探究隧道超前加固的實驗方法

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1試驗方案

JC8:樁身長17.20m~24.1m,芯樣長6.90m,呈灰色、淺灰色,成分主要由水泥漿及中粗砂組成,芯樣呈松散狀,主要表現為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見少量水泥漿,夾泥很多,濕。取芯范圍內未見樁體。JC9:樁身長17.7m~24.3m,芯樣長6.7m,成分主要由水泥漿及中粗砂組成。20.4m~21.9m段芯樣呈長柱狀,其余芯樣狀呈碎塊狀,斷面較粗糙,斷面吻合一般,未見夾泥,干強度高。標準貫入試驗修正擊數大于60擊/10cm。樁身的滲透系數為4.5×10-5cm/s。試驗樁鉆芯取樣分析試驗樁施工完畢28d后,選取特殊位置(咬合處)進行取芯試驗,位置所示。芯樣描述:JC7:樁身長18.20m~24.00m,芯樣長5.80m,成分主要由水泥漿及中粗砂組成。芯樁呈散體狀,局部呈短柱狀,斷面較粗糙,斷面吻合一般或較差,未見夾泥,干強度高。標準貫入試驗修正擊數大于60擊/10cm。樁身的滲透系數為1.2×10-4cm/s。JC10:樁身長17.9m~24.40m,芯樣長6.50m,呈灰色、淺灰色,成分主要由水泥漿及中粗砂組成,芯樣呈松散狀,主要表現為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見少量水泥漿,夾泥很多,濕。取芯范圍內未見樁體。JC11:樁身長19.2m~24.70m,芯樣長5.50m,呈灰色、淺灰色,成分主要由水泥漿及中粗砂組成,芯樣呈松散狀,主要表現為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見少量水泥漿,夾泥嚴重,濕。取芯范圍內未見樁體。JC12:樁身長18.9m~24.3m,芯樣長5.4m,呈灰色、淺灰色,成分主要由水泥漿及中粗砂組成。20.4m~23.5m芯樣呈松散狀或碎塊狀,表面粗糙,斷面吻合差,未見夾泥;19.5m~20.4m、23.5m~24.3m段主要表現為砂層,芯樣呈松散狀,表面粗糙,斷面吻合差,見少量水泥漿,夾泥很多,濕。JC13:樁身長17.2m~24.10m,芯樣長6.90m,呈灰色、淺灰色,成分主要由水泥漿及中粗砂組成。芯樣呈松散狀,主要表現為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見少量水泥漿,夾泥很多,濕。試驗總體效果標貫試驗:本次在JC7、JC9孔進行的標貫入試驗,擊數均大于60擊/10cm,符合要求。滲透系數:據JC7和JC9孔所作的注水試驗,樁身的滲透系數分別為1.2×10-4cm/s、4.5×10-5cm/s、均大于1×10-6cm/s,不符合要求。

2試驗結果分析

根據JC8、JC10、JC11孔所取芯樣情況,說明試驗選擇樁距的排距偏大。從取芯情況來看,本次試驗未達到既定的目標,可以得出以下兩點結論:從JC7、JC9芯樣可以看出,全風化層的加固效果要比砂層的加固效果好。JC7和JC9芯樣明顯好于JC12和JC13芯樣,這說明水泥用量越大,樁體的膠結效果越好。從旋噴樁取芯檢測的結果來看,標準貫入均達到要求,滲透系數均未達到要求,說明旋噴樁已經達到加固地層的作用,但堵水效果還不明顯,原因如下:被加固砂層的孔隙率較大,且含水飽和,選用2.0MPa~2.5MPa的注漿壓力,可能會使水泥漿液滲透擴散范圍加大,導致預定加固范圍內的水泥漿量減少,與砂層膠結不充分。砂層中的水受潮汐影響具有流動性,水泥漿在未凝固之前很有可能被砂層中的流動水帶走,造成樁體水泥漿含量減少。采用單序連續孔施工,在引孔和旋噴時均發現已經注漿的相鄰孔有水泥漿液返出,這有可能是高壓水置換相鄰孔的水泥漿液,造成相鄰孔樁體的水泥漿量減少。由于試驗樁本身數量有限,沒有形成群樁效應,防水效果自然不夠理想,故樁體的滲透系數偏大,不符合要求。如果大面積展開施工,預計滲透系數有所減少,防水效果有所改善。旋噴機的高壓出水口與噴漿口間距為45cm(高壓出水口在上),按照提升速度5cm/min計算,噴漿至高壓水切割位置需9min。由于砂層的自穩性差,在噴漿開始時可能該段已經坍孔,造成旋噴半徑減小和膠結效果不好。試驗改進將三重管改為二重管。將原機械的高壓水噴口堵塞,原水泥漿噴口不變,將高壓風出口改為水玻璃出口,使水泥漿噴出壓力達到20MPa,水玻璃噴出壓力達到1MPa~2MPa。為改善漿液性能,將單液漿改為雙液漿。在漿液中按水泥漿體積比1∶0.2加入水玻璃,為促使其早強,提高抗滲性能,外摻2%~4%氯化鈣;試驗室理論凝結時間為500s。采用雙液漿旋噴,經現場觀察返出漿液可以在2min內凝結。對比試驗分析試驗參數采用雙液漿旋噴,經現場觀察返出漿液可以在2min內凝結。注水試驗得出各樁滲透系數分別為:K1=5.4×10-4cm/s、K2=1.6×10-5cm/s、K3=4.3×10-5cm/s、K4=2.0×10-6cm/s,改進后經過現場試驗,滿足設計要求。

3結論

超前注漿加固工藝、固化材料存在地質適應性。在粉質黏性土和全風化花崗巖地層中,由于滲透系數小(為10-5cm/s數量級以下),采用高壓旋噴、水泥漿液施工效果好。對于粗砂和礫砂地層,由于地層滲透系數較大,為10-3cm/s數量級以上,在這種地層中成樁質量受動水影響明顯,應將三重管工藝改為二重管旋噴工藝、將固化材料水泥漿液改為水泥水玻璃雙液漿,可以在粗砂和礫砂地層取得良好的效果。

作者：張照華單位：集美大學