砂卵石地层水泥—水玻璃复合注浆加固关键技术研究

摘要

当前，随着我国经济的飞速发展，在山区和河流岸坡、边缘、阶地的堆积、冲积或沉积地层中进行的岩土工程建设日益增多，其中常常会碰到厚度不一的砂卵石层。这些砂卵石层大多是松散状态，胶结性差，具有强烈的不稳定性。因此，在以砂卵石层为地基持力层以及地铁基坑开挖过程中可能会造成较大的地层变形，产生不利影响进而引发事故，造成人员伤亡。故常常对砂卵石地层进行注浆加固，提高其承载力，增强工程安全性。但当前对于注浆方法的选用、注浆材料的选择及浆液配制大多根据工程实际经验，缺乏一定的理论科学指导;并且注浆技术由于受注介质条件的复杂性及注浆工程隐蔽性的制约，理论模拟研究较为困难。因而，对砂卵石地层注浆技术的研究更具有迫切性。
　　本文根据砂卵石地层的特性，分析了其施工风险，并提出相应的安全管理措施;同时研究了砂卵石地层注浆中采用的注浆方法、注浆材料以及涉及到的注浆理论等三方面的内容，并对长沙地铁某站的砂卵石地层进行了注浆加固设计及相关经济可行性分析。主要有以下结论:
　　(1)结合近10年来我国关于砂卵石地层注浆加固的施工实例，得到了其常使用的注浆加固方法有:小导管注浆、袖阀管注浆、管棚注浆、洞内深孔定点注浆以及帷幕注浆。其中前四种常用于地铁等地下工程中砂卵石层的加固，帷幕注浆则常用于大坝砂卵石坝基的防渗堵水。施工现场采用的注浆加固材料有水泥浆、水泥-水玻璃双液浆、水泥粘土浆液、粉煤灰水泥浆等，且以前两种居多。
　　(2)为提高水泥-玻璃浆材的使用性能，向其添加了两种不同外加剂，并就其性能进行了对比实验研究。通过对添加不同外加剂的复合浆液在不同水灰比、不同外加剂掺量情况下进行的凝胶时间、结石率、抗压强度、浸出液pH变化及浆体耐久性等五项基本性能试验，获得了一种具最佳使用性能的水泥-水玻璃基复合注浆材料及其最优配比。
　　(3)探讨了砂卵石地层中的注浆理论。认为浆材在该类地层中存在渗透、压密和充填等三种浆液扩散形式。同时研究了宾汉姆流体在砂卵石地层中的渗透扩散数学模型。
　　(4)就长沙某地铁站基坑的砂卵石地层进行了注浆加固设计，通过与其他常见不同配比浆液的经济对比分析，论证了所研制的多元复合浆材的技术经济可行性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景

1．2 注浆技术的国内外研究现状

1．3 砂卵石层的研究现状

1．4 主要研究方法、内容及技术路线

2 砂卵石地层的施工风险分析

2．1 砂卵石地层的工程特性

2．2 砂卵石地层的施工风险分析

2．3 本章小结

3 砂卵石地层注浆加固方法、材料及理论

3．1 砂卵石地层注浆加固方法

3．2 砂卵石地层注浆材料

3．3 砂卵石地层注浆加固理论

3．4 宾汉姆流体在砂卵石地层中的渗流模型

3．4．1 模型的假设与简化

3．4．2 模型的建立

3．4 本章小结

4 砂卵石地层注浆浆液性能测试实验

4．1 凝胶时间实验

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验方法

4．1．3 凝胶时间测试步骤

4．2 结石率实验

4．2．1 结石率的影响因素

4．2．2 实验材料

4．2．3 实验方法

4．2．4 实验步骤

4．3 抗压强度实验

4．3．1 实验材料

4．3．2 试验方法

4．3．3 试验步骤

4．4 浸出液pH变化实验

4．5 耐久性实验

4．5．1 耐久性的影响因素

4．5．2 试验材料

4．5．3 试验方法

4．5．4 实验步骤

4．6 本章小结

5 浆液性能测试实验结果分析

5．1 凝胶时间实验

5．1．1 实验结果分析

5．1．2 外加剂作用机理分析

5．2 结石率实验

5．3 抗压强度实验

5．3．1 实验结果及分析

5．3．2 固化机理分析

4．4 浸出液pH变化实验

5．5 耐久性实验

5．6 本章小结

6 长沙某地铁站砂卵石层注浆加固设计

6．1 工程概况

6．2 工程与水文地质条件

6．2．1 工程地质条件

6．2．2 水文地质条件

6．3 砂卵石层注浆加固设计

6．3．1 注浆方法

6．3．2 注浆材料及设备

6．3．3 注浆孔布置

6．3．4 注浆量与注浆压力

6．3．5 注浆施工

6．3．6 质量控制与安全措施

6．4 经济效益分析

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 主要创新点

7．3 研究展望

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果

致谢