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[摘 要]在顶推箱涵施工过程中,形成良好的泥浆套是关键的技术环节之一,国内外尚无针对泥浆套形成机理的研究。本文通过模拟试验,对影响泥浆套形成的各因素进行了分析研究,探索了泥浆套形成规律,希望能为相关工程施工和工程管理提供一定的理论依据。
[关键词]泥浆套试验;工程管理;应用
[中图分类号]U449 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2009)31-0074-02
1 试验仪器的研制及功能
试验仪器设计的原则是既能真实地模拟实际情况,又便于操作,同时要求试验仪器能够承受60m的水头压力(即600kPa的压力)。如图1所示:
2 试验步骤
(1) 在进行泥浆渗透试验之前必须进行泥浆配比试验,以确定泥浆的性能,如造浆率、一定黏度下泥浆的原料配比及搅拌时间等,为后续的试验做好准备。
(2) 在试验之前必须制取试验所需土样。
(3) 在进行一个试验之前,必须提前一天按预定配比搅拌好泥浆静置一天,因为泥浆充分水化需要一定的时间,特别是对于加添加剂的泥浆,由于此反应过程很慢,因此泥浆静置时间应该更长。在注浆之前必须测定泥浆的黏度。
(4) 正式装样时为了保证装样的均匀性,必须把试样分成3等份,分份往试样箱中装,并进行捣实。试样装样程序为:首先用插销将钢套悬置于试样箱上,保证钢套顶面水平,再将土样分三次试装入样箱中,并进行捣实,将土样刮至与钢套上沿平齐,给橡胶密封条涂上润滑油,再压上压板,保证压板中心与试样箱中心重合,将千斤顶置于压板支架上并对中,先施加0.02MPa压力预压半小时,以保证土体被压实。
(5) 试验正式开始,将储浆筒中的泥浆注入压浆筒中,打开气压阀施加注浆压力,注浆压力分级施加,从观察孔读取每级注浆压力下的扩散半径数据。
(6) 当泥浆膜形成后,泥浆便会从周围逐渐溢出,此时停止注浆,同时施加水平推力,当试样箱能匀速移动时,读取最大的推力作为摩阻力,此时可以结束试验、拆样,拆样前先关闭控制阀,撤掉垂直千斤顶,然后移去压板,把土样从试样箱中挖出,最后清洗仪器准备下次再用。至此一个试验全部完成。做下一个试验时重复以上步骤。
3 试验结果分析
3.1 砂土中不同的正压力对注浆的影响
本实验采用粗砂,所施加的正压力分别为0.04MPa和0.06MPa,模拟两种土压力;泥浆配比为:膨润土∶水∶碱=20∶1000∶6,泥浆密度:1.08,漏斗黏度:35s。
从图2、图3可以看出,土压力为0.04MPa时泥浆扩散速度要比土压力为0.06MPa时快,说明土压力较小时容易注浆,泥浆膜会很快形成,且扩散得均匀;当土压力较大时注浆困难,泥浆膜形成慢,且扩散得具有跳跃性,当注浆压力大到一定值后泥浆膜迅速扩散,在注浆时应避免这种情况出现,最佳注浆压力应为扩散迅速发展的前一级压力。
3.2 砂土中不同的密实度及含水量对注浆的影响
本次实验采用砂土,所施加的正压力分别为0.04MPa和0.06MPa,模拟两种土压力;泥浆配比为:膨润土∶水∶碱=20∶1000∶6,泥浆密度:1.08,漏斗黏度:35s。
(1)从图4可以看出,当土压力为0.04MPa时,注浆压力随着砂土的干密度的增加而增加,说明粗粒土越密实,土的空隙越小,泥浆的渗透越慢,泥浆凝胶体越易形成,但当干密度超过一定值时,注浆压力又随着干密度的增加而减小,出现这一现象的原因是砂土的饱和度减小了,因此扩散时的通道是畅通的,故所需注浆压力小。
(2)图5是砂土含水量与注浆压力的关系,图6是砂土饱和度与注浆压力的关系,结合两个图可以看出,对于土压力为0.04MPa时,当含水量增加时注浆压力的趋势也在增加,但是规律不明显;从图6发现注浆压力与砂土饱和度关系成规律性发展,当砂土饱和度增大时所需注浆压力增大,且近似线性,属于渗透注浆。
(3)当土压力为0.06MPa时,从上三个图看出砂土的密实度、含水量和饱和度对注浆压力都没有太大影响,说明当土压力较大时注浆压力与上述三个因素无关,分析其原因与砂土的剪切强度有关,即浆液扩散时,首先破环土体而产生裂隙再开始扩散泥浆,属于劈裂注浆。
3.3 粉土中不同的正压力对注浆的影响
本次实验采用粉土,所施加的正压力分别为0.04MPa和0.06MPa,模拟两种土压力;泥浆配比为:膨润土∶水∶碱=20∶1000∶6,泥浆密度:1.08,漏斗黏度:35s。
从图7、图8可以看出,对于细粒土,在注浆时泥浆的扩散是瞬间扩散的,当注浆压力较小时无扩散,当注浆压力增大到一定值时迅速扩散,说明浆液的扩散是劈裂扩散,即土体在较大的逐渐压力下先产生塑性破坏,之后浆沿着劈裂缝迅速扩散形成泥浆膜,这种现象符合前述的劈裂注浆理论。实验过程中发现:在还没出现扩散时注浆量却在增加,分析原因是泥浆渗透量较大。将土体产生劈裂时的注浆压力定义为劈裂压力,劈裂压力在土压力为0.04MPa时为0.1MPa,土压力为0.06MPa时为0.13MPa,说明劈裂压力随着土压力增大而增大,且约为土压力的2倍。
参考文献:
[1]张凤祥,朱合华.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2]杜嘉鸿.地下建筑注浆工程简明手册[M].北京:科学出版社,1992.
[收稿日期]2009-07-25
[关键词]泥浆套试验;工程管理;应用
[中图分类号]U449 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2009)31-0074-02
1 试验仪器的研制及功能
试验仪器设计的原则是既能真实地模拟实际情况,又便于操作,同时要求试验仪器能够承受60m的水头压力(即600kPa的压力)。如图1所示:
2 试验步骤
(1) 在进行泥浆渗透试验之前必须进行泥浆配比试验,以确定泥浆的性能,如造浆率、一定黏度下泥浆的原料配比及搅拌时间等,为后续的试验做好准备。
(2) 在试验之前必须制取试验所需土样。
(3) 在进行一个试验之前,必须提前一天按预定配比搅拌好泥浆静置一天,因为泥浆充分水化需要一定的时间,特别是对于加添加剂的泥浆,由于此反应过程很慢,因此泥浆静置时间应该更长。在注浆之前必须测定泥浆的黏度。
(4) 正式装样时为了保证装样的均匀性,必须把试样分成3等份,分份往试样箱中装,并进行捣实。试样装样程序为:首先用插销将钢套悬置于试样箱上,保证钢套顶面水平,再将土样分三次试装入样箱中,并进行捣实,将土样刮至与钢套上沿平齐,给橡胶密封条涂上润滑油,再压上压板,保证压板中心与试样箱中心重合,将千斤顶置于压板支架上并对中,先施加0.02MPa压力预压半小时,以保证土体被压实。
(5) 试验正式开始,将储浆筒中的泥浆注入压浆筒中,打开气压阀施加注浆压力,注浆压力分级施加,从观察孔读取每级注浆压力下的扩散半径数据。
(6) 当泥浆膜形成后,泥浆便会从周围逐渐溢出,此时停止注浆,同时施加水平推力,当试样箱能匀速移动时,读取最大的推力作为摩阻力,此时可以结束试验、拆样,拆样前先关闭控制阀,撤掉垂直千斤顶,然后移去压板,把土样从试样箱中挖出,最后清洗仪器准备下次再用。至此一个试验全部完成。做下一个试验时重复以上步骤。
3 试验结果分析
3.1 砂土中不同的正压力对注浆的影响
本实验采用粗砂,所施加的正压力分别为0.04MPa和0.06MPa,模拟两种土压力;泥浆配比为:膨润土∶水∶碱=20∶1000∶6,泥浆密度:1.08,漏斗黏度:35s。
从图2、图3可以看出,土压力为0.04MPa时泥浆扩散速度要比土压力为0.06MPa时快,说明土压力较小时容易注浆,泥浆膜会很快形成,且扩散得均匀;当土压力较大时注浆困难,泥浆膜形成慢,且扩散得具有跳跃性,当注浆压力大到一定值后泥浆膜迅速扩散,在注浆时应避免这种情况出现,最佳注浆压力应为扩散迅速发展的前一级压力。
3.2 砂土中不同的密实度及含水量对注浆的影响
本次实验采用砂土,所施加的正压力分别为0.04MPa和0.06MPa,模拟两种土压力;泥浆配比为:膨润土∶水∶碱=20∶1000∶6,泥浆密度:1.08,漏斗黏度:35s。
(1)从图4可以看出,当土压力为0.04MPa时,注浆压力随着砂土的干密度的增加而增加,说明粗粒土越密实,土的空隙越小,泥浆的渗透越慢,泥浆凝胶体越易形成,但当干密度超过一定值时,注浆压力又随着干密度的增加而减小,出现这一现象的原因是砂土的饱和度减小了,因此扩散时的通道是畅通的,故所需注浆压力小。
(2)图5是砂土含水量与注浆压力的关系,图6是砂土饱和度与注浆压力的关系,结合两个图可以看出,对于土压力为0.04MPa时,当含水量增加时注浆压力的趋势也在增加,但是规律不明显;从图6发现注浆压力与砂土饱和度关系成规律性发展,当砂土饱和度增大时所需注浆压力增大,且近似线性,属于渗透注浆。
(3)当土压力为0.06MPa时,从上三个图看出砂土的密实度、含水量和饱和度对注浆压力都没有太大影响,说明当土压力较大时注浆压力与上述三个因素无关,分析其原因与砂土的剪切强度有关,即浆液扩散时,首先破环土体而产生裂隙再开始扩散泥浆,属于劈裂注浆。
3.3 粉土中不同的正压力对注浆的影响
本次实验采用粉土,所施加的正压力分别为0.04MPa和0.06MPa,模拟两种土压力;泥浆配比为:膨润土∶水∶碱=20∶1000∶6,泥浆密度:1.08,漏斗黏度:35s。
从图7、图8可以看出,对于细粒土,在注浆时泥浆的扩散是瞬间扩散的,当注浆压力较小时无扩散,当注浆压力增大到一定值时迅速扩散,说明浆液的扩散是劈裂扩散,即土体在较大的逐渐压力下先产生塑性破坏,之后浆沿着劈裂缝迅速扩散形成泥浆膜,这种现象符合前述的劈裂注浆理论。实验过程中发现:在还没出现扩散时注浆量却在增加,分析原因是泥浆渗透量较大。将土体产生劈裂时的注浆压力定义为劈裂压力,劈裂压力在土压力为0.04MPa时为0.1MPa,土压力为0.06MPa时为0.13MPa,说明劈裂压力随着土压力增大而增大,且约为土压力的2倍。
参考文献:
[1]张凤祥,朱合华.盾构隧道[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2]杜嘉鸿.地下建筑注浆工程简明手册[M].北京:科学出版社,1992.
[收稿日期]2009-07-25