黏土固化浆液充填富水岩溶的抗渗性能研究

为了研究黏土固化浆液充填富水岩溶的抗渗性能,开发了一套室内富水岩溶浆液结石体渗透系数测试装置.通过室内试验,模拟了不同注浆参数和地层排水速度下黏土固化浆液充填富水岩溶的注浆过程,得到了浆液结石体的完整试样,测得了岩溶水养护下试样的渗透系数.试验结果表明:黏土固化浆液具有良好的加固防渗性能,岩溶水养护下28d渗透系数可达1×10-6 cm/s,完全满足富水岩溶充填注浆防渗设计要求;各因素对结石体渗透系数影响程度依次为注浆压力、浆液水固比、地层排水速度,且结石体渗透系数与浆液水固比、地层排水速度呈正相关关系,与注浆压力呈负相关关系.对于实际注浆工程,在地层排水速度一定的情况下,可通过调节注浆压力、优化浆液水固比等方式,来获得较优的结石体抗渗性能.通过电子显微镜扫描进行微观分析可知:微观结构上的差异与宏观结石体渗透系数的变化规律一致,随着注浆压力的增大,颗粒间间距逐渐减小,结石体电镜结构形态依次表现为松散絮状、松散片状、较密实团状及密实板状,结石体密实度进一步提高.     

注浆技术在控制井筒涌水中的应用

利用送压设备将能够固化的浆液材料通过钻孔注入地层中颗粒的间隙、土层的界面或岩层裂隙内,使其扩张、胶结、固化,以降低地层的渗透性,增强地层强度,防止地基沉降、变形的注浆技术在控制井筒涌水中得到越来越广泛的应用。本文从注浆技术在控制井筒涌水中的原理出发,介绍了注浆技术在控制井筒涌水中的施工方案、方法及施工工艺,并对该技术在应用中的有关问题进行了探讨,得出注浆技术应用在井筒涌水中的优势。     

高黏性浆液在富水破碎带隧道涌水治理中的应用

富水破碎带隧道的涌水常常会引起一系列地质灾害, 其中高黏性浆液作为一种治水材料, 在富水破碎带的治水过程中发挥了积极的作用. 实验测量得到了常用水泥浆液和高黏性浆液黏性随时间变化的规律, 并分析黏度变化对注浆治水的影响. 引入孔隙率、渗透率动态模型,建立了适用于富水破碎带注浆治水的流固耦合数学模型, 分析了高黏性浆液注浆过程中压力梯度、应变率和孔隙率变化, 确定高黏性浆液流动半径. 结合浅层填充挤压、深层高压挤密的注浆思路设置了排水减压孔, 参考计算结果设计试验方案. 通过监测隧道涌水量和检测钻孔取芯, 验证了数学模型和试验方案的合理性. 试验结果表明, 隧道涌水量下降了97%, 达到了封堵涌水的目的; 现场芯样充填饱满密实, 抗压强度较原始地层提高了2~4 倍, 围岩整体防渗性能和稳定性得到大幅提升. 该结果不仅验证了数学模型的合理性, 还为类似地层治水处理提供了新的思路.     

基于响应面法的泥水盾构同步注浆材料性能

泥水盾构隧道在富水高压地层掘进中,同步注浆浆液易逸散流失,为满足注浆要求,需研制出复掺外加剂的高性能注浆材料.以南昌地铁4号线过江盾构隧道工程为依托,在传统外加剂材料的基础上引入纳米材料,选用膨润土(BE)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)与纳米二氧化硅(NS)为复合外加剂组分,采用响应面法,以外加剂掺量为配合比变量,探讨3种外加剂及其交互作用对注浆浆液性能的影响.研究表明:①在对凝结时间影响方面,NS＞ HEMC＞ BE,NS具有促凝作用,而HEMC起缓凝作用;在对抗压强度影响方面,HEMC＞ NS＞ BE,HEMC与BE不利于抗压强度发展,NS可以显著提高抗压强度;在对抗水分散性影响方面,HEMC＞ BE＞ NS,HEMC与BE有利于改善抗水分散性.②NS具有小尺寸、高活性等特点,可以加速水泥水化进程,缩短浆液初凝时间,提高浆体早期强度,对浆液性能起着积极作用.③通过响应面法建立的回归模型与响应曲面,可以很好地反映外加剂对浆液性能的影响,同时能对复掺外加剂的浆液配比进行优化,所制备的新型注浆材料能够满足在富水高压地层盾构隧道施工的注浆要求.     

岩土工程风动注浆系统设计与应用

目前的注浆设备一般采用电驱动,在高瓦斯、易发火、空间狭小条件下使用具有安全隐患,在富水岩层中注浆效果差。通过对注浆浆液扩散情况进行分析,提出调压注浆工艺;在此基础上,根据风驱动特点,改变动力装置,优化打孔拌料注浆等工序,进行注浆设计;研制了风动注浆系统(排水、拌料、注浆、现场评估四个部分),并系统的介绍注浆系统的结构、功能及步骤,具有连续、便携、注浆稳定、注入浆液稳定等特性。以贵州省龙潭组地层中某软岩巷道围岩变形治理为工程背景,结果表明注浆效果良好,效率显著提高;研究成果对注浆工程的应用具有一定的指导作用。     

大直径泥水盾构复合地层速凝浆液的同步注入技术

在大直径泥水盾构施工中,由于大断面隧道所承受的浮力大和泥水对浆液的稀释及通过富水复合地层等不利条件,同步注浆效果大受影响.本文结合正在施工的盾构隧道施工情况进行研究分析,通过对盾构原有注浆设备和管路优化改造,由传统的同步注入单液水泥砂浆改造为同步注入复合浆液,达到了同步注入速凝浆液的目的,并通过在施工中加强过程控制和采取辅助措施,解决了因同步注浆效果差造成的管片上浮及开裂等技术难题,取得了很好的效果.     

富水弱胶结砂岩破坏特性与优化措施

敞开式TBM以其“速度快、强度低、效益好”等特点愈发在地下工程施工中得到广泛应用,同时随着我国加大西部地区基础设施和能源的开发力度,施工过程中将面临越来越多弱胶结砂岩地层,在该地层应用敞开式TBM难度极大,施工中经常发生冒顶、片帮、撑靴力不足的情况。为了早日投产,可可盖煤矿将在全世界范围内首次应用敞开式TBM进行斜井掘进,针对施工中穿越洛河组地层围岩强度低、胶结弱、涌水量大的情况,在已有研究基础上,借助现场实测、室内试验等多种研究手段,对洛河组富水弱胶结砂岩矿物成分及含量、孔隙结构等物理特性及微观结构进行了研究。试验结果表明该组岩层孔隙率达到25.6%,透水性强,且含有15%左右的粘土矿物,具有一定膨胀性,建议注浆时采用超强渗透性的纳米级注浆材料,改善注浆效果。在此基础上进行了不同含水率、不同围压下的三轴压缩试验,试验结果表明提高径向应力对控制围岩具有明显效果,创新性提出了“超前加固+锚网索+纳米级浆液注浆”的支护优化措施,数值模拟与现场应用结果表明优化后围岩破碎变形得到显著改善,实际掘进速度从10m/天提高到17m/天,极大提升了掘进效率与安全性。     

全风化花岗岩地层单-双液浆加固试验研究

针对全风化花岗岩注浆治理工程中的浆液选型及注浆参数调控问题,通过注浆模拟试验,对水泥浆液和水泥-水玻璃浆液(C-S浆液)2种浆液的加固效果进行对比分析研究。研究结果表明,单-双液浆在地层中均以劈裂扩散为主,但扩散模式具有显著差异:水泥浆液呈直线式和放射式2种,其主控因素为水灰比;而C-S浆液的扩散模式主要为放射式和网络式,扩散模式受水灰比和注浆压力双因素影响。2种浆液注入地层后,加固体试样抗压强度、抗崩解性均显著增高,根据对加固效果的作用关系可将水灰比分为注浆压力作用区(水灰比为0.80～1.13)和C-S浆液优势区(水灰比为1.13～1.50),水泥浆液多适用于深部高压加固区,C-S浆液多适用于浅部低压加固区。在满足注浆工程要求前提下,C-S浆液加固体压缩可变形性和残余强度比水泥浆液加固体的高,加固地层更为稳定。通过工程现场验证,研究成果对类似地层的注浆加固治理具有一定的参考和借鉴意义。     

注浆在富水区挖孔桩施工中的应用

介绍黄衢南高速公路翁锵?#大桥3号、4号墩挖孔桩基础位于何田溪床地段富水条件下的施工,总结了水泥一水玻璃浆液注浆工艺在开挖过程中的施工工艺,为以后处理同类工程提供了经验.     

考虑自重的盾构壁后注浆浆液驱替渗透扩散

针对砂砾石地层中盾构壁后注浆施工过程,考虑浆液扩散过程的自重作用及浆液驱替效应,分析不同位置注浆孔浆液的渗透扩散特征.首先分析了重力作用下宾汉姆浆液渗透扩散运动方程,根据浆液球形扩散的连续性方程,建立浆液驱替渗透扩散模型,并给出顶部和底部注浆孔浆液扩散的解析解.计算结果表明:当考虑浆液驱替效应时,重力作用对浆液扩散距离的影响更加显著.基于浆液驱替效应的渗透扩散模型表明:在高渗透性地层中,当采用低压注浆时,随着注浆时间的增加,浆液所受重力对浆液渗透扩散过程的影响显著.     

沉管隧道基础压浆垫层粗糙度的影响效应

通过模型试验,研究了压浆法进行沉管隧道基础处理过程中,采用粒径为2、5和10 mm的垫层材料时,单孔注浆和双孔同步注浆的浆液扩散情况以及注浆量和注浆压力的变化规律.结果表明：当垫层材料粒径较大时,浆液扩散速度较快;随着垫层材料粒径增大,基础填充密实所需压浆量增加;垫层材料粒径较大时,注浆压力的波动范围较大,注浆泵不易操纵,浆液盘易出现方向性扩散.根据试验结果,选择垫层材料的粒径时,可综合考虑扩散速度、注浆量和压力等控制因素.
     

粉细砂地层注浆模型试验研究及工程应用

注浆法是治理高速铁路沉降病害的一种常用方法。为了解决杭长客专南昌横岗联络线G316国道框架中桥顶进掌子面细砂地层的沉降与滑坡,研发了可拼装式注浆模型试验系统,搭建了注浆流量监测系统和注浆压力监测系统,开展了粉细砂地层注浆模型试验研究。结果表明,超细水泥比水玻璃注浆结实体效果好,更适合加固粉细砂地层。从现场施工注浆量统计可以看出,选取的注浆压力和注浆材料配比满足施工要求,后期掌子面沉降和滑坡得到了遏制。设计装置系统和研究内容为后期类似注浆工程提供借鉴。     

亲水性PU预聚体对PU/水玻璃注浆材料的增容性研究

以MDI-50和PEG400为单体合成端NCO的亲水性聚氨酯预聚体,利用预聚体制备改性PU/水玻璃双组分杂化注浆材料.对注浆材料固结体的力学性能和断面形貌进行表征,结果显示,亲水性预聚体对聚氨酯/水玻璃两相的相容性改善明显,注浆材料的黏结、拉伸、冲击强度显著提升.结合预聚体黏度综合考虑,以nNCO/nOH为2时合成得到的预聚体,添加量w为25%时,浆液黏度较低,流动性好,且固结体的综合力学性能最佳,其中黏结强度为4.32 MPa,冲击强度为16.9kJ·m~(-2).     

预应力孔道注浆脱黏缺陷的冲击回波响应特征

为区分预应力孔道因注浆体收缩导致的界面脱黏和因注浆欠密实导致的脱空两种缺陷的冲击回波响应特征,分别通过波纹管内壁界面剂的使用、浆体中膨胀剂的存在、注浆后试件的养护方式3个控制条件制取不同界面脱黏状态试件,采用波纹管内壁预埋泡沫板的方式形成注浆脱空缺陷.对4组注浆密实试件与1组注浆脱空试件的冲击回波响应进行了连续5天测试.测试结果表明:对于注浆密实试件,注浆后前2天的频谱特征与无空洞实心试件类似,第2天后因注浆体收缩导致的界面脱黏现象开始萌生,并导致试件的厚度主频显著降低及频谱结果趋于复杂,据此可较易分辨脱黏发生与否;对于注浆体中有预置空洞但界面无脱黏试件,虽然其厚度主频一直较密实无脱黏试件的低,但随注浆龄期的发展规律与后者相似,且每一测试时刻二者的频率比基本维持在0.85不变.注浆饱满试件发生脱黏后,其厚度主频发展曲线逐渐降低并与预置空洞试件的相交,此时,相互间的厚度主频相近.因此,仅凭某一时刻厚度主频的单次冲击回波测试结果难以分辨注浆空洞和界面脱黏两种缺陷,而通过注浆后4天左右的连续测试,基于厚度主频和频谱的变化规律则可较易分辨.     

套筒水平灌浆缺陷复灌前后对套筒钢筋受拉性能的影响

为检测灌浆套筒由于灌浆不密实对套筒钢筋的受力影响,设计制作了灌浆率为100％、80％、70％、60％的4组不同的套筒进行了拉伸受力试验来验证缺陷对受力的影响程度.结果表明:无缺陷灌浆套筒连接的屈服强度和抗拉强度均满足标准要求,和钢筋力学性质完全一致.对灌浆率为80％灌浆套筒连接的屈服强度能够满足标准要求,但时最大应力只相当于钢筋的屈服强度.对灌浆率为70％灌浆套筒连接未达到屈服强度就被拔出,最大强度仅为钢筋标准屈服强度的33％.对灌浆率为60％灌浆套筒钢筋加载初期就被拔出,最大强度仅为钢筋标准屈服强度的9％.采用高强无收缩灌浆料(GWL)和套筒高强灌浆料(TGL)进行复灌对比试验,采用GWL的套筒不能满足受力要求,其原因是流动性不能满足要求,采用TGL的套筒的力学性能满足规范要求,在工程检测中如发现灌浆缺陷,采用复灌方法是可以解决的,其中灌浆料的选择尤为重要.     

层次分析法在水封洞库注浆设计中的应用研究

传统注浆设计多以定性分析为主,设计缺乏准确性,极易造成不必要的投资成本及施工工程量。以黄岛地下水封洞库渗水超标部位为工程背景,运用层次分析法建立完整的注浆设计优化方案,对水封洞库两种注浆方案进行定性与定量评比分析,评比结果科学、有效。研究结果表明:投资成本、施工工程量和施工进度对注浆方案的影响最大。注浆设计应遵循低成本、高效率、快施工的原则。     

水肥状况对沙地小麦灌浆的影响

通过对不同品种、不同水肥条件和不同砂土类型的小麦子粒形成及灌浆强度的测定表明，沙地小麦灌浆主要良现为灌浆期短(一般15-17天)，开花至成熟持续时间短(30天左右)，千粒重低，灌浆强度较高的特点。千粒重与旗叶单位面积干重、茎秆上部三个节间单位面积干重均呈极显著负相关，与倒二叶、倒三叶相关不显著。土壤水分状况是影响沙地小麦灌浆的重要因素，增施有机肥，可减少灌水，提高灌浆强度，延长灌浆时间。     

路基沉陷劈裂注浆加固试验

为了探寻一种针对公路路基沉陷的有效处治措施,提高注浆加固的处治效果,优化注浆施工工艺,在邵怀高速公路典型路基沉陷成因机理分析的基础上,采用劈裂注浆法对路基沉陷进行了处治技术试验研究,并进行了注浆工程的数值模拟和基于FWD检测技术的注浆效果评价.研究结果表明,注浆压力随时间的增长整体呈现波动上升趋势,劈裂注浆加固最优注浆压力为1.2MPa.FWD检测结果表明,本研究提出的竖向花管注浆及水平花管注浆方案的注浆效果良好,能够有效处治路基沉陷病害.     

水布垭水利工程基岩固结灌浆工艺的研究

针对水布垭水利工程基岩裂隙较为发育的问题,采用固结灌浆的方法进行了处理,灌浆方法为分段灌浆,并针对不同的孔身及孔位采用不同的灌浆压力与不同水灰比的水泥浆液,通过压水试验对灌浆效果进行检查,证实取得了好的灌浆效果。     

堤坝劈裂灌浆浆液的固结效应

针对堤坝劈裂灌浆防渗加固中浆液固结机理,结合实际劈裂灌浆施工过程,采用了有限差分数值计算方法开展数值模拟,基于应变硬化-渗流耦合模型,探讨了浆液渗流固结的变化规律,分析了浆液在灌浆、停灌和复灌不同阶段的孔隙水压力、坝体应力水平增量等变化特征,得到了浆液在不同阶段的扩散形态和应力水平增量沿不同路径的分布特征,揭示了堤坝劈裂灌浆浆液在土体内渗流固结机理.计算结果表明:堤坝劈裂灌浆过程中浆液以灌浆轴线为中心线,向坝体四周扩散,对称分布;随着灌浆次数的增加,浆液在坝体内渗透所产生的孔隙水压力也逐渐增大,浆液扩散区域也逐渐增大,从而更为有效地填充坝体内所存在的病害体,改善坝体内应力状态,提高坝体防渗效果.