桩侧注浆提升既有桩基承载特性试验与数值模拟

为揭示粉质黏土地层既有桥梁桩基的桩侧注浆加固机理,本文通过模型试验研究了注浆压力、水灰比对桩侧土体加固模式及加固效果的作用关系,采用数值模拟获取了桩侧注浆对既有桩基承载特性作用规律。研究结果表明,水泥单液浆在粉质黏土地层中以挤密劈裂的加固方式为主,水泥浆液扩散模式呈现直线式、放射式;粉质黏土注浆加固效果与注浆压力正相关,随水灰比的升高而呈现先升高后降低的趋势。桩基桩侧加固可以有效的提高加固范围内的侧摩阻力,桩基深部相较浅部侧摩阻力提升更明显。     

非均质断层介质单双液加固特性对比

使用永莲隧道F2断层介质,预置单一结构面,基于不同结构面角度、水泥单液浆水灰比和注浆压力开展正交试验.试验表明:注浆压力、土压力和渗透压力均呈波动上升规律,但土压力和渗透压力相对较小;结构面α=0°、45°和90°试样在注浆后强度分别提升了189%,200%和64%,结构面α=45°试样加固前后强度均较低;应力-应变曲线显示,当应变达到0.015~0.04时,应力达到峰值;通过极差分析,本次试验条件下结构面角度是影响试样抗压强度的主控因素,其次为浆液水灰比,注浆压力影响最小;浆液充填结构面并劈裂断层介质形成的大尺寸浆脉发挥骨架效应,对加固体破坏产生控制性作用;揭示了水泥单液浆对于含结构面断层介质的充填、挤密和劈裂联合加固型式.从加固型式、加固效果和主控加固因素3个方面对比了水泥单液浆和C-S双液浆对于断层介质的加固特性.单液浆形成的浆脉尺寸更大;当α=0°和90°时,单液浆加固效果更佳,而α=45°时,双液浆加固效果更优.与单液浆不同,双液浆的主控因素为浆液配比.基于试验结论为注浆设计和施工提出了4条指导性建议.     

基于宾汉体浆液的海底隧道劈裂注浆机理研究

基于流体流变方程和平板窄缝模型,推导出宾汉体浆液劈裂注浆扩散半径计算公式,并提出了求解方法.计算表明,注浆压力差随浆液流变参数的增大呈线性增大,要达到一定劈裂长度,水灰比越小所需注浆压力越大;裂隙宽度的减小使所需注浆压力差迅速增大,并使扩散半径迅速减小,这种影响随着水灰比的增大而减小.结合厦门翔安海底隧道全风化花岗岩地层HSC(High Strength Concrete)水泥注浆试验,证明了这一理论的计算结果符合工程实际.     

SS-1型可控水泥浆液的研制

着重阐述了可控注浆浆液的现状、可控水泥浆液护壁堵漏机理与适用条件,得出了SS-1型可控水泥浆液的组份构成,进行了SS-1型可控水泥浆液的性能分析.SS-1型可控水泥浆液是一种适合于钻孔注浆、大坝注浆、基础工程和地基处理注浆等工程的浆液,它价格低廉,配制方便,性能可控.     

新型注浆材料力学特性及微观特征试验研究

为研究水玻璃-聚氨酯复合新型注浆材料的力学特性,基于水玻璃-聚氨酯(S-P)和水泥-水玻璃浆液(C-S)两种浆液的试验结果,对比分析了上述两种注浆材料的黏度时变性、不同龄期固结体强度以及固结体孔隙结构特征。分析表明：S-P、C-S两种浆液黏度与时间均呈非线性关系;S-P浆液固结体强度远高于C-S,可更好地满足地层原位改性要求;不同养护期的S-P浆液固结体孔径分布基本一致,内部孔隙结构稳定。然后,以顾桥矿东区-1 000m车场巷道软岩底鼓注浆治理为工程背景,选用S-P浆液进行注浆,采用瞬变电磁法及震电磁三场法探测注浆效果,结果表明：S-P浆液的渗透性、封水性及固结体强度均优于常规水泥浆液,对岩体微隙空间充填效果良好,可作为应急抢险类工程的优选注浆材料。研究结果可为类似注浆工程浆液材料选取提供一定参考。     

改性水泥-水玻璃注浆材料防渗性能试验研究

为了使水泥-水玻璃注浆材料在注浆中得到更广泛的应用,通过室内配比试验和扫描电镜分析对5%膨润土掺量下水泥-水玻璃体积比和粉煤灰掺量对水泥-水玻璃(C-S)浆液性质的影响进行研究,并开展现场试验对该改性浆液的防渗性能进行了研究。结果表明:(1)改性C-S双液的凝胶时间有所延长,且凝胶时间随着C-S体积比的增大而缩短、粉煤灰掺量的增大而延长;(2)浆液结石体的抗压强度和抗折强度都随C-S体积比的增大都呈现先增大后减小的趋势并在体积比约为2时达到最大,浆液结石体的抗压强度随粉煤灰掺量的增大而降低,结石体7 d抗折强度随着粉煤灰掺量的增加先增加后减小,试验条件下,粉煤灰掺量为25%取得最大抗折强度;(3)通过扫描电镜对结石体微观结构分析得出,粉煤灰掺量为25%、C-S体积比为2的配比下水泥的水化反应最充分,粉煤灰的微集料反应发挥最佳;(4)通过现场防渗试验验证了研发浆液材料的防渗性能满足规范要求。改性C-S浆液较好地结合了几种材料的优点,建议采用的材料配比为25%粉煤灰、5%膨润土、70%水泥,C-S体积比为2。     

水泥-水玻璃浆液在圆砾层的扩散规律

基于浆液在孔隙介质中的渗流方程,推导出了圆砾层中浆液流动时间、注浆量、扩散半径的计算式,并在一定的假设条件下,获得了水泥-水玻璃浆液粘度随时间变化的规律,探讨了不同注浆压力和浆液流动时间对浆液扩散半径的影响.浆液扩散半径随注浆压力的增大呈非线性增大,随浆液流动时间的增大呈非线性减小.圆砾层防渗注浆工程实例验证了圆砾层双液注浆计算式的正确性.     

复杂煤矿区帷幕注浆浆液及其隔水机理

结合某煤矿区多年难以治理的水害隐患及其复杂的地质条件,以普通硅酸盐水泥、粉煤灰和外加剂作为材料,通过室内实验方法先后配制单液水泥浆液、水泥水玻璃浆液和水泥粉煤灰浆液,并对基浆液的性能指标进行测试分析.根据矿区内的岩层及煤系地层的含(隔)水层水文地质特征,采用下行式分段注浆方案,即对顶板软弱层采用高压旋喷注浆技术,对岩层或煤系地层则采用自流式静压注浆相结合的复合注浆技术,当出现注浆量突变时采用投入骨料(河砂)、间歇式注浆和添加速凝剂等施工预案.研究结果表明:浆液对土体的作业机理主要表现为喷射切割作用、搅拌置换固结作用、渗透作用、劈裂作用与挤密作用;煤系地层的注浆量主要与采空区内的位置、导水裂缝带高度和注浆序列有关,帷幕墙能抵御该地区多次特大洪水的侵袭.     

运营期渗漏水隧道注浆材料适用性

根据运营期渗漏水隧道注浆治理对注浆材料的要求,研究普通硅酸盐水泥、水泥-水玻璃、超细水泥及聚合物水泥主要性能参数,设计开元隧道3个地质条件相似试验段,采用普通水泥、超细水泥及聚合物水泥进行现场注浆,通过雷达探测及现场工况进行注浆效果评估,结合注浆技术可行性、注浆效果及经济性,分析运营期隧道不同渗漏水条件下注浆材料适用性。研究结果表明:聚合物水泥浆液流动度、结石率及结石体强度较大,聚合物水泥浆液对含水构造渗漏水通道封堵密实;超细水泥适用于微孔隙及微裂隙渗水区域,聚合物水泥适用于裂隙密集渗漏水区或表面渗水区,普通水泥适用于空洞较大区域,水泥-水玻璃浆液适用于流量水压较大漏水区域。     

回采巷道锚注加固浆液渗流规律研究

为了获得回采巷道锚注加固工程中合理的注浆压力,首先将回采巷道围岩破碎区看作连续介质,并应用渗流理论得出了浆液在破碎围岩中扩散的基本方程,并建立了COMSOI数值计算模型,研究了不同注浆压力条件下的浆液流动扩散特征。结果表明:对于回采巷道锚注支护工程,浆液在垂直于钻孔方向的扩散深度明显大于浆液在垂直于钻孔方向的扩散半径,合理的注浆压力约为1.0~3.0MPa,并将研究成果用于桃园煤矿回采巷道锚注支护设计,取得了良好的效果。     

岩溶地基改性注浆材料力学性能及其孔隙结构特征

为了制备高速铁路岩溶地基加固工程及高性能水泥基材料,研制一种改性高聚物即水泥基(HPC)注浆材料,对其与常规水泥浆液(Blank)、水泥-水玻璃(C-S)的力学性能及体积稳定性等进行室内试验对比分析;运用压汞测试技术(MIP)探究其硬化后浆体微观组构与宏观力学性能间的本质关联性。研究结果表明:在28 d龄期下,Blank,C-S和HPC试件单轴抗压强度与龄期为7 d的相比分别增大77%,20%和78%,体积损失率分别为18.3%,4.9%和1.2%;聚合物体系的协调效应减小了传统水泥基注浆材料体积失稳及因单掺速凝剂导致后期强度发展缓慢的缺陷;复合掺用多高聚物显著降低了硬化水泥浆体内部孔隙直径即孔径,使孔径分布趋于细化;在28 d龄期下,不同体系的HPC浆体抗压强度与材料内部孔隙率、阈值孔径均呈指数关系,与平均孔径呈线性负相关,揭示其孔隙结构分布特征可有效反映HPC浆体力学性能的变化规律,降低孔径有利于提升其力学性能。     

水泥路面板底脱空注浆布孔方案设计及注浆压力计算方法

为了从理论上分析水泥混凝土路面板底脱空注浆加固的压力控制及布孔方式,以劈裂注浆压力及扩散半径的理论公式为基础,假设浆液在土体裂缝中的流动符合达西定律,劈裂注浆形成的裂缝宽度为均匀裂缝宽度,推导出水泥混凝土路面板脱空注浆时两孔、三孔、四孔和五孔注浆布置方案在注浆加固的布孔方式下注浆压力设计计算方法.研究结果表明:理论计算结果与实测结果较接近,证明了计算方法的合理性,理论分析的结果可为工程应用提供可靠依据.     

隧道半断面帷幕注浆施工技术

中易发生涌水、突泥等灾变。针对小南塬隧道岩体破碎和涌水量大的工程特性,本文提出采用半断面帷幕注浆加固设计方法对不良地层进行加固并对加固效果进行分析。研究结果表明：隧道单孔/米注浆量为2.74m3/m,浆液填充率为94.8%,达到充填裂隙和固结围岩的作用;P-Q-T曲线表现为前期的注浆压力小、吸浆量大到后期注浆压力大、吸浆量减弱的变化规律,说明注浆效果良好;现场检查孔成孔效果良好,水泥浆液纹路清晰,未发现坍孔、涌水、涌突泥等灾变现象;上半断面帷幕注浆对掌子面变形的控制效果最好,而对仰拱隆起影响较小。     

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。     

矿物掺合料对水泥-水玻璃注浆材料性能的影响

为保证道路工程注浆材料具有良好的工作性、抗水分散性和较少的泌水率,采用粉煤灰和矿渣微粉为矿物掺合料、膨润土为浆体稳定剂以及水玻璃为促凝剂,研究了矿物掺和料种类及含量对水泥基-水玻璃双液注浆材料性能的影响规律。结果表明,适量的粉煤灰可以提高水泥基浆液的流动性,而且可以有效增加水泥基浆液的有效水胶比;矿渣微粉对水泥基浆液的流动性无明显影响,但可有效提升水泥基浆液结石体后期抗压强度;以粉煤灰为矿物掺合料的水泥基-水玻璃双浆材料力学性能优于矿渣微粉,但矿渣微粉对浆液结石体的孔结构改善效果更好。     

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.     

基于F-RFPA~(2D)的断层注浆加固数值模拟研究

注浆是浆液在岩石裂隙中扩散、充填、固结的过程,能有效改善破碎岩体的阻水性、增加被注介质的稳定性,由于注浆的相对工期较短、适用面广、易于控制等优点,该技术被广泛应用于矿山建设等各类地上、地下岩土工程中。在注浆封堵工程中,注浆压力将加速裂纹扩展以及导致岩体产生变形,受到破坏的岩体会影响浆液扩散距离以及最终的注浆封堵效果。以淮南张集矿1413工作面底板灰岩水防治工程中对过断层区段采取注浆堵水加固措施为背景,通过分析研究区内地质水文地质条件,结合现场注浆工艺和注浆参数,采用F-RFPA~(2D)对此次注浆工程封堵效果进行模拟研究,分析显示:浆液有效扩散半径达到设计要求,注浆效果良好。     

高水头条件下管道裂隙浆液封堵机制试验研究

针对高水头下管道裂隙浆液留存率低、封堵效果差的问题,通过自主设计的可视化动水注浆试验平台,开展了高水头管道裂隙注浆封堵试验研究,探讨了影响管道裂隙浆液封堵的主次因素,揭示了水灰比、注浆压力及动水流速对水泥浆液封堵效果的影响。研究结果表明:影响高水头管道裂隙浆液封堵沉积厚度及逆向扩散距离的因素依次为动水流速、水灰比、注浆压力;在合理水灰比条件下,浆液沉积厚度及逆向扩散距离随注浆压力增大而单调递增;浆液逆向扩散距离相比沉积厚度对动水流速变化更加敏感。     

松软破碎围岩巷道注浆参数试验研究

注浆加固能够有效改善巷道围岩的破碎状态,针对火铺矿213石门在采用水灰比2∶1的浆液注浆效果不理想的情况,分析了巷道围岩注浆加固效果的影响因素,并通过水灰比配比实验,最终确定了采用水灰比为0.8的浆液注浆是合理的,并对注浆后巷道的顶板下沉量及两帮移近量进行了监测,监测结果表明,当采用水灰比为0.8的浆液,注浆孔深为4 m的注浆方案时,注浆加固效果比较理想,极大的改善了213石门巷道破碎围岩状态.     

水泥-水玻璃双液注浆材料工程性能及孔隙结构

水泥-水玻璃双液注浆材料由于其凝胶时间短、早期强度高、材料经济且来源广泛等诸多优点,而被大量用于工程注浆堵水中.通过黏度试验、凝胶时间试验、线膨胀试验与低温氮气吸附试验,深化了对双液注浆材料基本性能的认识,同时结合试验结果提出最优双液注浆材料配合比.凝胶时间试验表明,在水泥掺量增加、温度升高的过程中,浆液的凝胶时间从148~367s减少到71~211s;黏度试验表明,由20℃升温到50℃时,黏度从10.39~178.57m2/s非线性降低到6.84~83.58m2/s,浆液表现出明显的非牛顿流体的特性;浆液结石体低温氮气吸附条件下,浆液孔径分布在2~10nm,浆液孔隙分布均匀,不易发生渗漏现象;凝固后的浆液结石体线膨胀系数在30℃到60℃有下降趋势,但浆液仍表现为热膨胀性,而在大于70℃时线膨胀系数变为负值,浆液结石体出现收缩性质.