CN111910942A - 一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，该修复方法分浆液配制、注浆修复、防水铺盖、复原绿化四部分；采用水泥—水玻璃双浆液，打破了单一浆液的局限性而使两者的优点得以结合，不仅提升了浆液凝固前的流动性和渗透性，同时提高了凝固后对土体粘聚力的增加，达到黄土窑洞裂缝通过原位注浆修复裂缝且使得窑洞整体稳定性提高的效果；土黄色水泥的使用让浆液的颜色接近于黄土窑洞自身颜色，使得修复后保持黄土窑洞原貌；同时在窑洞顶部土工布覆盖植草具有窑洞防渗和水土流失的性能，同时具有美化环境的作用；浆自重渗透方式相较于其他注浆措施施工便利，造价相对较低。

Description

一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法

技术领域

本发明涉及地质工程领域，具体是一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法。

背景技术

延安是被誉为中国社会革命文化圣地的城市，延安是拥有革命场所最多的城市之一，保留下来的革命遗址有455处之多；这里的革命场所层次最高，影响最大，时间最长，具有独特的功能，延安成为了中央认定的爱国教育中心，中国的红色革命历史文化深深的积淀在这片黄土地上。延安地区的革命遗址大部分是依山开凿黄土窑洞，陕北黄土高原丘陵沟壑正是由于黄土是在第四纪特殊的气候条件下形成，具有大孔隙、垂直节理发育和水敏性等特性，大部分窑洞内部年久渗水开裂，严重影响窑洞的稳定性。

目前国内对于遗址修复方法的研究主要着眼于古遗迹的保护以及文物保护方向上，在黄土窑洞开裂的原位修复方法方面研究很少。注浆修复方法是通过人工造孔或利用天然裂隙，将特定的浆液注入所需加固的岩土体中，依靠着注浆的液体压力将被加固岩土体的裂隙填满并与被加固体自身胶结、支撑其结构，以此来提高岩土体强度及其整体性的一种技术。但注浆修复方法中浆液的选择问题目前仍然没有一个最优解。水泥作为一种在注浆领域被广泛使用的浆材，具有耐久性好、无味、强度高、原料来源广、无毒、价格低等有点，但作为黄土窑洞原位注浆材料，其缺点在于粒径很大，水灰比较大时极易出现析水回浓现象，不能有效灌入细微裂隙；且硬化时伴有析水、固相体积收缩、粘结度下降等不利于黄土窑洞修复体稳定性的现象，使得它作为浆液呈现出了很大的局限性。水玻璃即硅酸钠(Na2SiO3)的水溶液(R2O·nSiO2)，其硅酸钠单质又俗称为泡花碱、玻璃胶，是一种具有粘稠胶状的无色固体。它作为注射浆液具有高起始流动性、造价低、毒性小、污染性小等优点，但美中不足的是其胶凝时间的调节不够稳定，可控范围较小；凝结后的强度也不会达到水泥的强度那样大，且金属离子极易发生胶溶，虽然具有优秀的导入性，但修复效果较差。急需研发一种注浆修复方法具有成本低、操作方便、施工简单修复黄土窑洞渗水开裂，为革命旧址的开放提供保障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，该修复方法分浆液配制、注浆修复、防水铺盖、复原绿化四部分。

作为本发明进一步的方案：所述的浆液配制，A液采用800目土黄色超细水泥按照0.4 的水灰比(即水的质量为水泥重量的40％)进行配制，并进行充分搅拌。混合时伴有热量的释放，搅拌至溶液恢复室温；B液使用硅酸钠固体颗粒与蒸馏水配制波美度为22.5％的水玻璃溶液；水泥—水玻璃双浆液便是将冷却至室温的A液与B液进行充分混合搅拌得到。

作为本发明再进一步的方案：所述的注浆修复，应对宽度超过8mm的裂隙布设注浆点位，随后将配制好的双浆液注入裂缝中使其自重渗透，当有浆液溢出时应停止注浆，待浆液页面渗透至裂缝所处平面以下2cm时进行。

作为本发明再进一步的方案：所述的防水铺盖，为无纺布防水铺盖，采用叠层铺盖方式，之间搭接部位不少于15cm，并后用U型钢钉将三维网固定于坡面上，随后采用原状土粉碎土进行掩埋绿化。

作为本发明再进一步的方案：所述的注浆修复此处采用自重渗透注浆。在窑洞上部开裂处布点注浆，并利用其凝固前优良的流动性特点进行自重渗透，对开裂进行注浆粘合修复。待注浆结束后自然风干6-8小时。此处应注意防水措施，以保证浆液充分风干且不受后来水的稀释影响。

作为本发明再进一步的方案：所述的绿化复原为使用Q3、Q2黄土对已经铺盖无纺布的建筑上部土体进行掩埋、遮盖；进行30-40cm厚度的黄土掩盖，随后采用液压喷播草种进行绿化种植固土。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)水泥—水玻璃双浆液，打破了单一浆液的局限性而使两者的优点得以结合，不仅提升了浆液凝固前的流动性和渗透性，同时提高了凝固后对土体粘聚力的增加，达到黄土窑洞裂缝通过原位注浆修复裂缝且使得窑洞整体稳定性提高的效果。

(2)土黄色水泥的使用让浆液的颜色接近于黄土窑洞自身颜色，使得修复后保持黄土窑洞原貌；同时在窑洞顶部土工布覆盖植草具有窑洞防渗和水土流失的性能，同时具有美化环境的作用。

(3)无纺布的内部铺盖有效的达到隔水、透气的功效，使得再次发生降水或渗透时不会对建筑物造成后续影响，有效保护了建筑物后期的修复效果，延长了修复后建筑物的保存时间。

(4)注浆自重渗透方式相较于其他注浆措施施工便利，造价相对较低。

(5)所采用的草种为苜蓿草种，其主根长，根系可深入地下180cm，有良好的加筋固土作用，其耐干旱，产量高而质优。

附图说明

图1水玻璃波美度与凝胶时间曲线

图2水玻璃浓度与修复后强度关系

图3修复前后峰值应力对比图

图4修复前后黄土粘聚力对比图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

一种针对延安地区革命旧址黄土窑洞开裂的原位注浆修复方法，该修复方法分浆液配制、注浆修复、防水铺盖、复原绿化四部分：

所述的浆液配制，A液采用800目土黄色超细水泥按照0.4的水灰比(即水的质量为水泥重量的40％)进行配制，并进行充分搅拌。混合时伴有热量的释放，搅拌至溶液恢复室温；B液使用硅酸钠固体颗粒与蒸馏水配制波美度为22.5％的水玻璃溶液；水泥—水玻璃双浆液便是将冷却至室温的A液与B液进行充分混合搅拌得到。

所述的注浆修复，应对宽度超过8mm的裂隙布设注浆点位，随后将配制好的双浆液注入裂缝中使其自重渗透，当有浆液溢出时应停止注浆，待浆液页面渗透至裂缝所处平面以下2cm时进行。

所述的防水铺盖，为无纺布防水铺盖，采用叠层铺盖方式，之间搭接部位不少于15cm，并后用U型钢钉将三维网固定于坡面上，随后采用原状土粉碎土进行掩埋绿化。

所述的注浆修复此处采用自重渗透注浆。在窑洞上部开裂处布点注浆，并利用其凝固前优良的流动性特点进行自重渗透，对开裂进行注浆粘合修复。待注浆结束后自然风干6-8 小时。此处应注意防水措施，以保证浆液充分风干且不受后来水的稀释影响。

其中，所述的绿化复原为使用Q3、Q2黄土对已经铺盖无纺布的建筑上部土体进行掩埋、遮盖；进行30-40cm厚度的黄土掩盖，随后采用液压喷播草种进行绿化种植固土。

所述的掩埋用黄土采用就近取材原则，应将原状土完全粉碎后进行覆盖压实；覆盖土中碎石含量应不超过10％，压实度不小于0.93。

所述的喷播草种为苜蓿草种。

本发明提供了一种超细水泥+水玻璃双液浆，应用于黄土窑洞开裂病害治理。包括浆液的最佳配比方案、不同浆液配比情况下的凝结时间、入渗情况以及凝结后对于土体强度的提升情况。

(1)本发明对不同配比浆材凝固凝固时间和流动性控制要求：双浆液的流动性主要受水玻璃凝固时间影响，水玻璃的凝固时间随浓度的增长而增加；流动性越好，凝固时间越长。本发明提供了一种水泥和水玻璃两种溶液不同的配比来控制浆液的凝固时间和流动性(可灌入性)曲线(见图1)，根据此曲线可以选择合适的溶液配比。针对黄土窑洞裂缝的修复，选用波美度20％～30％之间。

(2)发明了不同配比水玻璃溶液(成为B溶液)修复后效果(曲线见图3、图4)，即不同配比水玻璃浓度和修复后土体的粘聚力呈二次曲线关系。根据该曲线可以获得不同配比浓度是修复后土体的粘聚力。根据曲线显示，水玻璃浓度在22.5％到25％之间时，修复后土体的粘聚力最大，且浓度在20％～30％的B液，其粘聚力在灌浆后呈负的二次曲线型 (见图2)，B液浓度在27.5％～30％之间，下降幅度尤其大，而浓度在22.5％～25％之间时，其上升幅度较小，本发明推荐B液选取的最佳浓度值为22.5％。

(3)本发明提供了一种使用超细水泥和水进行配制后得到的水灰溶液定义为A液体；而后使用硅酸钠颗粒与水进行配制，所得到的溶液定义为B溶液；A溶液与B溶液在配制完成后充分搅拌并进行混合进行再一次的充分搅拌，在混合凝固时间(理论上控制在10 分钟)之内利用双浆液进行灌注修复黄土裂缝可达到最佳修复效果。

其中所述的A液，采用800目土黄色超细水泥按照0.4的水灰比(即水的质量为水泥重量的40％)进行配制，并进行充分搅拌。混合时伴有热量的释放，搅拌至溶液恢复室温。

其中所述的B液，使用硅酸钠固体颗粒与蒸馏水配制波美度为22.5％的水玻璃溶液。

其中所述的水泥—水玻璃双浆液，将冷却至室温的A液与B液进行充分混合搅拌得到。

其中，所述的土黄色超细水泥，颗粒尺寸超细，其中位粒径D50可细至1um以下，达到次纳米级，最大粒径Dmax不超过18um，80％以上颗粒尺寸在5um以下，颗粒细度水平达到或超过国外同类产品先进水平。这种颗粒尺寸的超细水泥制成的浆体具有很好的可灌性，可渗透入通常认为水泥颗粒无法渗透的细砂粉砂混合层、粉砂层和粉土层。它可在4.0 以上高水灰比下使用，在高水灰比下具有较高的固砂强度，可满足灌浆加固施工要求，并实现高耐久性和低成本。

其中，所述的土黄色超细水泥，其特征是，根据我国行业标准《彩色水泥硅酸盐》(JC/T 870-2000)中的规定，凡以优质白色石膏在粉磨过程中掺入彩色颜料，外加剂(防水剂、保水剂、增塑剂、促硬剂)共同粉磨而成的一种水硬性彩色胶凝材料，成为彩色硅酸盐水泥，简称彩色水泥。在此彩色水泥中选择的土黄色水泥即本技术中的应用水泥样本。

其中，所述的注浆修复此处采用自重渗透注浆。在窑洞上部开裂处布点注浆，并利用其凝固前优良的流动性特点进行自重渗透，对开裂进行注浆粘合修复。待注浆结束后自然风干6-8小时。此处应注意防水措施，以保证浆液充分风干且不受后来水的稀释影响。

(4)所述的防水铺盖，是由多层无纺布进行覆盖以此达到防水功效。该无纺布是由定向或随机排列的纤维，通过摩擦、抱合或粘合，或者这些方法的组合而相互结合制成的片状物、纤网或絮垫。无纺布具有防潮、透气、柔韧、质轻、不助燃、容易分解、无毒无刺激性、色彩丰富、价格低廉、可循环再用等特点。无纺布以聚丙烯树脂为主要生产原料，比重仅0.9。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，其特征在于，包括如下步骤：浆液配制、裂缝注浆修复、窑顶防水铺盖和复原绿化。

2.根据权利要求1所述的一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆，其特征在于，所述浆液配制，为水泥和水玻璃双浆混合液；利用800目土黄色超细水泥与蒸馏水按照0.4的水灰比进行混合并充分搅拌直至放热恢复至室温，以此定义为A液；使用硅酸钠固体颗粒与蒸馏水配制波美度为22.5％的水玻璃溶液，以此定义为B液；将A液与B液按1:1的体积比进行混合并充分搅拌；至此，水泥—水玻璃双浆液配制完成，在凝固时间之内进行注浆使用。

3.根据权利要求2所述的一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆，其特征在于，所述凝固时间为8分钟之内。

4.根据权利要求1所述的一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，其特征在于，所述的注浆修复采用自重渗透注浆；在窑洞内部开裂处布点注浆，并利用其凝固前优良的流动性特点进行自重渗透，对开裂进行注浆粘合修复；待注浆结束后自然风干6-8小时；此处应注意防水措施，以保证浆液充分风干且不受后来水的稀释影响。

5.根据权利要求1所述的一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，其特征在于，所述的防水铺盖，是由多层无纺布在窑洞顶进行覆盖以此达到防水透气功效；无纺布又称非织造布、不织布，是由定向或随机排列的纤维，通过摩擦、抱合或粘合，或者这些方法的组合而相互结合制成的片状物、纤网或絮垫。

6.根据权利要求1所述的一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，其特征在于，所述的绿化复原为使用Q3、Q2黄土对已经铺盖无纺布的建筑上部土体进行掩埋、遮盖；进行30-40cm厚度的黄土掩盖，随后采用液压喷播草种进行绿化种植固土。

7.根据权利要求6所述的一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，其特征在于，所述的掩埋用黄土采用就近取材原则，应将原状土完全粉碎后进行覆盖压实；覆盖土中碎石含量应不超过10％，压实度不小于0.93。

8.根据权利要求6所述的一种旧址黄土窑洞开裂原位注浆修复方法，其特征在于，所述的喷播草种为苜蓿草种。。

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