[发明专利]一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统

说明书

技术领域

本发明涉及地基基础加固与防渗处理灌浆领域，具体为一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，主要是适用于对结构松散、软弱等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理，可广泛用于水电、市政、铁道与公路桥梁、港口、机场等领域对松散、软弱等不良地质体进行基础加固与防渗灌浆处理。

背景技术

我国在建的托口水电站河湾地块白垩系红层底部分布有巨厚层钙质砾岩（K^1-1），大多呈全～强风化状，碎块、砂砾复合结构，软硬疏密不均，透水率10-50Lu中等透水，属Ⅳ～Ⅴ类岩体。中国专利申请CN102535472A公开了一种孔管封填、高压冲挤灌浆的方法，该灌浆方法分为两步，先采用钻机钻孔、然后由孔底采用自下而上的灌浆方法进行灌浆；在钻孔时，采用浓泥浆进行排渣与钻孔护壁。

托口水电站河湾地块灌浆研究表明，受白垩系红层特别是底部风化砾岩层结构性状制约，采用常规的灌浆系统普遍存在如下问题：

1、成孔钻进极易（崩）分解成沙砾，钻孔孔壁很不稳定；

2、孔口封闭灌浆局部容易产生劈裂难以起压；

3、灌浆易出现“水平夹饼”无效灌注问题突出；

4、常规的帷幕布孔结构难以建造合格的帷幕。

为解决上述一系列问题，前期由业主牵头，设计、院校、施工联合参入专门进行了《高压脉动劈裂挤密灌浆及其在托口河湾地块应用研究》工作，并推出本发明的“自下而上、浆体封闭、高压脉动”新型灌浆系统。

发明内容

针对我国在建的托口水电站河湾地块白垩系红层防渗灌浆地层特性，本发明旨在提供一种钻灌一体、自上而下、高压冲击灌浆系统，该灌浆系统将钻孔、灌浆、护壁有合为一体，钻灌时采用灌浆液作为冲洗液，钻头上部安装单向接头和螺旋接头组成螺旋密封高压冲挤灌浆头，通过螺旋密封高压冲挤灌浆头螺旋密封作用与单缸单作用往复式柱塞灌浆泵脉冲效应，实现全孔段钻灌一体，自上而下连续高压冲挤灌浆，灌浆液同时兼顾孔内排渣与孔壁保护。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，其特点是，包括钻机，通过钻杆连接在钻机立轴上的用于自上而下钻孔与灌浆的高压冲挤灌浆头；所述钻机立轴钻杆上部的水龙头通过钻灌进浆管与一灌浆泵相连；在钻孔的孔口位置设置有孔口回浆收集、沉降装置，该孔口回浆收集、沉降装置内沉淀处理后的回浆由泥浆泵通过钻灌回浆管送入灌浆储浆桶。

将回浆送入灌浆储浆桶后，对回浆进行搅拌与浆液性能调整后再循环使用。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

为了提高灌浆液的利用率，在钻灌孔口安装有孔口回浆收集、沉淀装置，所述灌浆储浆桶与所述灌浆泵相连，沉淀处理后回浆采用泥浆泵转抽至灌浆储浆桶搅拌与浆液性能调整后进行循环使用。

根据本发明的实施例，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头的结构为，包括螺旋接头，连接在螺旋接头下端的单向接头，连接在单向接头底端的全断面钻头；所述单向接头为一种单向下进上出结构，该单向接头内设有自动控制高压冲挤浆体单向冲挤灌入地层的单向阀球；所述螺旋接头表面开有螺旋槽。

当然，本发明还可以采用另一种结构形式，所述螺旋密封高压冲挤灌浆头的结构为，包括螺旋接头，连接在螺旋接头上端的单向接头，连接在螺旋接头底端的全断面钻头；所述单向接头为一种单向下进上出结构，该单向接头内设有自动控制高压冲挤浆体单向冲挤灌入地层的单向阀球；所述螺旋接头表面开有螺旋槽。

根据地层送软情况，所述螺旋接头的螺旋外径优选比所述全断面钻头的外径大2-8mm，以确保螺旋密封效果与灌浆起压。

上述螺旋槽优选为左旋螺旋槽，当钻杆旋转时，螺旋槽可以起到类似于螺杆泵的作用，增强灌浆冲挤压力。

所述螺旋接头优选采用65Mn弹簧钢或40Cr合金结构钢，表面淬火，HRC=45-55。

所述灌浆泵优选为单杠单作用往复式柱塞灌浆泵。

本发明公开的一种钻灌一体、自上而下、高压冲挤灌浆系统，是继孔管封填，高压冲挤灌浆工艺配套的系统之后再一次提出的一种全新灌浆工法对应的系统。本系统把钻孔、灌浆、护壁合为一体，钻孔时采用灌浆液作为冲洗液，钻头上部安装螺旋密封接头与单向接头组成螺旋密封高压冲挤灌浆头，配合单缸单作用往复式柱塞灌浆泵脉冲拥挤效应产生灌浆冲挤压力，实现钻灌一体，自上而下对地层进行高压冲挤灌浆，灌浆液同时兼顾排渣与钻孔护壁，钻灌与护孔结合，工艺操作较孔管封填，高压冲挤灌浆工艺更为简便，特别是对于灌浆钻孔成孔困难的情况下，功效更高，质量有保证。