砂卵石地层定导向钻进渗透注浆预加固技术研究

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1、广东建材2010年第3期研究与探讨砂卵石地层定导向钻进渗透注浆预加固技术研究李瑞张可能莫进丰(中南大学地学与环境工程学院)摘要：现有注浆理论都把浆液粘度按定值考虑，而人多数浆液粘度是随n'Jl'．J增加的，按照现彳J

2、理论计算就会造成IW隐患。本文在现自．渗透注浆珲论的基础j：，应J1J渗流力学和积分知识，埘浆液粘度系数的汁算进iJ：优化，得出用浆液粘度的时J'UJ段甲均值米代替初始值进行计算，更符合浆液的实际扩散规律。关键词：渗透注浆；砂卵行地层：粘度系数1引言第四纪阶段，地球表面经受了内外地质应力的综合作用，

3、形成了一系列与地质构造及气候环境相联系的第四纪堆积物。砂砾地层就是第f，【

4、纪沉积物Il·的一种具有鲜明特征的松散粗碎屑堆积层。砂卵石一般尚未固结成岩，大多保持松散状态几渗透孔隙分布不均匀，渗透系数分布不均匀，渗透系数大，渗透能力强。砂卵石地层成孔比较困难，钻进过程中经常出现孔壁坍塌，需要采取必要措施进行护壁和防止埋钻事故发生。由于砂卵石地层渗透系数大，渗透能力强，导致砂卵石地层无法有效的利用泥浆护壁。注浆技术是一门适用性强、应用范围广的工程技术。由于注浆是对岩土的原位加固并能改变岩士周有的物理力学性质，所以应用

5、t。分广‘泛。注浆加固与其它加同方法相比有明鼹的优点：它具有施工设备简单、投资小、损耗少，操作工人少，工期短、见效快，施工中产生的噪声和振动小、对环境影响小，在狭窄的场地和矮小的卒间均可施工，加固深度可深可浅、易于控制等许多优点。所以在砂卵石地层中采用注浆加固的方法是有效可行的。在砂卵石地层中采用渗透注浆加固是一种比较合理的方式。渗透注浆不仅没有破坏砂卵石地层的现有结构，也没有扰动砂卵石地层中的关键块，而且充填了砂卵石地层中的孔隙，增加了砂卵石地层颗粒之间的粘结强度，对加固砂卵石地层有很盘_f=的效果。通过查阅陶

6、内外大量文献资料发现，在目前的渗透注浆理论研究中，人们多是把浆液简化为牛顿流体，而且没考虑浆液的时变性，没有任何一个公式能真止准确地反映出浆液在多孔介质中的渗流规律，这些公式各自存在着某些缺陷，甚至与实际之间相差很大，公式的结论多为指导性的，因此，大多数注浆工程报导或论文中，只介绍注浆工艺过程和注浆效果，很少进行注浆理论的分析研究。因缺乏完善的理论指导，影响了注浆效果和技术经济指标的提高，造成人力物力的许多浪费。所以，从浆液粘度方面来优化渗透注浆理论汁算公式很有必要。王雄鹰在《水泥浆液粘度随时间变化的试验研究》一

7、文中通过试验，得出时间、水灰比、添加剂对浆液粘度的影响。浆液的流变性是反映浆液在外力作用下的流动性。浆液的流变性按时问效应和力学特性分类如表l。本文以牛顿流体在地层中的渗透公式为基础，来进行理论计算公式优化。表1浆液流变性分类牛顿流体粘性流体假朔流体膨胀流体}与时间光火的流体粘埋性流体带WJ服．11直-徽：1甥流雨非姆宾塑性流体带JⅡ；Hg．值假膨胀体流汁体宾汉姆流体尚时『日J有天的流体粘时变流体触变流体、振凝流体2渗透注浆理论渗透注浆，是在不足以破坏地层构造的压力(1lp不产生水力劈裂)下，把浆液注入到粒状土的

8、孔隙巾，从而取代、排除其中的空气和水，而基本上不改变原状土的结构和体积。代表性的渗透滓浆理论有球形扩散理论、柱形扩散理论和袖套管法理论。本文以球形扩散理论(Magg公式)来进行研究。球形扩算理论(Magg公式)：公式假设：一25—研究与探讨广东建材2010年第3期(1)浆液从钻杆底部孔注入土体，注浆源为点源，浆液在地层中呈球状扩散。(2)浆液为牛顿流体，浆液扩散模型见图1。-B格浆液渗透扩散公式如下：根据达西定律：O=K。iAt(式1)式中：i2誓’Kg告’A_4丌Y2。根据边界条件，由式(1)推导出：H一舻羔(

9、丢一号)c式2，舻群试3)已知H—ho=h-，Q2}丌r：．n，同时考虑r》r0，即丢一上≈上，于是式(2)、(3)化简为：hl-器(则t=器(相式中：K为地层的渗透系数(cm／s)；Q为浆液流量(cmVs)；K。为浆液在地层中的渗透系数(cm／s)；B为浆液粘度与水的粘度比，B=告；A为渗透面积(cm2)；r，r-为浆液的扩散半径(c脚)；hO为注浆点的地下水压力水头(cm)；hl为注浆压力水头(cm)；n为地下水水头和注一26一时间(s)；ri为孔隙率；p，为水的动力粘度系数(mVa·s)；u。为浆液的动力粘

10、度系数(mea．s)。3渗透注浆公式研究人们在注浆工程中的计算中，往往都忽略了浆液粘度是随时间变化这一因素，即只按浆液的初始粘度进行计。而对于大多数浆液来说，其粘度是随时问的延长而增加的，这就使得计算所得的理论值比实际中浆液的扩散范闻火；也就是说按照目前的理论计算结祟进行注浆，浆液实际扩散半径达不到所需的扩散半径，很容易造成工程隐患。水泥浆液是一种粘度渐变型浆液，粘度随时