探究隧道超前加固的實(shí)驗(yàn)方法

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1試驗(yàn)方案

JC8:樁身長(zhǎng)17.20m~24.1m,芯樣長(zhǎng)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(xiàn)為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見(jiàn)少量水泥漿,夾泥很多,濕。取芯范圍內(nèi)未見(jiàn)樁體。JC9:樁身長(zhǎng)17.7m~24.3m,芯樣長(zhǎng)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(zhǎng)柱狀,其余芯樣狀呈碎塊狀,斷面較粗糙,斷面吻合一般,未見(jiàn)夾泥,干強(qiáng)度高。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)修正擊數(shù)大于60擊/10cm。樁身的滲透系數(shù)為4.5×10-5cm/s。試驗(yàn)樁鉆芯取樣分析試驗(yàn)樁施工完畢28d后,選取特殊位置(咬合處)進(jìn)行取芯試驗(yàn),位置所示。芯樣描述:JC7:樁身長(zhǎng)18.20m~24.00m,芯樣長(zhǎng)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(jiàn)夾泥,干強(qiáng)度高。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)修正擊數(shù)大于60擊/10cm。樁身的滲透系數(shù)為1.2×10-4cm/s。JC10:樁身長(zhǎng)17.9m~24.40m,芯樣長(zhǎng)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(xiàn)為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見(jiàn)少量水泥漿,夾泥很多,濕。取芯范圍內(nèi)未見(jiàn)樁體。JC11:樁身長(zhǎng)19.2m~24.70m,芯樣長(zhǎng)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(xiàn)為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見(jiàn)少量水泥漿,夾泥嚴(yán)重,濕。取芯范圍內(nèi)未見(jiàn)樁體。JC12:樁身長(zhǎng)18.9m~24.3m,芯樣長(zhǎng)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(jiàn)夾泥;19.5m~20.4m、23.5m~24.3m段主要表現(xiàn)為砂層,芯樣呈松散狀,表面粗糙,斷面吻合差,見(jiàn)少量水泥漿,夾泥很多,濕。JC13:樁身長(zhǎng)17.2m~24.10m,芯樣長(zhǎng)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(xiàn)為中粗砂,表面粗糙,斷面吻合差,僅見(jiàn)少量水泥漿,夾泥很多,濕。試驗(yàn)總體效果標(biāo)貫試驗(yàn):本次在JC7、JC9孔進(jìn)行的標(biāo)貫入試驗(yàn),擊數(shù)均大于60擊/10cm,符合要求。滲透系數(shù):據(jù)JC7和JC9孔所作的注水試驗(yàn),樁身的滲透系數(shù)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(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)JC8、JC10、JC11孔所取芯樣情況,說(shuō)明試驗(yàn)選擇樁距的排距偏大。從取芯情況來(lái)看,本次試驗(yàn)未達(dá)到既定的目標(biāo),可以得出以下兩點(diǎn)結(jié)論:從JC7、JC9芯樣可以看出,全風(fēng)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(shuō)明水泥用量越大,樁體的膠結(jié)效果越好。從旋噴樁取芯檢測(cè)的結(jié)果來(lái)看,標(biāo)準(zhǔn)貫入均達(dá)到要求,滲透系數(shù)均未達(dá)到要求,說(shuō)明旋噴樁已經(jīng)達(dá)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(huì)使水泥漿液滲透擴(kuò)散范圍加大,導(dǎo)致預(yù)定加固范圍內(nèi)的水泥漿量減少,與砂層膠結(jié)不充分。砂層中的水受潮汐影響具有流動(dòng)性,水泥漿在未凝固之前很有可能被砂層中的流動(dòng)水帶走,造成樁體水泥漿含量減少。采用單序連續(xù)孔施工,在引孔和旋噴時(shí)均發(fā)現(xiàn)已經(jīng)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(yàn)樁本身數(shù)量有限,沒(méi)有形成群樁效應(yīng),防水效果自然不夠理想,故樁體的滲透系數(shù)偏大,不符合要求。如果大面積展開(kāi)施工,預(yù)計(jì)滲透系數(shù)有所減少,防水效果有所改善。旋噴機(jī)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(jì)算,噴漿至高壓水切割位置需9min。由于砂層的自穩(wěn)性差,在噴漿開(kāi)始時(shí)可能該段已經(jīng)坍孔,造成旋噴半徑減小和膠結(jié)效果不好。試驗(yàn)改進(jìn)將三重管改為二重管。將原機(jī)械的高壓水噴口堵塞,原水泥漿噴口不變,將高壓風(fēng)出口改為水玻璃出口,使水泥漿噴出壓力達(dá)到20MPa,水玻璃噴出壓力達(dá)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(qiáng),提高抗?jié)B性能,外摻2%~4%氯化鈣;試驗(yàn)室理論凝結(jié)時(shí)間為500s。采用雙液漿旋噴,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察返出漿液可以在2min內(nèi)凝結(jié)。對(duì)比試驗(yàn)分析試驗(yàn)參數(shù)采用雙液漿旋噴,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察返出漿液可以在2min內(nèi)凝結(jié)。注水試驗(yàn)得出各樁滲透系數(shù)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(jìn)后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),滿足設(shè)計(jì)要求。

3結(jié)論

超前注漿加固工藝、固化材料存在地質(zhì)適應(yīng)性。在粉質(zhì)黏性土和全風(fēng)化花崗巖地層中,由于滲透系數(shù)小(為10-5cm/s數(shù)量級(jí)以下),采用高壓旋噴、水泥漿液施工效果好。對(duì)于粗砂和礫砂地層,由于地層滲透系數(shù)較大,為10-3cm/s數(shù)量級(jí)以上,在這種地層中成樁質(zhì)量受動(dòng)水影響明顯,應(yīng)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(xué)