GRPA灌漿堵漏劑在地質鉆探作業中加固地下松散巖層的應用

章宜成

(蘭溪市昆侖工程材料有限公司，浙江 蘭溪 321100)

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GRPA灌漿堵漏劑在地質鉆探作業中加固地下松散巖層的應用

章宜成

(蘭溪市昆侖工程材料有限公司，浙江 蘭溪 321100)

摘要：在地質鉆探作業中，鉆孔非常深且地下結構復雜，鉆探中經常會出現流砂層或地下巖層的松動，造成鉆孔周邊的塌方，從而影響甚至阻礙了鉆探的進一步進行。為解決這一難題，須對地下松散巖層進行有效加固，并通過試驗對灌漿加固的技術方案進行了應用研究。

關鍵詞：地下結構；松散巖層；灌漿加固

1概述

在地質鉆探作業中，經常會出現流砂層、地下巖層的松動，造成鉆孔周邊的塌方，從而影響甚至阻礙了鉆探的進一步進行。為解決這一難題，對采用的灌漿堵漏劑產品提出了幾個要求：1)早期強度高、粘結性強；2)流動性好、灌注性優異、滲透性強[1]；3)為確保施工時間，要求產品4 h內流動性無明顯變化，不凝結硬化；4)能帶水操作，在水下灌注能夠凝結硬化；5)無須振搗即能自密實。只有滿足上述五點要求，設計的產品才能確保水下深處灌漿加固施工，不致于對灌漿設備造成破壞。筆者公司研制的GRPA灌漿堵漏劑(以下簡稱GRPA)是以優質高標號快硬特種水泥為基材，經過特殊工藝超細分級，并輔以多種高分子材料配制而成，現場只需加水攪拌即可使用[2]。產品具有初終凝時間長、早期強度高、粘結性強、微膨脹、流動性好等特點，適用于快速搶修灌漿加固工程。

2試驗部分

2.1GRPA流動性試驗

取GRPA 2000 g，加水600 g，采用試驗凈漿攪拌機攪拌3 min，以保證漿料充分地分散均勻，制成灌注漿液，觀察漿液成流態、飽滿、不泌水沉淀(圖1)。

圖1　灌漿堵漏劑制成的漿液

流動性試驗采用水泥凈漿流動錐，在玻璃板上測試漿液擴散直徑為流動度值，見表1、圖2。

表1　漿體流動度值變化

圖2　漿液流動度試驗

從表1、圖1中可看出，漿液流動性好，4 h內的流動度變化不明顯，可以滿足現場泵送灌漿的要求。

2.2GRPA灌注性、滲透性、粘結性試驗

用上述同樣的方法拌制成流態漿液。

試驗前在塑料瓶內裝一些碎石、黃砂，搗實，灌滿水，并在砂石中間插一根灌漿用玻璃管。將拌好的漿液采用重力式灌漿工藝，從玻璃管上部徐徐倒入，觀察漿液是否能夠滲入砂石中，并填滿所有的空隙。從觀察結果來看，漿液能迅速滲透進砂石中，并迅速填滿了所有的空隙。見圖3、圖4。

圖3　灌漿滲透性試驗

圖4　漿液硬化后密實性、粘結性效果

從試驗結果看，漿液灌注性非常好，滲透性強，24 h切開剖面觀察，灌漿后硬化的砂石粘結非常牢固和密實。

2.3GRPA水中硬化性能

用2.1同樣的方法拌制成流態漿液。

事先準備好一個盛水的瓶子，將拌好的漿液徐徐倒入水中，觀察漿液不分散，靜置水中12 h后已凝結硬化。證明該漿液能帶水施工，并能在水中凝結硬化。見圖5。

圖5　漿液能在水中凝結硬化

從試驗結果看，所制成的灌漿液能帶水施工，并能在水中凝結硬化，可以確保水下地下環境中材料能夠硬化并產生強度。

3GRPA性能特點

3.1材料特性

1)GRPA具有高流動性、早強的功能。加水配制的漿液通過重力灌漿或壓漿專用設備壓漿，能自由填充孔道與裂縫各個部位并達到自密實。

2)GRPA配制的漿液不產生沉淀分離，無泌水。

3)GRPA的漿液能在水中硬化，并能產生適度的微膨脹，漿體早期豎向膨脹率達1%以上，在孔道與裂縫內形成膨脹應力，使漿體與基體結合更加密實。

4)GRPA有較高的抗壓強度和抗折強度，與基礎接觸面粘結性強。

5)GRPA具有優異的抗滲性能，硬化漿體非常致密。

3.2性能指標

GRPA性能指標見表2。

表2　GRPA性能指標

4GRPA使用方法

1)現場攪拌，直接將GRPA加水拌成流態漿液，針對不同大小的縫隙空間，不同的灌漿基礎條件確定適宜的水灰比(通常GRPA水灰比范圍為0.3～0.4)，用電動分散機進行攪拌，直至成為成份均勻一致的漿液，然后將漿液倒入灌漿桶中。用手工攪拌時間在5 min以上。

2)采用重力式漿或機械灌漿，機械灌漿將灌漿機的輸送管嘴部與事先固定于基礎上的灌漿嘴對接固定，接通灌漿機電源，開啟閥門進行灌漿，并控制灌漿壓力在一定的范圍內(通常在0.1～0.5 MPa范圍內)。不同的基礎條件，不同的水灰比，所需的灌漿壓力不同。灌漿壓力太大，可能形成劈裂灌漿，無法均勻滲透。灌漿壓力太小，則無法滲透至細微空間。當灌漿面積較大時，可采用分段灌漿。

3)可帶水灌漿操作，漿體能在水中凝結硬化。灌漿完畢后，灌漿設備須及時清洗干凈。

4)產品保質期為3個月，保存過程中應注意防曬、防潮，開袋后一次性用完。

5GRPA現場應用

5.1原先采用的灌漿加固材料

在浙江省衢州上方礦區鉆探作業中，鉆井深度有1 500 m，在鉆探到300 m左右時，遇見了地下巖層松動和流砂層，導致鉆機打滑無法進行深鉆作業，延誤了工期進度。工地上曾采用膨潤土灌漿加固，因為膨潤土水中無法凝結硬化，無法粘結牢固松散的巖砂層，所以未解決這個問題。還有采用普通水泥進行灌漿加固，因為普通水泥流動性不好，無法進行很好的泵送灌漿，在水下也無法凝結硬化，也不能解決問題，工地一度停工。

5.2用GRPA灌漿加固施工

GRPA產品的成功應用解決了這一難題，現場根據廠家提供的水灰比為0.3作參考，取GRPA 300 kg，加水96 kg，進行攪拌3 min，漿液成流態狀，可進行泵送灌漿，20 min左右時間灌漿完畢，對灌漿泵和水管用清水沖洗干凈放置。因首次灌漿施工，對材料性能不了解，在地下深處也無法詳細觀察，根據廠家對材料檢測的數據推算，灌漿完畢后間隔時間24 h，進行了鉆探作業，鉆機能很順利地往地下深處進行，從取出的試件看，灌注的堵漏劑已非常的致密結實，證明GRPA對鉆孔周邊松散的巖砂起到了很好的粘結加固作用，保證了鉆探的進一步深入作業。

6結語

從后續的鉆探作業中，進一步證明了GRPA可以很好地應用于深井下的松散巖石、流砂層的粘結加固，產品制成液態，可滿足泵送要求，可進行帶水操作，在水中能凝結硬化，凝結時間可根據要求調整，一般控制在4 h內能夠完全滿足施工操作時間。該產品的成功應用，很好地解決了地質鉆探中遇到的難題。并可在其他水下、井下、地下工程的灌漿加固施工中借鑒使用，可應用于水池和地下室的防水堵漏灌漿，裂縫空間的灌漿加固，地鐵或隧道壁的灌漿加固，水庫大壩空洞的堵漏加固，水電管道與基礎預留孔洞的密實填注與粘結牢固等等。

參 考 文 獻

[1]中國建筑科學研究院.GB/T 25182—2010預應力孔道灌漿劑[S].北京:中國標準出版社,2010.

[2]李東光.水泥混凝土外加劑配方與制備[M].北京:中國紡織出版社,2011.

收稿日期：2015-12-28

作者簡介：章宜成(1976—)，男，浙江蘭溪人，工程師，從事企業技術研發工作。

中圖分類號：TD353+9

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)04-0016-04

Application Results of the GRPA Grouting Plugging Agentin Reinforcing the Underground Loose RockStratum during the Geological Drilling Operation

ZHANG Yicheng