[发明专利]用于弱透水地层的渗透固化施工方法和硅溶胶纳米浆液

说明书

本发明公开了一种用于弱透水地层的渗透固化施工方法，包括如下步骤：先钻进到需要防渗的顶高程，埋入孔口管，用清水钻孔，向孔内注满纳米硅溶胶浆液，直到纳米硅溶胶浆液固化后结束注浆；重复上述步骤，自上而下、分段钻孔、注浆；按一定孔间距进行布孔，直至完成所述弱透水地层的防渗处理。本发明还公开了一种用于渗透固化施工方法的硅溶胶纳米浆液，主要由纳米硅溶胶、盐酸和氨水按100﹕0.1～0.5﹕0.1～0.5的质量比混合得到。本发明的渗透固化施工方法，可以大大降低弱透水地层的孔隙率，且耐久性较好，以达到较好的防渗目的。硅溶胶纳米浆液可以在长时间内实现较好的注动性，能够在弱透水地层中实现以浸润、渗透为主的固化。

技术领域

本发明属于防渗工程领域，尤其涉及一种用于弱透水地层的渗透固化施工方法和用于弱透水地层的纳米硅溶胶浆液。

背景技术

对于砂层、粉细砂层、全风化花岗岩、强风化花岗岩等弱透水的含砂地层，孔隙很小，透水性弱，孔隙率大，变形大，导致防渗处理难度较大，尤其在防渗标准要求较高时，防渗施工难度更甚。常用的防渗方法有注浆、防渗墙、高喷等。

目前一般采用水泥类、水玻璃类和高分子有机材料等注浆治理，其中水泥类是最常用的注浆加固材料。根据裂隙或孔隙宽度应大于注浆材料最大粒径的3倍以上的原则，以及大量实验研究，水泥浆(超细水泥)在粉细砂层、全风化花岗岩体及弱透水的基岩裂隙中很难灌入。酸性水玻璃材料在临时性工程中，对砂或砂土地层的应用较多，但很少应用于永久工程，主要原因是二氧化硅会被溶出而出现粉化现象，一般耐久性时间不超过3个月。

对于渗透系数小于10Lu(压水压力为1MPa时，每米长度每分钟注入水量1L时，称为1Lu。)的弱透水地层。依据q＝Q/(P*L)公式，q为透水率，Lu；Q为压入流量，L/min；P为作用于试段内的全压力，MPa；L为试段长度，m。当压力为P为0.1MPa时，q为10Lu时，Q＝q*P*L＝10*0.1*1＝1L/min。在砂土的孔隙率按0.26计算，按段长3m/段，在孔间距为1.0m时，需要注入浆量为7.8m³。按照注水流量要求1L/min，时间需要780min。也就是说，在不考虑浆液黏度变化情况下，要求浆液连续注入时间达13小时。考虑地下水对浆液凝固时间的影响，为了避免浆液浪费，需要控制浆液胶凝时间在5小时以上，同时保持低压力进行灌浆，控制浆液的扩散半径和保证好浆液的良好固化。

然而，常规采用钙离子或铝离子等电解质固化得到的硅溶胶体，其胶凝时间在120min以内，难以充分对弱透水地层进行渗透、固化。例如在中国专利ZL201811282908.0中，公开了一种硅溶胶灌浆材料及其制备方法，该硅溶胶灌浆材料中包括硅溶胶30-70份作为主剂，磷酸二氢钙1-10份作为固化剂，碳酸氢钾0-1份作为固化促进剂，强度增强剂0-1份，水20-70份。其中，磷酸二氢钙可以改变胶体二氧化硅双电层使之变薄，从而促进硅溶胶发生脱水缩合反应，使硅溶胶粒子连接在一起，多个硅溶胶粒子或聚体相互连接，形成一些互相交错的线状或网络状结构，充满和贯穿整个硅溶胶空间形成硅凝胶。其灌浆材料的凝结时间在1～120min内，难以用于弱透水地层的渗透固化。

在常规灌浆中，仅用注浆管路中的压力作为参照值，而忽略了浆体自重压力。一般依靠高压力(大于1.0Mpa)对渗透系数小于10Lu的弱透水地层进行劈裂或压密注浆，以形成一条条浆脉为主。这样不能有效的对小于10Lu的弱透水地层实现渗透固化，不能够形成有效的均匀固结体。因此，针对渗透系数小于10Lu的弱透水地层，需要研发一种耐久性较好、防渗效果好的渗透固化施工方法以及固化时间较长的灌浆材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，针对渗透系数小于10Lu的弱透水地层提供一种耐久性较好的渗透固化施工方法和用于弱透水地层、固化时间较长的纳米硅溶胶浆液。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种用于弱透水地层的微压差渗透固化施工方法，包括如下步骤：