起钻，钻机回转起钻的速度控制在110r/min；
④
质量检测：待钻机的注浆钻头起钻后，采用悬挂式波速测井仪按0.8m/测点的原则对钻孔进行单孔剪切波速测试，悬挂式波速测井仪采用xg-i悬挂式波速测井仪，xg-i悬挂式波速测井仪为现有技术中使用的结构，其使用方法和测量波速按照说明操作确定，然后根据波速判定碎石层的注浆段是否充满水泥浆；
⑤
二次钻孔作业：钻孔内的单孔剪切波速测试合格后，让钻孔内的水泥灌浆继续凝固12小时，经过注浆处理，钻孔内碎石土层已被水泥灌浆封住，不用再担心坍塌、掉块、卡钻等事故的发生，可以放心的正常的钻进，之后取下钻机的注浆钻头，更换上金刚钻头，所述金刚钻头的直径小于复合片钻头的直径，再利用金刚石钻头对凝固后的水泥浆进行二次钻孔，刚石钻头的直径91mm，二次钻孔的控制参数：钻机在转进的过程中，钻孔的压力宜在3～4mpa，钻机的转速控制在150r/min, 泵量30l/ min，钻进的回次进尺控制在0.8m，当金刚钻头二次钻进至原来的孔深后，钻机起钻后取出凝固的水泥浆。
8.本实施例1的钻孔护壁方法简单合理，采用钻孔和水泥灌浆相配合的护壁方法，省去了护管及护管安装与取出的工艺，就能实现解决碎石层漏水漏浆严重，孔壁极易坍塌的
技术难题，本实施例的实施，不仅保证了工程质量和施工进度，而且降低了施工难度，提高了施工效率，节约了施工成本，能够产生良好的社会效益和经济效益，与现有的跟管护壁工艺相比，施工周期能够缩短30天，施工成本可节约5万元，施工效率提高了20%。
9.实施例2本实施例2以盘龙去某新建小区层高55层的高层建筑地基地层结构为例进行实施操作。该小区的地层结构特点是覆盖层中分布有20～60m的碎石土，碎石土层中的粗颗粒粒径范围为2～30cm，本实施例2中采用的施工工艺如下：
①
施工准备：先对施工现场进行清理，接着将钻机行驶到要施工的孔位，并将复合片钻头中心与现场需要钻孔的中心对准进行引孔；
ꢀ②
一次钻孔作业：钻机调平后开钻，当复合片钻头钻进至深度至5m时复查开孔垂直度偏差，复合片钻头用大口径复合片钻头，合格后继续钻进，复合片钻头在转进的过程中，为确保取芯的质量和钻孔质量，钻进参数遵循“低压力、中钻速、小泵量”的原则，以达到平稳的钻进速度为宗旨，具体地，钻孔的压力需控制在6.5mpa，转速控制在250r/min, 泵量控制在55l/ min，回次进尺控制在1.0m，当复合片钻头钻进碎石层段以下0.8m时，钻机起钻取出岩芯，因为压力过大，容易出现岩芯堵塞现象，转速过高容易造成孔壁的坍塌，泵量过大会冲毁岩芯导致钻进困难，取芯质量下降，在钻进时，若发现堵芯，立即起钻，且起下钻要缓慢，避免孔内产生较大的抽吸作用，引起浆液的强烈激荡，导致孔壁坍塌，当在钻进过程中感觉无振动和跳动时，说明已穿过碎石土层，在进入下伏基岩0.8m左右时，起钻取出岩芯；
③
水泥灌浆的配制：先将预先配制好的水泥砂浆和速凝剂按照8.5:1.8的质量比配制成水泥灌浆备用, 水泥砂浆的强度为m5，所述水泥砂浆由水泥、中砂和水混合配制而成，所述水泥、中砂和水的质量比为1:6.6:1.35，水泥砂浆中的水泥价格低廉，材料来源广，与岩石颗粒或裂隙层面，胶结强度大，是一种效果很好的堵漏材料，在不同条件下，选用不同的浆液均能有效的胶结孔壁裂隙岩石，堵塞孔隙，裂隙岩层的漏失通道，水泥浆可以用泵注入，也可以采用专用灌入器送入孔内混合，如果钻孔很浅时，可将水泥做成球投入孔内，当地下水活动强烈时，可将水泥混以速凝剂或其它惰性材料做成快干水泥球或装入塑料袋，从孔口投入或用岩心管送入需要封闭的孔段，用捣实的方法将其挤入裂隙内，然而随着我国水泥品种的不断增加，新的水泥外加剂如速凝、早强或缓凝剂等陆续的出现，水泥护孔堵漏方法的应用范围越来越广，本实施例中采用m5水泥砂浆和速凝剂，调均匀后，用水泵注入要封堵的孔段，凝固孔壁，从而以达到防塌堵漏的目的，进一步，所述速凝剂为硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐混合而成的混合物，所述硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐的质量比为1:1.5:1.0，传统的速凝剂大多是以铝酸盐、碳酸盐为主，碱性较高，由于强碱的存在，很容易引起碱集料反应，使地基和浆体的界面发生劣化，一旦吸水后易产生膨胀，导致灌浆结构遭到破坏，使水泥灌浆的耐久性降低，选取的硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐由于不含碱，而且对水泥水化有一定的促进作用，在采用硫酸盐、硝酸盐以及甲酸盐的复配使用后，能够使水泥灌浆的抗压强度在较短的是将内增高，使水泥灌浆的初凝时间进一步的缩短，进而能够抵御漏浆的冲击，避免钻孔塌陷的现象；
④
孔内注浆：钻机起钻取出岩芯后，取下钻机上的复合片钻头，更换注浆钻头后，重新将注浆钻头缓慢钻进至碎石层底部的孔底，接着再利用水泵将步骤
③
制得的水泥灌浆
注入到钻孔内，使钻孔内的碎石段充满水泥灌浆，水泵的注浆压力控制在0.55mpa，注浆时间控制在25min，待水泵注浆结束6min后，钻机低速回转起钻，钻机回转起钻的速度控制在115r/min；
④
质量检测：待钻机的注浆钻头起钻后，采用悬挂式波速测井仪按0.9m/测点的原则对钻孔进行单孔剪切波速测试，悬挂式波速测井仪采用xg-i悬挂式波速测井仪，xg-i悬挂式波速测井仪为现有技术中使用的结构，其使用方法和测量波速按照说明操作确定，然后根据波速判定碎石层的注浆段是否充满水泥浆；
⑤
二次钻孔作业：钻孔内的单孔剪切波速测试合格后，让钻孔内的水泥灌浆继续凝固20小时，经过注浆处理，钻孔内碎石土层已被水泥灌浆封住，不用再担心坍塌、掉块、卡钻等事故的发生，可以放心的正常的钻进，之后取下钻机的注浆钻头，更换上金刚钻头，所述金刚钻头的直径小于复合片钻头的直径，再利用金刚石钻头对凝固后的水泥浆进行二次钻孔，二次钻孔的控制参数：钻机在转进的过程中，钻孔的压力宜在3.5mpa，钻机的转速控制在180r/min, 泵量35l/ min，钻进的回次进尺控制在0.9m，当金刚钻头二次钻进至原来的孔深后，钻机起钻后取出凝固的水泥浆。
[0010] 本实施例2的钻孔护壁方法简单合理，采用钻孔和水泥灌浆相配合的护壁方法，省去了护管及护管安装与取出的工艺，就能实现解决碎石层漏水漏浆严重，孔壁极易坍塌的技术难题，本实施例的实施，不仅保证了工程质量和施工进度，而且降低了施工难度，提高了施工效率，节约了施工成本，能够产生良好的社会效益和经济效益，与现有的跟管护壁工艺相比，施工周期能够缩短25天，施工成本可节约3.5万元，施工效率提高了25%。
[0011]
实施例3本实施例3以武定县某新建小区层高25层的高层建筑地基地层结构为例进行实施操作。该小区的地层结构特点是地基中分布有15～40m的碎石土，且下伏基岩为岩溶中等发育的灰岩，碎石土层中粗颗粒粒径范围为5～30cm，钻进时孔壁极易坍塌，经研究考察后，本实施例3中采用的施工工艺如下：
①
施工准备：先对施工现场进行清理，接着将钻机行驶到要施工的孔位，并将复合片钻头中心与现场需要钻孔的中心对准进行引孔；
ꢀ②
一次钻孔作业：钻机调平后开钻，当复合片钻头钻进至深度至5m时复查开孔垂直度偏差，复合片钻头用大口径复合片钻头，合格后继续钻进，复合片钻头在转进的过程中，为确保取芯的质量和钻孔质量，钻进参数遵循“低压力、中钻速、小泵量”的原则，以达到平稳的钻进速度为宗旨，具体地，钻孔的压力需控制在8.0mpa，转速控制在300r/min, 泵量控制在60l/ min，回次进尺控制在1.20m，当复合片钻头钻进碎石层段以下1m时，钻机起钻取出岩芯，因为压力过大，容易出现岩芯堵塞现象，转速过高容易造成孔壁的坍塌，泵量过大会冲毁岩芯导致钻进困难，取芯质量下降，在钻进时，若发现堵芯，立即起钻，且起下钻要缓慢，避免孔内产生较大的抽吸作用，引起浆液的强烈激荡，导致孔壁坍塌，当在钻进过程中感觉无振动和跳动时，说明已穿过碎石土层，在进入下伏基岩1m左右时，起钻取出岩芯；
③
水泥灌浆的配制：先将预先配制好的水泥砂浆和速凝剂按照8.5: 2的质量比配制成水泥灌浆备用, 水泥砂浆的强度为m5，所述水泥砂浆由水泥、中砂和水混合配制而成，所述水泥、中砂和水的质量比为1: 6.9: 1.4，水泥砂浆中的水泥价格低廉，材料来源广，与岩石颗粒或裂隙层面，胶结强度大，是一种效果很好的堵漏材料，在不同条件下，选用不同
的浆液均能有效的胶结孔壁裂隙岩石，堵塞孔隙，裂隙岩层的漏失通道，水泥浆可以用泵注入，也可以采用专用灌入器送入孔内混合，如果钻孔很浅时，可将水泥做成球投入孔内，当地下水活动强烈时，可将水泥混以速凝剂或其它惰性材料做成快干水泥球或装入塑料袋，从孔口投入或用岩心管送入需要封闭的孔段，用捣实的方法将其挤入裂隙内，然而随着我国水泥品种的不断增加，新的水泥外加剂如速凝、早强或缓凝剂等陆续的出现，水泥护孔堵漏方法的应用范围越来越广，本实施例中采用m5水泥砂浆和速凝剂，调均匀后，用水泵注入要封堵的孔段，凝固孔壁，从而以达到防塌堵漏的目的，进一步，所述速凝剂为硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐混合而成的混合物，所述硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐的质量比为1: 2: 1.2，传统的速凝剂大多是以铝酸盐、碳酸盐为主，碱性较高，由于强碱的存在，很容易引起碱集料反应，使地基和浆体的界面发生劣化，一旦吸水后易产生膨胀，导致灌浆结构遭到破坏，使水泥灌浆的耐久性降低，选取的硫酸盐、甲酸盐和硝酸盐由于不含碱，而且对水泥水化有一定的促进作用，在采用硫酸盐、硝酸盐以及甲酸盐的复配使用后，能够使水泥灌浆的抗压强度在较短的是将内增高，使水泥灌浆的初凝时间进一步的缩短，进而能够抵御漏浆的冲击，避免钻孔塌陷的现象；
④
孔内注浆：钻机起钻取出岩芯后，取下钻机上的复合片钻头，更换注浆钻头后，重新将注浆钻头缓慢钻进至碎石层底部的孔底，接着再利用水泵将步骤
③
制得的水泥灌浆注入到钻孔内，使钻孔内的碎石段充满水泥灌浆，水泵的注浆压力控制在0.6mpa，注浆时间控制在30min，待水泵注浆结束6min后，钻机低速回转起钻，钻机回转起钻的速度控制在120r/min；
④
质量检测：待钻机的注浆钻头起钻后，采用悬挂式波速测井仪按1m/测点的原则对钻孔进行单孔剪切波速测试，悬挂式波速测井仪采用xg-i悬挂式波速测井仪，xg-i悬挂式波速测井仪为现有技术中使用的结构，其使用方法和测量波速按照说明操作确定，然后根据波速判定碎石层的注浆段是否充满水泥浆；
⑤
二次钻孔作业：钻孔内的单孔剪切波速测试合格后，让钻孔内的水泥灌浆继续凝固24小时，经过注浆处理，钻孔内碎石土层已被水泥灌浆封住，不用再担心坍塌、掉块、卡钻等事故的发生，可以放心的正常的钻进，之后取下钻机的注浆钻头，更换上金刚钻头，所述金刚钻头的直径小于复合片钻头的直径，再利用金刚石钻头对凝固后的水泥浆进行二次钻孔，二次钻孔的控制参数：钻机在转进的过程中，钻孔的压力宜在4mpa，钻机的转速控制在200r/min, 泵量40l/ min，钻进的回次进尺控制在1.0m，当金刚钻头二次钻进至原来的孔深后，钻机起钻后取出凝固的水泥浆。
[0012]
本实施例3的钻孔护壁方法简单合理，采用钻孔和水泥灌浆相配合的护壁方法，省去了护管及护管安装与取出的工艺，就能实现解决碎石层漏水漏浆严重，孔壁极易坍塌的技术难题，本实施例的实施，不仅保证了工程质量和施工进度，而且降低了施工难度，提高了施工效率，节约了施工成本，能够产生良好的社会效益和经济效益，与现有的跟管护壁工艺相比，施工周期能够缩短20天，施工成本可节约3.5万元，施工效率提高了30%。