[发明专利]用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法

说明书

本发明公开了一种用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管，包括由内至外依次嵌套的注浆内管、注浆外管和外端套管，注浆内管和外管的管壁上均开设有花孔，外端套管的末端为冠形钻头，注浆外管外壁上绑扎有与其形成一体的膜袋，注浆内管的末段外壁上固定有上螺旋形刀片，注浆内管的末端固定有小尺寸旋转钻头，应用时，冠型钻头和小尺寸旋转钻头共同配合旋转钻进。同时还公开了施工工艺，采用膜袋定域重点注浆加固技术，对软弱破碎带进行重点加固，并采用二次球柱形注浆扩散与加固方法，本发明注浆效果好，且注浆内管与外端套管可循环重复利用，施工便捷，经济实用，无需多次复钻，既有效加固了珊瑚砂等岛礁软弱地基，又减少了对岛礁软弱地基的扰动。

技术领域

本发明涉及一种海洋岩土工程技术，尤其是一种用于岛礁软弱地层注浆加固的组合钻注管及施工方法。

背景技术

南沙群岛是我国南海海域中最宝贵的陆地资源，在海洋资源开发和领海保护中成为重要的立足点和前方基地，加快岛礁软弱地层注浆加固技术研究，有利于我国岛礁地下工程的建设和运营维护。南海岛礁工程地基主要包括松散珊瑚砂及弱胶结礁灰岩等，珊瑚砂是一种钙质砂，由海洋生物如贝壳、珊瑚、海藻等沉积形成，主要成分是碳酸钙和其他难溶碳酸盐类物质，具有易破碎、颗粒易胶结、孔隙率高、形状不规则等特点，其密度比普通石英砂大，渗透性较强。礁灰岩主要成分为碳酸钙，由珊瑚、藻类、生物碎屑、有孔虫等胶结而成，具有高孔隙度、低强度等特点。由于海水侵蚀，礁灰岩礁体存在溶洞空腔以及未胶结的松散生物碎屑，地基存在不均匀性，礁灰岩地基软弱地带强度普遍较低。

加固岛礁软弱珊瑚砂地层较为成熟的几种技术为分层碾压法、强夯法、振冲法。注浆加固地基是岩土工程中采用最广泛的一种地基加固方式，通常采用往地层中注入水泥浆来达到改良地层的目的，适用于建设、维护以及工程抢修时地基处理，是一种较经济实用的方法，在珊瑚地基已有一些应用实例，该方法对钙质砂地基抗渗性、稳定性和耐久性起到显著增强效果，但仍缺少相关研究。

由于岛礁不良地质条件的特殊性，目前岛礁地下工程注浆加固技术面临较大困难，主要表现为：第一，岛礁地下水位较高，岛礁深处礁灰岩通常不均匀，存在裂隙、空洞、地下水流等情况，若采用全孔一次性注浆，在软弱破碎地层中加固范围较小，在加固和堵水方面作用具有局限性；第二，珊瑚砂软弱、孔隙率高、压缩性高，若采用分段前进式注浆，需要反复扫孔，对珊瑚砂地层扰动大，效率低且成本高；第三，若采用常规的后退式注浆则需要下管和安装止浆系统，工艺复杂；第四，如果仅仅注入水泥单液浆，往往会被裂隙、空洞中海水流走，达不到预期注浆效果，如果注入水泥-水玻璃双液浆，虽然双液浆凝结时间短，但注浆可控性有限，面临难以精准加固预定位置等难题。

中国专利申请CN 112942307 A公开了一种松散土层注浆加固方法及滨海岩溶区注浆加固方法，包括以下步骤：在松散土层下入套管，套管底端低于松散土层和灰岩层交界面设定距离；在套管中下入设置有第一膜袋的第一注浆管；对第一膜袋内进行注浆，直至第一膜袋与第一套管的内侧面紧密贴合；对第一膜袋上方的第一套管与第一注浆管之间的空间进行注浆，直至浆液液面与地面平齐；第一膜袋上方的浆液凝固后，通过第一注浆管进行注浆，浆液注入灰岩层并扩散至松散土层，直至达到设定的注浆终压。该发明能够对松散土层进行加固，防止地表跑浆漏浆现象，但该发明仍需反复钻孔和扫孔，施工复杂，对松散地基扰动大，且注浆加固范围较为局限，无法实现对深层地基的大范围加固。

中国专利申请CN 110714454 A公开了一种顶板注浆成岩加固设备及其施工方法，包括下套管、上套管、囊袋和注浆管，下套管和上套管的中心线重合且该中心线均沿竖向设置，囊袋为双层的帽状结构，囊袋下部套在上套管的上端部，下套管上部开设有内外通透的通孔，注浆管设置在下套管和上套管内部，注浆管上端在通孔处折弯向外穿过通孔与囊袋上的注浆口连接，下套管上端设置有与上套管连接的切管及上下联动装置。该发明通过给上套管顶端设囊袋，增加锚固强度的目的，但应用范围小，不适用于深层地基注浆加固。