一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置及方法与流程

1.本发明属于路基修复技术领域，具体涉及一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置及方法。


背景技术：

2.冻土具有热稳定性差，对外界温度变化十分敏感的缺点。因此，由温度变化引起的冻土路基融沉和冻胀进而使公路产生不均匀沉降乃至开裂是高速公路所面临的主要工程病害。
3.目前普遍采用高聚物注浆技术向公路沉陷段病害养护路基进行快速注浆整治，高聚物注浆技术通过向地基中注射非水反应类双组份高聚物材料，利用两种材料混合后迅速反应膨胀并固化的特性，达到加固抬升地基或填充脱空的目的；而在注浆过程中普遍是通过钻孔后下放注浆管进行注浆。
4.中国专利cn 112267848 b公开了一种自动封孔并能预防注浆泵管路堵塞的注浆方法和装置，利用多个花管和设在花管上的橡胶软管注浆封孔，当注浆量的增加注浆压力不断升高到设定值时，浆液通过花管不断流入橡胶软管中，橡胶软管体积不断膨胀，当橡胶软管膨胀到与孔口管紧密贴合后，在橡胶软管与孔口管之间形成了坚固的浆液凝固体，完成自动封孔。然而该注浆装置通过外部加压机构将浆料注入到孔内，并通过浆料的自身填满孔内后进行封孔，在浆料自身压力对路基裂缝进行渗透，其渗透效果差，若需提高渗透效果，普遍是通过调节注浆泵即外部加压机构的压力来提高渗透效果，若压力过大，则可能破坏土体，若压力过小，则渗透效果不好。
5.因此需要提出一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置及方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置及方法，用于解决现有技术中仅通过外部加压机构施加压力注浆无法与渗透效果适配的问题。
7.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.本发明提供一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，包括安装在注浆孔内的入孔管以及与入孔管可拆卸连接且安装在注浆孔的孔口处的固定座，所述入孔管设有与注浆机构连接的输入孔，所述入孔管靠近固定座处安装有橡胶管，所述橡胶管内设有与入孔管内部连通的膨胀空间，所述固定座上安装有能够延伸至入孔管内的弹性件，所述弹性件位于入孔管内侧的一端固定连接有挤压板，所述入孔管内限位滑动安装有封堵板，注浆时，浆料带动封堵板往靠近挤压板侧滑动以使弹性件压缩。
9.进一步，所述固定座内设有螺纹孔，所述螺纹孔内螺纹连接有与弹性件固定连接的螺纹板，转动螺纹板以使螺纹板能够带动弹性件沿螺纹孔的轴线方向移动以调整挤压板延伸至入孔管内的距离。
10.进一步，所述挤压板延伸至入孔管内的距离根据以下预设算法进行调整：
[0011][0012]
其中，p1为注浆机构施加的注浆压力，pr为注入浆料后扩散至半径r时的压力，k1为弹性件的弹性系数，x为挤压板的最大移动位移量，μ为浆料的动力粘度，k2为浆料的渗透系数，t为注浆时间，h为注浆压力水头高度，r0为注浆孔的半径，θ为有效空隙充填系数，ρ为浆料粘度与水粘度之比，γ为浆料的孔隙率，r为注浆时观测孔与注浆孔的间距，k3为路基岩层渗透系数，w为一次注入的岩层厚度。
[0013]
进一步，所述封堵板上设有滑槽，所述滑槽内通过弹簧连接有滑块，所述滑块滑动连接在滑槽内，所述膨胀空间与入孔管内部通过卡接孔连通，所述封堵板移动至卡接孔处时，所述滑块在弹簧的作用下能够滑出滑槽并卡接在卡接孔内。
[0014]
进一步，所述卡接孔内安装有与注浆机构连接的开关，所述滑块滑动至卡接孔内能够使开关从打开状态改变为关闭状态以关闭注浆机构。
[0015]
进一步，所述入孔管内壁沿入孔管轴线方向设置有限位槽，所述封堵板设置有与所述限位槽配合的限位块，所述限位块与所述限位槽配合以使封堵板限位滑动。
[0016]
一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置的注浆方法，包括以下步骤：
[0017]
s1：判断路基沉陷段的土体结构，根据土体结构和预设算法调整挤压板延伸至入孔管内的距离，所述预设算法为：
[0018][0019]
其中，p1为注浆机构施加的注浆压力，pr为注入浆料后扩散至半径r时的压力，k1为弹性件的弹性系数，x为挤压板的最大移动位移量，μ为浆料的动力粘度，k2为浆料的渗透系数，t为注浆时间，h为注浆压力水头高度，r0为注浆孔的半径，θ为有效空隙充填系数，ρ为浆料粘度与水粘度之比，γ为浆料的孔隙率，r为注浆时观测孔与注浆孔的间距，k3为路基岩层渗透系数，w为一次注入的岩层厚度；
[0020]
s2：排出膨胀空间内的气体后，将封堵板调整至入孔管远离固定座的端部，将固定座与入孔管安装连接，使弹性件处于正常状态时，挤压板位于入孔管内部；
[0021]
s3；将入孔管安装在注浆孔内，并将固定座固定在注浆孔的孔口边沿；
[0022]
s4：利用低放热型聚氨酯材料制备浆料后，启动注浆机构进行注浆；
[0023]
s5：注浆完成后，将固定座拆除。
[0024]
本发明的有益效果在于：
[0025]
本发明通过设置挤压板和弹性件对浆料进行挤压，使注浆过程中，通过土体自身抗压能力在使浆料带动挤压板移动，保证了浆料的密度，提高了浆料对孔侧基层的渗透效果，保证了与渗透效果适配；解决了常规注浆整治时，需要将浆料填充满孔内后，即注浆完
成时，通过外部加压机构注浆的压力使浆料渗透，使得注浆过程中浆料的密度小，渗透效果差的问题；通过浆料填充过程中，弹性件随着浆料填充量的增多而平稳收缩，从而使弹性势能逐渐平稳增大，保证了渗透效果的稳定性；且封堵板移动过程带动入孔管内的恒压气体进入膨胀空间实现对注浆孔的自动封堵；通过设置固定座固定在注浆孔的孔口处，保证弹性件的弹性势能稳定，避免弹性件压缩时于固定座连接的一端产生位移。
[0026]
本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0027]
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
[0028]
图1为本发明实施例的注浆装置的剖视图；
[0029]
图2为本发明实施例的入孔管的剖视图；
[0030]
图3为本发明实施例的入孔管的结构图；
[0031]
图4为本发明实施例的注浆装置的安装示意图；
[0032]
图5为本发明实施例的流程图。
[0033]
附图中标记如下：1、入孔管；101、输入孔；102、限位槽；2、固定座；201、螺纹孔；202、螺纹板；3、橡胶管；4、膨胀空间；5、注浆孔；6、弹性件；7、挤压板；8、封堵板；801、滑槽；802、弹簧；803、滑块；804、卡接孔；805、限位块。
具体实施方式
[0034]
如图1～5所示，本发明提供一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，包括：入孔管1，所述入孔管1安装在注浆孔5内，所述入孔管1上设有输入孔101，所述入孔管1连接有往输入孔101内注浆的注浆机构，所述入孔管1连接有固定座2，所述固定座2固定安装在孔口处，所述入孔管1靠近所述固定座2处安装有橡胶管3，所述橡胶管3内设有膨胀空间4，所述膨胀空间4与所述入孔管1内部连通，所述固定座2上安装有弹性件6，所述弹性件6远离所述固定座2端固定连接有挤压板7，所述弹性件6不具备弹性势能时，挤压板7延伸至所述入孔管1内，所述入孔管1内滑动连接有封堵板8，注浆时，浆料带动封堵板8往靠近挤压板7侧滑动以使弹性件6压缩。
[0035]
上述技术方案的工作原理：如图1，注浆前，将入孔管1安装在注浆孔5内、固定座2安装在注浆孔5的孔口处；注浆时，通过注浆机构将浆料从输入孔101内注入至注浆孔5内，随着浆料的填充，浆料填充至靠近封堵板8处时，继续注浆带动封堵板8移动，封堵板8移动至与挤压板7贴紧时带动挤压板7移动，从而使弹性件6压缩，在继续注浆对孔内压力和弹性件6的弹性势能造成对孔内浆料的压力，使在注浆过程中，浆料的承受的压力更大，提高浆料对孔侧基层的渗透效果；且封堵板8移动过程中，由于入孔管1内部恒压，封堵板8移动带动入孔管1内部的气体进入至橡胶管3内的膨胀空间4，从而使橡胶管3膨胀，从而对注浆孔5进行封堵。
[0036]
上述技术方案的有益效果：通过设置挤压板7和弹性件6对浆料进行挤压，使注浆
过程中，通过土体自身抗压能力在使浆料带动挤压板7移动，保证了浆料的密度，提高了浆料对孔侧基层的渗透效果，保证了与渗透效果适配；解决了常规注浆整治时，需要将浆料填充满孔内后，即注浆完成时，通过外部加压机构注浆的压力使浆料渗透，使得注浆过程中浆料的密度小，渗透效果差的问题；通过浆料填充过程中，弹性件6随着浆料填充量的增多而平稳收缩，从而使弹性势能逐渐平稳增大，保证了渗透效果的稳定性；且封堵板8移动过程带动入孔管1内的恒压气体进入膨胀空间4实现对注浆孔5的自动封堵；通过设置固定座2固定在注浆孔5的孔口处，保证弹性件6的弹性势能稳定，避免弹性件6压缩时于固定座2连接的一端产生位移。
[0037]
在本发明的一个实施例中，所述封堵板8周壁以封堵板8轴线方向周向开设有多个滑槽801，所述滑槽801内通过弹簧802连接有滑块803，所述滑块803滑动连接在滑槽801内，所述膨胀空间4与入孔管1内部通过卡接孔804连通，所述封堵板8移动至卡接孔804处时，滑块803在弹簧802的作用下滑出滑槽801并卡接在卡接孔804内。
[0038]
上述技术方案的工作原理：如图1，注浆前，滑块803由于受到入孔管1内壁的限位，滑块803位于滑槽801内，此时弹簧802处于压缩状态，注浆时，浆料带动封堵板8滑动至卡接孔804处后，滑块803失去了入孔管1内壁的限位，在弹簧802的作用下，滑块803滑动至卡接孔804内，此时注浆完成，将固定座2拆卸。
[0039]
上述技术方案的有益效果：通过滑块803与卡接孔804卡接，便于拆卸固定座2；且拆卸固定座2后，入孔管1处于封闭状态，以实现对注浆孔5内的浆料封闭。
[0040]
在本发明的一个实施例中，所述卡接孔804内安装有开关，所述开关与注浆机构连接，所述滑块803滑动至卡接孔804内能够使开关处于关闭状态以关闭注浆机构。
[0041]
上述技术方案的工作原理：如图1，注浆时，开关处于打开状态，滑块803移动至卡接孔804内后，滑块803滑动带动开关从打开状态改变为关闭状态，从而关闭注浆机构，以使注浆机构停止注浆。
[0042]
上述技术方案的有益效果：通过设置开关，使滑块803与卡接孔804卡接时，自动关闭注浆机构，避免浆料持续注入导致注浆孔5内压力过大，使浆料渗透压力多大对土体或入孔管1造成破坏、变形。
[0043]
在本发明的一个实施例中，所述固定座2内设有螺纹孔201，所述螺纹孔201内螺纹连接有螺纹板202，所述螺纹板202与所述弹性件6固定连接。
[0044]
上述技术方案的工作原理：转动螺纹板202以使螺纹板202能够带动弹性件6沿螺纹孔201的轴线方向移动，从而调整挤压板7延伸至入孔管1内的距离，从而改变在浆料填充过程中，弹性件6能够积累的弹性势能。
[0045]
上述技术方案的有益效果：通过设转动螺纹板202，能够调整挤压板7延伸至入孔管1内的距离，从而改变在浆料填充过程中，弹性件6能够积累的弹性势能，从而改变注浆过程中，浆料受到来自挤压板7的压力，根据路基沉陷段的土体结构进行调整螺纹板202的位置，保证了浆料在压力下对土体的渗透效果，避免挤压板7受到的弹性件6的弹性势能过大，导致渗透力太强对土体造成破坏，避免挤压板7受到的弹性件6的弹性势能过小，导致渗透力太弱对土体修复不足。
[0046]
在本发明的一个实施例中，所述挤压板7延伸至入孔管1内的距离根据以下预设算法进行调整：
[0047][0048]
其中，p1为注浆机构施加的注浆压力，pr为注入浆料后扩散至半径r时的压力，k1为弹性件的弹性系数，x为挤压板7的最大移动位移量，μ为浆料的动力粘度，k2为浆料的渗透系数，t为注浆时间，h为注浆压力水头高度，r0为注浆孔5的半径，θ为有效空隙充填系数，ρ为浆料粘度与水粘度之比，γ为浆料的孔隙率，r为注浆时观测孔与注浆孔5的间距，k3为路基岩层渗透系数，w为一次注入的岩层厚度。
[0049]
上述技术方案的工作原理和有益效果：通过对土体结构及入孔管1安装位置进行判断，首先确定判断系数包括θ、r、k3、w，根据以上公式计算得出在不破坏土体岩层结构并保证渗透率的情况下的挤压板7的最大移动位移量x的值，从而转动螺纹板202调整挤压板7延伸至入孔管1内的距离，保证渗透率并避免土体遭受破坏，且通过上述公式进行计算，多方面考虑了土体结构的相关系数、注浆孔5的相关常数、浆料所用材料的相关系数、弹性件6的弹性系数，提高了对挤压板7调节的精准度，使渗透效果及土体安全性更佳。
[0050]
在本发明的一个实施例中，所述入孔管1内壁沿入孔管1轴线方向设置有限位槽102，所述封堵板8设置有与所述限位槽102配合的限位块805，所述限位块805与所述限位槽102配合以使封堵板8限位滑动。
[0051]
上述技术方案的工作原理和有益效果：通过设置限位槽102和限位块805配合，使封堵板8受浆料填充过程的压力下滑动更加平稳，避免封堵板8滑动时出现偏转导致弹性件6受力不均匀出现倾斜，而影响挤压板7对浆料的挤压效果；且避免浆料输入至弹性件6所处空间而影响固定座2的拆卸。
[0052]
一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆方法，包括以下步骤：
[0053]
s1：判断路基沉陷段的土体结构，根据土体结构和预设算法调整挤压板7延伸至入孔管1内的距离，所述预设算法为：
[0054][0055]
其中，p1为注浆机构施加的注浆压力，pr为注入浆料后扩散至半径r时的压力，k1为弹性件的弹性系数，x为挤压板7的最大移动位移量，μ为浆料的动力粘度，k2为浆料的渗透系数，t为注浆时间，h为注浆压力水头高度，r0为注浆孔5的半径，θ为有效空隙充填系数，ρ为浆料粘度与水粘度之比，γ为浆料的孔隙率，r为注浆时观测孔与注浆孔5的间距，k3为路基岩层渗透系数，w为一次注入的岩层厚度；
[0056]
s2：排出膨胀空间4内的气体后，将封堵板8调整至入孔管1远离固定座2的端部，将固定座2与入孔管1安装连接，使弹性件6处于正常状态时，挤压板7位于入孔管1内部；
[0057]
s3；将入孔管1安装在注浆孔5内，并将固定座2固定在注浆孔5的孔口边沿；
[0058]
s4：利用低放热型聚氨酯材料制备浆料后，启动注浆机构进行注浆；
[0059]
s5：注浆完成后，将固定座2拆除。
[0060]
上述技术方案的工作原理和有益效果：通过步骤s1设置预设算法对挤压板7延伸至入孔管1内的距离进行调整，保证了弹性件6能够积累的弹性势能与土体结构承压力匹配，避免弹性势能过大破坏土体结构或弹性势能过小影响渗透效果；通过步骤s2，排出膨胀空间4内气体并调整封堵板8原始位置后安装固定座与入孔管1，保证了注浆时入孔管1内的恒压状态和橡胶管3能够膨胀的最大变形，避免橡胶管3膨胀过大导致对注浆孔5的孔口处造成破坏或橡胶管3膨胀过小影响橡胶管3对注浆孔5的封孔效果。
[0061]
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，包括安装在注浆孔内的入孔管以及与入孔管可拆卸连接且安装在注浆孔的孔口处的固定座，所述入孔管设有与注浆机构连接的输入孔，其特征在于：所述入孔管靠近固定座处安装有橡胶管，所述橡胶管内设有与入孔管内部连通的膨胀空间，所述固定座上安装有能够延伸至入孔管内的弹性件，所述弹性件位于入孔管内侧的一端固定连接有挤压板，所述入孔管内限位滑动安装有封堵板，注浆时，浆料带动封堵板往靠近挤压板侧滑动以使弹性件压缩。2.根据权利要求1所述的用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，其特征在于：所述固定座内螺纹连接有与弹性件固定连接的螺纹板，转动螺纹板以使螺纹板能够带动挤压板移动以调整挤压板延伸至入孔管内的距离。3.根据权利要求2所述的用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，其特征在于：所述挤压板延伸至入孔管内的距离根据以下预设算法进行调整：其中，p1为注浆机构施加的注浆压力，p
r
为注入浆料后扩散至半径r时的压力，k1为弹性件的弹性系数，x为挤压板的最大移动位移量，μ为浆料的动力粘度，k2为浆料的渗透系数，t为注浆时间，h为注浆压力水头高度，r0为注浆孔的半径，θ为有效空隙充填系数，ρ为浆料粘度与水粘度之比，γ为浆料的孔隙率，r为注浆时观测孔与注浆孔的间距，k3为路基岩层渗透系数，w为一次注入的岩层厚度。4.根据权利要求1所述的用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，其特征在于：所述封堵板上设有滑槽，所述滑槽内通过弹簧连接有滑块，所述滑块滑动连接在滑槽内，所述膨胀空间与入孔管内部通过卡接孔连通，所述封堵板移动至卡接孔处时，所述滑块在弹簧的作用下能够滑出滑槽并卡接在卡接孔内。5.根据权利要求4所述的用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，其特征在于：所述卡接孔内安装有与注浆机构连接的开关，所述滑块滑动至卡接孔内能够使开关从打开状态改变为关闭状态以关闭注浆机构。6.根据权利要求1所述的用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置，其特征在于：所述入孔管内壁沿入孔管轴线方向设置有限位槽，所述封堵板设置有与所述限位槽配合的限位块，所述限位块与所述限位槽配合以使封堵板限位滑动。7.根据权利要求1-6任意一项所述的用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置的注浆方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：判断路基沉陷段的土体结构，根据土体结构和预设算法调整挤压板延伸至入孔管内的距离，所述预设算法为：
其中，p1为注浆机构施加的注浆压力，p
r
为注入浆料后扩散至半径r时的压力，k1为弹性件的弹性系数，x为挤压板的最大移动位移量，μ为浆料的动力粘度，k2为浆料的渗透系数，t为注浆时间，h为注浆压力水头高度，r0为注浆孔的半径，θ为有效空隙充填系数，ρ为浆料粘度与水粘度之比，γ为浆料的孔隙率，r为注浆时观测孔与注浆孔的间距，k3为路基岩层渗透系数，w为一次注入的岩层厚度；s2：排出膨胀空间内的气体后，将封堵板调整至入孔管远离固定座的端部，将固定座与入孔管安装连接，使弹性件处于正常状态时，挤压板位于入孔管内部；s3；将入孔管安装在注浆孔内，并将固定座固定在注浆孔的孔口边沿；s4：利用低放热型聚氨酯材料制备浆料后，启动注浆机构进行注浆；s5：注浆完成后，将固定座拆除。

技术总结
本发明公开了一种用于冻土公路沉陷段修复的注浆装置及方法，属于路基修复技术领域，包括安装在注浆孔内的入孔管以及与入孔管可拆卸连接且安装在注浆孔的孔口处的固定座，所述入孔管设有与注浆机构连接的输入孔，其特征在于：所述入孔管靠近固定座处安装有橡胶管，所述橡胶管内设有与入孔管内部连通的膨胀空间，所述固定座上安装有能够延伸至入孔管内的弹性件，所述弹性件位于入孔管内侧的一端固定连接有挤压板，所述入孔管内限位滑动安装有封堵板，注浆时，浆料带动封堵板往靠近挤压板侧滑动以使弹性件压缩。本发明在注浆过程中，保证了浆料的密度，提高了浆料对孔侧基层的渗透效果。效果。效果。


技术研发人员：徐杰梁 余海龙 李海春 刘昂
受保护的技术使用者：青海省交控建设工程集团有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/14