GRPA灌浆堵漏剂在地质钻探作业中加固地下松散岩层的应用

章宜成

(兰溪市昆仑工程材料有限公司，浙江 兰溪 321100)



GRPA灌浆堵漏剂在地质钻探作业中加固地下松散岩层的应用

章宜成

(兰溪市昆仑工程材料有限公司，浙江 兰溪 321100)

摘要：在地质钻探作业中，钻孔非常深且地下结构复杂，钻探中经常会出现流砂层或地下岩层的松动，造成钻孔周边的塌方，从而影响甚至阻碍了钻探的进一步进行。为解决这一难题，须对地下松散岩层进行有效加固，并通过试验对灌浆加固的技术方案进行了应用研究。

关键词：地下结构；松散岩层；灌浆加固

1概述

在地质钻探作业中，经常会出现流砂层、地下岩层的松动，造成钻孔周边的塌方，从而影响甚至阻碍了钻探的进一步进行。为解决这一难题，对采用的灌浆堵漏剂产品提出了几个要求：1)早期强度高、粘结性强；2)流动性好、灌注性优异、渗透性强[1]；3)为确保施工时间，要求产品4 h内流动性无明显变化，不凝结硬化；4)能带水操作，在水下灌注能够凝结硬化；5)无须振捣即能自密实。只有满足上述五点要求，设计的产品才能确保水下深处灌浆加固施工，不致于对灌浆设备造成破坏。笔者公司研制的GRPA灌浆堵漏剂(以下简称GRPA)是以优质高标号快硬特种水泥为基材，经过特殊工艺超细分级，并辅以多种高分子材料配制而成，现场只需加水搅拌即可使用[2]。产品具有初终凝时间长、早期强度高、粘结性强、微膨胀、流动性好等特点，适用于快速抢修灌浆加固工程。

2试验部分

2.1GRPA流动性试验

取GRPA 2000 g，加水600 g，采用试验净浆搅拌机搅拌3 min，以保证浆料充分地分散均匀，制成灌注浆液，观察浆液成流态、饱满、不泌水沉淀(图1)。

图1　灌浆堵漏剂制成的浆液

流动性试验采用水泥净浆流动锥，在玻璃板上测试浆液扩散直径为流动度值，见表1、图2。

表1　浆体流动度值变化

图2　浆液流动度试验

从表1、图1中可看出，浆液流动性好，4 h内的流动度变化不明显，可以满足现场泵送灌浆的要求。

2.2GRPA灌注性、渗透性、粘结性试验

用上述同样的方法拌制成流态浆液。

试验前在塑料瓶内装一些碎石、黄砂，捣实，灌满水，并在砂石中间插一根灌浆用玻璃管。将拌好的浆液采用重力式灌浆工艺，从玻璃管上部徐徐倒入，观察浆液是否能够渗入砂石中，并填满所有的空隙。从观察结果来看，浆液能迅速渗透进砂石中，并迅速填满了所有的空隙。见图3、图4。

图3　灌浆渗透性试验

图4　浆液硬化后密实性、粘结性效果

从试验结果看，浆液灌注性非常好，渗透性强，24 h切开剖面观察，灌浆后硬化的砂石粘结非常牢固和密实。

2.3GRPA水中硬化性能

用2.1同样的方法拌制成流态浆液。

事先准备好一个盛水的瓶子，将拌好的浆液徐徐倒入水中，观察浆液不分散，静置水中12 h后已凝结硬化。证明该浆液能带水施工，并能在水中凝结硬化。见图5。

图5　浆液能在水中凝结硬化

从试验结果看，所制成的灌浆液能带水施工，并能在水中凝结硬化，可以确保水下地下环境中材料能够硬化并产生强度。

3GRPA性能特点

3.1材料特性

1)GRPA具有高流动性、早强的功能。加水配制的浆液通过重力灌浆或压浆专用设备压浆，能自由填充孔道与裂缝各个部位并达到自密实。

2)GRPA配制的浆液不产生沉淀分离，无泌水。

3)GRPA的浆液能在水中硬化，并能产生适度的微膨胀，浆体早期竖向膨胀率达1%以上，在孔道与裂缝内形成膨胀应力，使浆体与基体结合更加密实。

4)GRPA有较高的抗压强度和抗折强度，与基础接触面粘结性强。

5)GRPA具有优异的抗渗性能，硬化浆体非常致密。

3.2性能指标

GRPA性能指标见表2。

表2　GRPA性能指标

4GRPA使用方法

1)现场搅拌，直接将GRPA加水拌成流态浆液，针对不同大小的缝隙空间，不同的灌浆基础条件确定适宜的水灰比(通常GRPA水灰比范围为0.3～0.4)，用电动分散机进行搅拌，直至成为成份均匀一致的浆液，然后将浆液倒入灌浆桶中。用手工搅拌时间在5 min以上。

2)采用重力式浆或机械灌浆，机械灌浆将灌浆机的输送管嘴部与事先固定于基础上的灌浆嘴对接固定，接通灌浆机电源，开启阀门进行灌浆，并控制灌浆压力在一定的范围内(通常在0.1～0.5 MPa范围内)。不同的基础条件，不同的水灰比，所需的灌浆压力不同。灌浆压力太大，可能形成劈裂灌浆，无法均匀渗透。灌浆压力太小，则无法渗透至细微空间。当灌浆面积较大时，可采用分段灌浆。

3)可带水灌浆操作，浆体能在水中凝结硬化。灌浆完毕后，灌浆设备须及时清洗干净。

4)产品保质期为3个月，保存过程中应注意防晒、防潮，开袋后一次性用完。

5GRPA现场应用

5.1原先采用的灌浆加固材料

在浙江省衢州上方矿区钻探作业中，钻井深度有1 500 m，在钻探到300 m左右时，遇见了地下岩层松动和流砂层，导致钻机打滑无法进行深钻作业，延误了工期进度。工地上曾采用膨润土灌浆加固，因为膨润土水中无法凝结硬化，无法粘结牢固松散的岩砂层，所以未解决这个问题。还有采用普通水泥进行灌浆加固，因为普通水泥流动性不好，无法进行很好的泵送灌浆，在水下也无法凝结硬化，也不能解决问题，工地一度停工。

5.2用GRPA灌浆加固施工

GRPA产品的成功应用解决了这一难题，现场根据厂家提供的水灰比为0.3作参考，取GRPA 300 kg，加水96 kg，进行搅拌3 min，浆液成流态状，可进行泵送灌浆，20 min左右时间灌浆完毕，对灌浆泵和水管用清水冲洗干净放置。因首次灌浆施工，对材料性能不了解，在地下深处也无法详细观察，根据厂家对材料检测的数据推算，灌浆完毕后间隔时间24 h，进行了钻探作业，钻机能很顺利地往地下深处进行，从取出的试件看，灌注的堵漏剂已非常的致密结实，证明GRPA对钻孔周边松散的岩砂起到了很好的粘结加固作用，保证了钻探的进一步深入作业。

6结语

从后续的钻探作业中，进一步证明了GRPA可以很好地应用于深井下的松散岩石、流砂层的粘结加固，产品制成液态，可满足泵送要求，可进行带水操作，在水中能凝结硬化，凝结时间可根据要求调整，一般控制在4 h内能够完全满足施工操作时间。该产品的成功应用，很好地解决了地质钻探中遇到的难题。并可在其他水下、井下、地下工程的灌浆加固施工中借鉴使用，可应用于水池和地下室的防水堵漏灌浆，裂缝空间的灌浆加固，地铁或隧道壁的灌浆加固，水库大坝空洞的堵漏加固，水电管道与基础预留孔洞的密实填注与粘结牢固等等。

参 考 文 献

[1]中国建筑科学研究院.GB/T 25182—2010预应力孔道灌浆剂[S].北京:中国标准出版社,2010.

[2]李东光.水泥混凝土外加剂配方与制备[M].北京:中国纺织出版社,2011.

收稿日期：2015-12-28

作者简介：章宜成(1976—)，男，浙江兰溪人，工程师，从事企业技术研发工作。

中图分类号：TD353+9

文献标志码：B

文章编号：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