粉细砂砂土地层注浆加固技术研究

摘要

密实粉细砂在原位状态下具有结构紧密，密实度高，透水性好的特点，但当出现临空面后，应力状态发生改变，原始土体结构随之发生改变，即会引发砂土层的变形和垮塌现象。针对上述问题的处理通常采用注浆加固法，但对于水泥基注浆加固材料而言，浆液体系中含有大量固体颗粒，在砂土的渗滤作用下很难扩散，具有较差的可注性，难以充分渗透到土体中，加固程度难以保证;而普通化学浆液又存在粘度高、凝结不可调节、强度较低、耐久性差、容易产生污染且价格较高的问题，不利于其在粉细砂层加固中的应用。为了克服水泥将在粉细砂地层注浆难的缺点，及解决一般化学浆液稳定性差和加固体强度较低的问题，研制一种新型注浆材料，其特性是在粉细砂地层中具有良好的可注性，并达到地层强度提高、稳定性增强，同时经济适用、技术可行的要求。
　　本文针对上述问题，根据粉细砂土的工程特性及可注性，研发了一种复合化学浆液（后文称AG浆液），利用L9(34)正交和单因素试验对浆液性能的影响因素进行了探究，并探讨了浆液掺入量与含水率对拌合砂土固结体的物理力学性能的影响。自行研制一套注浆模拟试验装置，应用此装置，以AG浆液为注浆材料，粉细砂土为被注介质，研究注浆压力及注浆量对浆液在砂土中的扩散半径及被注体强度的影响规律，研究内容及所获成果如下:
　　1)通过对粉细砂层可注性的概念、影响因素和评判标准的分析，及在此基础上进行的粉细砂物理力学性质试验，由于该粉细砂地层颗粒细小级配良好，渗透性低，在该地层中注浆时，由于水泥颗粒粒径较大，难以注入到粉细砂地层中;可注入颗粒粒径较小的化学浆液。
　　2)针对AG浆液进行正交试验，得出主剂AG、引发剂AP以及水加量对AG浆液胶凝时间、表观粘度及塑性强度的影响规律，得到了AG浆液的优化组合;采用单因素控制试验对浆液的流变性能进行研究，发现AG浆液的流变性可分为近似牛顿流体阶段、假塑性流体阶段及剪胀型流体阶段;浆液的表观粘度突变时间随主剂AG的增加先缩短后增加;随引发剂的增加而减小。
　　3)针对AG浆液加固粉细砂，通过抗压、抗剪以及抗拉试验，得出AG浆液的掺入能有效改善土体的物理性质，加固粉细砂物理力学性质基本不受养护龄期的影响，力学性质受到AG浆液掺量和含水率两个因素影响。AG浆液掺量越大、含水率越低，固结体强度越高，反之相反。
　　4)研发了一种能够实现土体模拟和注浆过程模拟的新型试验装置，该装置能够实现不同土体、不同集配、不同密实度及不同地下水条件下，不同注浆控制条件的注浆模拟试验，可以得到注浆过程中相关参数的变化和检测浆液的扩散情况，进而为实际工程设计和施工提供指导。
　　5)应用自行设计的柱形渗透注浆试验装置，利用AG浆液和水泥浆液采用压力控制法和流量控制法对砂土层注浆，得出水泥浆液难以注入粉细砂层中，在相同情况下，AG浆液的渗透性明显优于普通水泥浆液，且具备较大的有效加固范围，实验表明AG浆液在粉细砂层中注浆效果良好。
　　6)对AG浆液在粉细砂地层中的渗透扩散规律、固结体强度的研究表明:注浆量越大加固体形态越规则，体积越大;注浆压力越大横向扩散直径越大，注浆加固的深度越深;在同一注浆压力和注浆量条件下，注浆加固体各位置加固强度基本均一，力学性质相对稳定;在相同地层中，采用AG浆液注浆，注浆压力越大，被注体强度越高;注浆量对被注体强度无明显影响。
　　7)结合银川滨河新区长河大街延伸项目隧道工程应用，分析验证了AG浆液在粉细砂地层中注浆是切实可行的，满足设计要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 选题依据

1．1．2 研究意义

1．2 国内外注浆技术研究现状

1．2．1 国外注浆技术的发展概况

1．2．2 国内注浆技术的发展概况

1．2．3 注浆材料的发展与应用状况

1．2．4 注浆材料在研究和应用上存在的问题

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 论文创新点

1．3．3 技术路线

第2章 粉细砂地层特性及其可注性研究

2．1 粉细砂地层的工程性质

2．2 粉细砂地层的可注性

2．2．1 可注性的概念与影响因素

2．2．2 粉细砂地层可注性评判指标

2．3 试验用粉细砂层可注性研究

2．3．1 试验用土的配制

2．3．2 直接剪切试验设计

2．3．3 渗透试验设计

2．3．4 孔隙比测定试验设计

2．3．5 试验结果分析

2．4 小结

第3章 AG型浆材性能研究

3．1 AG型浆液基本性质

3．2 正交试验及浆液性能分析

3．2．1 正交试验设计

3．2．2 正交试验结果分析

3．3 浆液单因素试验与性能分析

3．3．1 浆液配比与试验设计

3．3．2 流变试验结果分析

3．3．3 浆液组成对流变性的影响分析

3．3．4 浆液组成对渗透性的影响

3．4 小结

第4章 固结砂土试验研究

4．1 试验材料及方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验方法

4．2 加固砂土力学性质与时间关系

4．2．1 抗压强度

4．2．2 直剪试验

4．3 加固体力学性质与掺入比和含水率的关系

4．3．1 直剪试验结果分析

4．3．2 抗压强度分析

4．3．3 抗拉强度分析

4．3．4 浆液固砂试块渗透性分析

4．4 小结

第5章 AG浆液注浆模拟试验

5．1 概述

5．2 砂土注浆模型试验设计

5．2．1 注浆模拟试验目的

5．2．2 注浆试验装置设计

5．2．3 注浆试验装置的特点

5．2．4 注浆模拟试验方案设计

5．3 试验原理和步骤

5．3．1 试验原理

5．3．2 试验步骤

5．5 试验结果的处理与分析

5．5．1 浆液扩散状态对比及影响因素分析

5．5．2 注浆加固体强度分析

5．6 小结

第6章 工程应用研究——以银川滨河新区长河大街隧道注浆加固技术研究为例

6．1 工程概况

6．1．1 工程地质条件及气候条件

6．1．2 工程中存在的问题

6．2 注浆方案设计

6．2．1 试验钻孔选取

6．2．2 注浆孔布置及钻孔参数

6．2．3 检测孔参数

6．3 浆液选取与配置

6．3．1 浆液选取与配比

6．3．2 浆液的拌制

6．4 浆液方法及注浆控制

6．4．1 注浆方法

6．4．2 注浆控制

6．5 现场试验结果检测与效果分析

结论与展望

主要结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的学术成果