化学加固

化学加固（精选八篇）

化学加固篇1

随着城市的加速发展,城市化的进程大大促进了大城市在数量以及规模上的急剧扩张,人们正在不断拓展新的生存空间,而我国存在着大量软黏土地区,处理软黏土地基并使其满足工程建设的需要,从而有效提高土地利用率。

电渗法是一种较为新兴的有效处理方法,而电化学法是在电渗法基础上通过注入化学浆液的方式实现软黏土改性的加固方法。关于电化学加固方法的研究工作,早在1948 年便有美国Preece EF[1]教授等人进行; 其他国家如日本、印度等国家在1953年也发表了研究成果[2~4]; 我国的汪闻韶[5]( 1953年) 和曾国熙院士( 1956 年)[6]亦对电化学加固法进行了研究。

由于电化学加固过程中需注入化学浆液,故在土体排水过程中呈现的高排水量并不能有效说明电化学排水能力的优越性。本文通过对营口地区软黏土的室内试验,研究了在阳极分别注入等量的纯水和Ca Cl2盐溶液时,其能耗、排水速率、排水量以及试验通电结束后土体承载力的分布规律,有助于对电渗法和电化学加固方法的进一步认识。

1 基本原理

土体两端通上直流电后,土中水因自身极性在电场作用下被拖拽向阴极移动,这相当于对水产生了一种负的孔隙水压力。由有效应力原理可知,在总应力不变且孔隙水压力为负时,土体的有效应力应该为正且大于孔隙水压为正值时的有效应力,土体在有效应力作用下逐渐固结,土体强度增加,进而地基承载力提高,这就是电渗法加固软黏土地基的原理[7]。

软黏土在电化学加固过程中存在着更复杂的加固机理,除电渗排水机理外,电化学加固机理主要还包括电解、离子交换和化学胶结。电解作用使阳极铁电极发生腐蚀,并产生大量氢氧化物胶体,该胶体在阳极附近膨胀挤密土体,从而提高土体强度[8]; 离子交换作用是指注入的高价阳离子取代黏土颗粒周围的低价离子,如K+、Na+,从而减小水化离子的半径且使双电层变薄,从而促进土体自身凝聚加密; 化学胶结是土体注入高价阳离子( Ca2 +) 盐溶液后,软黏土矿物中的氧化铝和氧化硅被释放,在电解产生的碱性或酸性环境下,钙离子、硅酸盐及铝酸盐发生反应生成水化硅酸钙CSH和水化铝酸钙CAH两种物质,在该粘结物质的作用下,黏土颗粒胶结,改变了土的结构性,从而提高了土体强度[9]。

2 试验准备

2. 1 土体基本参数

试验所用土体为取自辽宁营口地区的软黏土,灰黑色,饱和,软塑—流塑状态,高压缩性,稍有光泽,含有腐殖质,天然状态下软黏土的基本物理参数如表1 所示。试验使用经重塑后的重塑土样,制作过程是将土体干燥后加适量的水调匀,保持土样具有均匀的含水率,并静置24h后使用。

2. 2 试验装置

试验在自制的排水固结装置上进行,该装置由试验箱、土样、电极、注浆管、电流表和电源等组成,如图1 所示。

试验箱长× 宽 × 高为28cm × 22cm × 17cm,在箱体底部一侧离宽边4cm的中心位置留置直径1cm的小孔作为排水口,箱内土深13cm。阳极为直径0. 8cm光圆钢筋,单根电极重69g、长30cm,竖直置于距宽边4cm的中心位置; 阴极为直径1. 2cm不锈钢管,管壁开有细缝,管长30cm,垂直置于箱体底部的排水小孔处。紧贴阳极放置直径为1. 5cm的PVC注浆管,管壁打满花孔,封闭管底。电源为稳压直流电源,电源的输出电压为0 ~ 100V,输出电流为0 ~ 30A。

2. 3 试验方案

试验分为A、B两组,通过对电渗法( 试验A) 和电化学法( 试验B) 加固软土过程中的排水速率、土体力学性质及试验各参数的研究,对比分析注入浆液对土体排水加固的影响规律。两组试验土体参数相同,试验设备准备完毕后通电,在通电的第6. 5h分别注入纯水和Ca Cl2溶液,累计通电13h后间断7h再次持续通电8h,试验基本参数见表2。

3 试验数据分析和讨论

3. 1 电流

试验持续通电6. 5h后进行注浆,分别对试验A和试验B注入20ml水和20ml浓度为26% 的Ca Cl2溶液。通电过程中对电流进行监测,记录电流值并绘制电流变化曲线,如图2 所示。

从图2 中可以看出,试验未注浆阶段( 6. 5h之前) 两组试验的电流值几乎相等,变化规律一致,呈现为不断下降的态势,符合普通电渗排水试验中电流变化规律[10]。在该阶段阳极附近自由水随电流向阴极排出,阳极含水量随之降低。

在6. 5h时刻分别注入水和Ca Cl2溶液,电流迅速出现大幅提升。其中试验A增幅约为60% ,而试验B增幅达120% 。可见在同等条件下,注入化学浆液能更大幅度地提升试验电流,阳离子的注入为电流提升的主要因素,水的摄入为次要因素。从电流快速增大到电流恢复到增大前电流值为电流增幅期,进行对比可以发现,试验A在3h后电流恢复,而试验B在6. 5h后仍具有约40% 的增幅,可见电化学组的增幅期远大于电渗组,且持续的较高电流更有效地促进了土体排水。

3. 2 排水量和土体温度

通电后阳极附近土体会有升温现象,电流随注浆行为产生大幅增加并导致温度升高,而这种现象导致土体排水过程伴随水蒸发而无法精确对比排水量的问题。本次试验将电压值控制在15V,且在阴凉通风处进行,通过对两组试验的温度进行观测,确定蒸发现象对排水量的影响,温度变化见图3。

从图3 可以看出,在未注浆阶段,两组试验阳极附近土体温度大致相同,在注入溶液后,由于含水量、电阻、电流等多方面原因,两组试验温度出现差异。对比电流曲线图可以看出,电渗组( 试验A) 的温度随着电流的降低逐渐下降,而电化学组( 试验B) 因电流值持续较高土体温度呈现缓慢上升的趋势,在第13h出现了试验过程中最大温差,为1. 8℃。在较小的温差环境下,可以认为两组试验在发热过程中因蒸发带来的水量损失大致相等。

试验过程中的排水量变化见图4。观察图4,试验A排出水64. 5ml,试验B排水量为前者的1. 43倍,可见在注入阳离子的作用下,电化学组的排水能力远高于纯电渗组,说明电化学法中注入的盐溶液能极大地促进土中水的排出,其中阳离子为促进排水的主要因素。在累计通电13h时重新启动电源,因间断通电及含水量的影响,试验A电流大于试验B,该现象持续2. 5h。自累计通电15. 5h开始,试验B电流大于试验A,并持续该状态至试验结束。通电15. 5h后两组试验的排水速率大致相等,此时试验B电流较大且含水量较低,试验A电流较小而含水量较高,故电流与含水量共同影响排水速率。

3. 3 能耗和单位能耗排水率

试验过程中对土体排水速率进行监测,当排水速率小于0. 67ml/h时停止通电,此时通电时间为21h。根据两组试验的电流数据,电化学作用的能耗表达式[11]为:

式中: Ut和It分别为电源的输出电压和在t1~ t2时间段内某时刻t的电路电流; Ct1和Ct2分别是t1时刻与t2时刻对应的能耗值。

累计能耗曲线见图5。

单位能耗排水率即累计排水量和累计能耗之比,由此来比较消耗单位能耗的排水效率,数学表达式为:

式中: Qt2、Ct2分别是t2时刻对应的累计排水量和累计能耗值,其中Ct2由( 1) 计算得出。

单位能耗排水率见图6。

在相同通电时间和稳定电压条件下,能耗可由电流确定。对比累计能耗和单位能耗排水率可以发现,试验B的累计能耗较高,但单位能耗排水率也高于试验A。从该现象可知,在消耗单位能量的情况下,电化学法能带来较高排水效率,这意味着电化学加固软土虽然以较大能耗为代价但能快速降低土体含水量,即电化学排水的有效通电时间较纯电渗缩短[12],且总体上看,单位能耗排水效率更高。

3. 4 土体承载力

当外加直流电场停止时,试验过程中的电渗排水、电解及离子交换作用均随之消失,但在电化学法中,在黏土矿物中仍能够持续发生二次矿物的结晶过程,且其新生成的二次矿物具有不可逆转性,其产生的粘结作用增加了黏土矿物的力学强度,持续提高土体的承载力[13]。

该试验在结束通电达3d龄期后,将土体分为表层、中层( 深度6cm) 、底层,使用袖珍贯入仪对土体进行承载力测定,根据所测数据绘制各层土体强度变化曲线,见图7 和图8。

通过图7 可知,试验A ( 电渗法) 的土体承载力随距阳极距离及深度的增加而减小。通电过程中,阳极附近土体的自由水和一部分弱结合水在电场的作用下向阴极移动,阴极附近土体的含水量逐渐增多,并在重力作用向下通过排水孔排出土体。在电渗过程中,土体的承载力主要通过排水固结而提高,同时阳极铁电极产生较弱的电解作用,产生的较少氢氧化铁胶体对阳极的承载力提升也起到了一定的作用。

对比图7、图8 能明显看出,电化学( 试验B)对土体的加固作用显著强于电渗法。观察图8 可以发现,电化学加固的土体阴极承载力大于阳极土体承载力。试验初期未进行注浆时,土体内主要进行电渗排水作用; 自6. 5h注入Ca Cl2盐溶液,软黏土内的电导率增大,阳极电解作用增强,电极腐蚀产生的氢氧化铁胶体使阳极附近土体膨胀加密,提升了土体强度; 停止通电后,承载力继续提升,正如Chang Hao Wei[14]研究表明,阴极土体的承载力随着龄期的增长将超过阳极区域,试验前期土样整体呈酸性,主要发生离子交换,并在阴极伴随少量的Ca2 +沉淀,随着Ca2 +不断在阴极聚集而生成氢氧化钙沉淀,使阴极区域土体承载力注浆超过阳极区域,即阴极为主要化学沉淀区[15]。此外,土体底层承载力在阴极出现一个急剧增长,并且大于表层土体承载力,这与排水过程中阳离子因重力作用大量向下沉积有关,当停止通电后,充足的沉淀离子持续发生了矿物的二次结晶,从而提升了土体承载力。

4 结论

利用室内试验,研究了软土电化学加固过程中在阳极分别注入等量纯水和Ca Cl2盐溶液时不同现象及规律,对电渗法和电化学法进行了对比分析,所得结论如下。

( 1) 电化学加固软土的效果良好,相比于电渗试验,电化学试验注入化学浆液能大幅提升电流强度,且电流增幅期持续时间更长,有效促进了土体排水作用。

( 2) 相比电渗排水试验,电化学试验过程中注入化学浆液,土体摄入的大量阳离子能极大地提升土体中水的排出量。

( 3) 试验通电过程中,排水速率与电流大小及土体含水量有关。

( 4) 与电渗试验相比,电化学试验能在短时间内以较大能耗为代价降低土体含水量,但总体看,其单位能耗排水效率更高。

( 5) 电化学试验土体承载力分布规律为阴极大于阳极,电渗排水试验土体承载力分布规律为阳极大于阴极,电化学试验加固土体整体承载力显著高于纯电渗试验。

摘要：通过室内试验研究了软土电化学加固中在阳极分别注入等量纯水和Ca Cl2盐溶液时的不同规律,从电流、排水量、排水速率、能耗、单位能耗排水率及土体承载力等方面对电渗法和电化学法进行了对比分析。结果表明:电化学加固软土时注入的化学浆液能大幅提升电流强度,且电流增幅期持续时间更长;电化学法极大地提升了土体中水的排出量,排水速率与电流大小及土体含水量有关;电化学法具有较高的单位能耗排水效率。通过试验研究,有助于认清电化学法的排水能力及其与电渗法的区别。

化学加固篇2

化学灌浆技术在承台裂缝加固中的应用

针对宜万铁路叶溪河大桥1号墩承台裂缝,提出利用化学灌浆材料的可灌性、可注性等优点,并采用具体的灌浆工艺,从而成功地解决了大体积钢筋混凝土承台裂缝的加固问题.

作者：黄河 HUANG He 作者单位：中铁十四局集团第三工程有限公司,山东,济南,250000 刊名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)： 36(21) 分类号：U445.72 关键词：承台裂缝化学灌浆加固工艺

化学加固篇3

【关键词】铁路路基; 灌浆加固

0.引言

济钢的炼钢、炼铁工艺和设备都在发生巨大变化，原有的铁水运输也由过去的65t铁水车改为320t混铁车进行铁水运输，同时实现负能炼钢。由于320t混铁车总重640t（自重300t，载重320－370t）左右，轴重达40－41t。原来的路基未按320混铁车的运用条件设计，需对铁路路基进行加固。

1.铁路路基的承载计算及加固的要求

1.1铁路路基的承载计算

320t混铁车的计算数学模型

根据《钢铁厂总图运输设计手册》中弹性基础梁理论（简称“连续支承法”）计算：бld=Rd/2e’htgα

式中бld－－路基表层压强MPaRd－－动载荷；Rd＝R0（1＋а＋β）

式中R0－－静载荷，R0=ka/2ΣPη。

а－－速度系数，а＝0.3V/100

β－－偏载系数, β=0.002△H

e’－－一股钢轨支承有效长度(mm)。

H－－道碴厚度（mm） α－－扩散角（350）

根据上式计算:最大静压力：бld=0.191MPa。考虑我们线路排水不良等环境的影响，我们取1.3的安全系数，路基表层压强达到0.248MPa.即铁路路基地基系数K30≥248KPA，完全满足320t混铁车运用的需求。

2.地质分析及加固方案的选择

2.1根据加固方案选择的要求，委托山东省冶金地质水文勘察公司对需加固的铁路路基进行实地勘察，出据了《济钢铁路路基加固工程岩土工程勘察报告》，场地土层自上而下分层如下。

2.1.1杂填土

褐黄色，松散～稍密，湿～饱和，以粘性土为主，其下为灰岩碎石、红砖屑等建筑垃圾，偶见灰土及炉渣。分布普遍,非均质性强,堆填时间较短,无论在该层较厚的路段,还是较薄路段,都在2.00m以浅比较松散,2.00m以深则较为密实。

2.1.2黄土状粉质粘土

土黄色～褐黄色，可塑，湿～饱和，有小虫孔，具有垂直节理，含铁锰质氧化物，偶见粉土。该层分布比较普遍，局部人工挖掘后缺失或变薄，厚度变化较小，性质比较均匀，具有一级非自重湿陷性，湿陷性多发生在4.00m以浅。

2.1.3粉质粘土

褐黄色～棕褐色，可塑，饱和。有钙质条纹及铁锰氧化物，下部棕红色者含粘粒较高，偶见姜石。该项层分布比较普遍，局部缺失，厚度比较均匀。

根据地质勘察结果分析：黄土是一种较为年轻的地质土层，这种土以粉粒为主，富含碳酸盐，具大孔隙与垂直节理，以黄色为基本色调，有的具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。黄土中的主要成分有SiO2、AL2O3、CaO、MgO等。

2.2加固方案的选择

2.2.1级配碎石碾压法

级配碎石是级配集料中的最好材料，起着传递、分布列车载荷的作用，并具有良好的水稳定性和防冻保温等作用。对总厚度为500－600MM的基床，要想达到铁路路基地基系数K30≥248KPA要求，根据铁路部门进行室内综合实验和现场施工实测，只少分两层施工，下层350MM，上层250MM。将20－40、10－20、5－10、和5以下石屑按1：1.10：1.15：1.75比例的级配碎石用推土机初平，平地机精平，18吨碾压7遍（静压1遍、轻掁1遍、重掁3遍、整平时快压2遍）。含水量控制在3%－5%，虚铺系数为1.20。严格按此工艺施工，才能达到上述要求。施工过程中要求原有铁路拆除，路基开挖。

2.2.2挤密桩法

就是预先制作标准的砼桩，根据满足320t混铁车运用需求的铁路路基地基系数K30≥248KPA和地质勘察结果分析，计算砼桩的几何尺寸以及每平米砼桩的数量。在施工过程中，打桩机械在铁路上进行作业，若不拆除铁路也必须要求铁路停止运行。

上述两种方法虽能达到铁路路基地基系数K30≥248KPA的要求，但在施工过程中要求原有的铁路拆除或停止原有铁路的使用，这就意味着1750高炉在铁路路基改造期间（约1个月），每天损失产值1200万元，必须按技术创新和管理创新的要求，研究不停产加固的方案。

2.2.3注浆加固法

近年来，各种地下工程、边坡工程、高速公路路基工程、堤坝工程、隧道工程、建筑地基的加固处理大都采用注浆加固法。而注浆加固施工中大量采用的是水泥静浆、水泥砂浆、粘土固化浆液和化学浆液。根据满足320t混铁车运用需求的铁路路基地基系数K30≥248KPA和地质勘察结果分析，水泥静浆、水泥砂浆和粘土固化浆液的注浆法，满足不了以上强度要求。化学注浆加固是指利用化学浆液，通过灌注、渗透、劈裂、挤密土体，使浆液与土颗粒胶结起来，改变地基土的物理和力学性质，形成结构新、强度大、稳定性好的结石体；同时注浆钢管和浆液形成微型桩体，直接承受部分荷载，起到卸荷的作用。注浆对于地基承载力不足、浸水沉陷、软弱土层，土层不均匀的加固，在其它领域应用有较好的效果。化学浆液选择NaOH，当一定浓度的NaOH浆液注入黄土地基后，与SiO2、Ai2O3、CaO、MgO等发生多种化学反应，产生高分散度的Ca(OH)2、SiO2凝胶体，难溶的硅酸盐以及石灰硅土胶结物都能起到胶结土颗粒、增强土颗粒附加凝聚力的作用，从而加固了土体。化学注浆加固各种地下工程、边坡工程、高速公路路基工程、堤坝工程、隧道工程、建筑地基都采用过，但在铁路路基加固况且达到地基系数K30≥248KPA，在国内尚属首次，能否达到预期效果，需进行严密的实验。

3.化学注浆加固试验

根据计算，济钢委托山东建固特种专业工程有限公司在施工区域附近进行注浆试验。

3.1注浆孔的布置

把试验段等分为两段进行注浆孔的布置：

单侧3排孔，孔深2.0m，孔径为90－110mm，横向间距为700mm，纵向间距为543.5mm。

3.2注浆液材料

采用工业用浓度为30%的液体烧碱配制加固溶液，烧碱溶液的浓度为100g/L。

3.3注浆孔施工

采用洛阳铲成孔后，向孔内倒入粒径为10－20mm的石子至地平面以下200mm，同时埋入直径25mm、长度为1700－2000mm的铁制注液管，再填入粒径2－5mm的砾砂200mm夯实封口。

3.4注浆

3.4.1溶液配制

施工时先定量的水放入容器内，将30%的烧碱溶液慢慢倒入水中，搅拌均匀。

3.4.2加热

为提高基础加固的初始强度和渗透速度，碱液注入前用蒸汽进行加热，保证碱液的温度达到90－100℃。

3.4.3间隔注浆

由于孔距较小，注浆时采用间隔进行，当已注孔内浆液扩散后，再注相临孔的浆液，使浆液得以有效的扩散。

3.4.4保温

由于天气比较寒冷，采用蒸汽保温的办法加速浆液的渗透，提高渗透效果。

3.4.5注入封浆

保温完成后，注浆液由碱液改成水泥浆液，将注浆孔内碎石间隙内注满水泥浆，形成微型水泥桩。

3.4.6注浆效果检验

取原土和注浆后的土分别做出试块，同时浸入水中，6小时后两种试块出现明显不同的效果。

3.4.7为取得准确的数据,邀请具有一级检测资质的山东省深基础检测研究中心，采用压重平台反力装置进行了复合地基载荷试验。试验结论为“该场地碱液注浆后地基加固效果较为明显，双液加固效果好于单液加固，加固效果在水平向比较均匀，竖向稍有变化，碱液注浆影响深度主要在0－2.5m；地基处理后复合地基承载力特征值250KPa（0.25MPa），变形模量可取值为E0＝53.17MPa。”远远超出了我们理论计算的要求。

化学灌浆对辉绿岩脉的加固效果篇4

大岗山电站位于四川省雅安市石棉县挖角乡境内, 是大渡河中游上段的第14梯级电站。文章以大岗山水电站修建过程中实施的AGL1化学灌浆工程为例论述化学灌浆对辉绿岩脉的加固效果。

制定大岗山水电站AGL1化学灌浆方案

大岗山水电站位于四川省雅安市石棉县挖角乡境内, 是大渡河中游上段的第14梯级电站, 于2014年8月全部完工, 仅次于瀑布沟水电站, 与长河坝水电站齐名。大岗山工程区处于川滇南北向构造带北段, 与北东向、北西向等构造带交汇复合, 地震地质背景颇为复杂, 坝址区西侧4km处, 有大渡河断裂经过, 而4.5km处, 又有磨西断裂经过, 地带构造极不稳定, 地震基本烈度是Ⅷ度。场地基岩分布较为复杂, 主要是澄江期微红色及灰白色中粒黑云二长花岗岩, 又间杂多种岩脉, 如花岗细晶岩脉、辉绿岩脉和闪长岩脉等, 但以辉绿岩脉为多, 形成了陡倾角, 在气液交代变质作用下, 岩体发生严重蚀变现象。加之河床受承压热水的作用, 更增加了工程场地地质条件的复杂程度。大岗山水电站左岸940灌浆平洞长155.43m, 依据设计要求, 灌浆孔呈双排三角形排列, 孔距为2.0m, 排距为1.5m, 并将灌浆孔分为五个单元, 使用普通水泥和超细水泥做灌浆处理, 但灌浆效果不尽理想。为此, 我单位根据《大渡河大岗山水电站帷幕灌浆科研试验成果评审及相关技术问题咨询意见》制定了AGL1化学灌溉方案。鉴于工程场地左右岸940有较厚的辉绿岩脉, 在完成两排水泥灌浆孔后, 再于中间增加一排灌浆孔, 运用PSI-501与PSI-530浆材进行化学灌浆。

大岗山水电站AGL1化学灌溉工程施工概况

在大岗山水电站AGL1化学灌溉工程中, 每个单元设置一排化学灌浆孔, 孔距2.0m, 平均孔深不宜小于100.0m, 整个工程共分为5个单元, 共有75个灌浆孔。自2013年11月中旬起, 我单位组织工程人员及机械设备进场, 2014年3月进场设置到位, 于该月上旬提前进入施工阶段, 灌浆工艺上使用ф56mm钻进行钻孔单次全孔成型, 通过自下而上分段卡塞纯压式顶浆排水的方式实施化学灌浆, 接触段灌浆长度是2.0m, 第二段灌浆长度是3.0m, 以下各段灌浆长度结合场地岩脉情况而定, 其中花岗岩层灌浆长度是10.0m, 辉绿岩层的灌浆长度是5.0m。射浆管一般被安置于距离灌浆孔低于0.3m的地方, 灌浆压力需处于0.8~3.0Mpa范围内, 注入率处于0.05L/min.m~0.1L/min.m范围内。AGL1化学灌溉工程采用了PSI-501和PSI-530两种浆材, 当注入的PSI-501化学浆液达到80L/m时, 进而改用粘度增加更快的PSI-530化学浆液, 按照这种方式进行逐级变浆灌注。大岗山水电站AGL1化学灌溉工程实施灌浆施工120d, 待凝28d, 检查孔施工20d, 于2014年8月20日完成所有工作。

探究化学灌浆对于辉绿岩脉的加固效果

对于大岗山水电站AGL1化学灌溉工程, 为了测试化学灌浆对辉绿岩脉的加固效果, 综合采用了多种测试方法, 主要涉及如下三个方面。

弹性波检测方面

岩体弹性波对岩体结构面与裂隙发育程度均有所反映, 相关检测表明, 实施灌浆施工前, 场地辉绿岩脉段单孔声波值为3656m/s, 实施水泥灌浆后单孔声波值增加为4843m/s, 有效提高了岩体密实度, 但花岗岩层段实施水泥灌浆后的单孔声波值高达5165m/s, 明显高于辉绿岩脉灌浆后的单孔声波数据, 有效充填并压密花岗岩层的有利结构面, 为化学灌浆时浆液有效注入辉绿岩脉创造了便利条件, 经由化学灌浆后, 花岗岩脉段的单孔声波值变为5184m/s, 辉绿岩脉段的单孔声波值变为5153m/s, 两类岩脉的声波值相差不大, 极大地改善了灌浆场地岩体的均一性。

磨片鉴定方面

磨片鉴定可用来论证化学灌溉对辉绿岩脉所产生加固效果的可靠性, 分别取得水泥灌浆和化学灌浆试样, 对两者予以磨片鉴定, 鉴定成果表明如下几点:一是实施水泥灌浆的多个试样中均可见到水泥结石, 但水泥结石含量较少, 水泥结石黏附程度不高, 导致切片取样时水泥结石被磨掉, 而化学灌溉工艺运用的环氧胶具有优质胶结性能, 使得化学灌溉后所取试样都形成了环氧树脂, 环氧树脂和裂隙面以及裂隙填充物形成了结实的胶结结构;二是即便是在水泥灌浆的基础上实施化学灌浆, 仍可看见环氧浆液沿着辉绿岩脉的裂隙进行填充, 形成了网状和树枝状的裂隙填充效果, 即便是已有填充物的裂隙, 如绿泥石脉, 仍能形成良好的填充效果, 如所取化学灌浆试样中, 填充裂隙宽度范围是0.05~2.00mm, 实施化学灌浆工艺后, 运用偏光显微镜观察可知, 诸如0.01mm宽度的细微裂隙也已然被填充好, 并具有良好的胶结性能。

室内力学试验方面

室内力学试验伴随着AGL1化学灌浆工程的各阶段结束后而落实, 取岩芯试样实施室内力学试验, 同样是辉绿岩脉, 实施水泥灌浆后的抗剪断强度指标c为26.62MPa, f为1.07;实施化学灌浆后的抗剪断强度指标c为23.89~28.54MPa, f为2.10~2.25。将两项灌浆强度参数对比可知, 实施复合灌浆工艺后的辉绿岩脉具有更强的抗剪断性。

钻孔变形模量方面

使用钻孔弹 (变) 模仪能够测出钻孔变形模量, 这是一种小范围内的岩体参数, 仪器测量结果一般与现场变形结果存在差距。受各孔线测线处岩性和岩体质量的影响, 灌浆阶段获取的测变形模量往往具有离散性, 一般而言, 实施复合灌浆工艺所获取的变形模量值更高, 但离散程度却较小。在AGL1化学灌浆工程中, 实施化学灌浆后, 花岗岩脉和辉绿岩脉的变形模量均有明显提高, 如辉绿岩脉的变形模量为11.2~11.3GPa, 约为灌浆工艺实施前的1.17倍。试验表明, 实施化学灌浆后岩体的整体性大幅提高, 变形模量未超过8GPa, 辉绿岩脉力学指标符合坝基建设的要求。

结语

化学加固篇5

关键词：承台,裂缝,化学灌浆,加固工艺

1 概述

化学灌浆是一个专业性很强的范畴,主要是利用化学浆材以真溶液为主,渗透能力强,可灌性好,材料性能广泛,适用性强;固化性能灵活可控等优点,多数采用压送设备,管道输送,通过渗透方式进入被加固体与之结合,固结成具有一定强度的复合固结体,以达到良好的灌浆加固效果。

2 工程概况

宜万铁路叶溪河大桥1号墩承台设计尺寸为20.5 m×14.6 m×4 m的大体积钢筋混凝土结构;承台分两层浇筑,由于大体积混凝土内外温差、降温收缩及干缩等因素导致承台顶面顺线路方向出现裂缝,缝宽1 mm～3 mm,贯穿整个顶层混凝土,裂缝竖向深度2.0 m,但未向下发展。根据承台受力分析:裂缝所处的位置为受压区,承台内已布置有构造钢筋,且承台顶以上为空心桥墩6 m厚的下实心段,经过多方求证,认为该承台通过采取化学灌浆加固处理,可以满足结构受力和运营使用要求。

3 承台深层裂缝灌浆加固

3.1裂缝灌浆施工顺序

裂缝检查※钻灌浆孔※埋设灌浆管※试压※配制灌浆液※压力灌注※封口结束。

3.2施工工艺

1)裂缝检查。对裂缝进行一次全面检查,观察裂缝发生的位置、深度与长度,然后确定灌浆孔的位置及孔径。

2)钻灌浆孔。根据现场情况,裂缝贯穿整个承台,裂缝长度为14.6 m,深度为2.0 m,设置灌浆孔孔径为28 mm,孔距1.6 m(见图1),同时在面板顶部凿“U”形槽,骑缝埋设灌浆盒,并用缝胶封缝。

3)埋设灌浆管。在所钻的灌浆孔上埋设灌浆管,灌浆管必须伸入灌浆孔底,本工程采用灌浆罐灌注,埋设时,灌浆管采用有效措施固定在灌浆孔内。

4)试压。裂缝灌浆前,调节空压机压力值,使灌浆罐流出的浆液压力达到所需的要求。

5)灌浆材料的选取。灌浆材料选用环氧树脂型建筑结构胶,为混凝土裂缝专用胶,适用于混凝土结构各种原因产生的裂缝的灌注,要求产品粘结力强、可灌性好、有弹性,灌注后可使裂缝构件连接成整体,恢复构件的强度及刚度,其力学性能满足相关规定要求。

6)配制浆液。严格按灌浆材料使用说明书要求的比例、方法配制浆液(不得任意加丙酮,如浆液浓度太大不宜灌注,可在浆液中加5%以下的丙酮进行稀释,按每个灌浆罐中5 kg左右计)。

7)裂缝灌浆。灌浆是施工的关键工序,灌浆前,打开灌浆罐上的阀门,用空气压缩机将孔道及裂缝的灰尘吹干净。

a.首先灌注孔内的浆液,灌浆时,浆液采用环氧树脂型灌浆料,压力保持0.3 MPa,若骑缝上面埋设的排气孔流出的浆液与压入的浆液浓度或压力达不到,不能再灌入浆液时,保持压力0.3 MPa 10 min可停止压浆,在保持规定压力下封堵钻孔灌浆管。b.从骑缝灌浆嘴内灌注浆液,压力保持在0.1 MPa。在压力保持不变的情况下,浆液流出排气孔可视为整个灌浆过程完成。

8)封口结束。灌浆后,待缝内浆液初凝而不外流时,可拆下灌浆嘴(盒),用环氧胶液或结构胶对灌浆孔进行封口并抹平,灌浆孔采用结构胶掺水泥封堵。

4 承台表层裂纹灌浆处理

混凝土表层裂缝加固采用低压自动灌浆技术,采用自动低压灌浆器将按照一定比例将两组成分的改性环氧树脂浆液注入裂缝中。

自动低压灌浆器是一种袖珍式可对混凝土微细裂缝进行自动灌浆注入的新型工具,长度仅为26 cm,不需使用空压机,手压泵等配套设备,不用电、无噪声、操作简便、快捷,可在水平、垂直等任何方向安设使用,并可直接观察和确认注入情况,质量易于保证。灌浆器内弹簧压力为6 kg,注入起始压力为60 kPa;软管可装树脂量为50 g,有效注入量为40 g,一次注入不足时可继续补充。

浆液拟采用MS-401A,MS401B双组分建筑灌缝胶,系由环氧树脂改性配制的低粘度胶,两种组分按4∶1比例混合均匀后粘度低于100 MPa·s。建筑灌缝胶可以有效的封闭裂缝,起到提高混凝土耐久性的作用,同时具有优良的抗紫外线及环境老化性。

其技术指标见表1。

封缝胶是一种与自动低压灌浆器配套使用的裂缝表面封闭和底座粘贴胶,它固化快捷,粘结牢固。10 min初凝,1 h终凝即可进行灌浆,其性能指标见表2。

自动低压灌浆技术修复裂缝过程如下:

1)仔细测量裂缝宽度、长度和基层状况,确定施工顺序和所使用的材料,清理基层。2)确定入口位置,间距约20 cm贴上胶带、预留。3)封闭裂缝,采用封缝胶沿裂缝涂刮,宽度30 mm,厚度1 mm～2 mm。4)揭去注入口上胶带,采用封缝胶将底座粘于注入口上。5)把装有灌浆树脂的灌浆器旋紧于底座上,进行低压注入。6)注入完毕,可拆除灌浆器,待树脂固化后敲掉底座,用角磨器磨去表面封缝胶,恢复基层原状。

5 施工注意事项

1)配制环氧树脂性灌浆浆液时,每次配制不宜过多,一次配制的浆液应根据现场施工情况确定,配制好的浆液应在1 h内用完。

2)配制和使用环氧树脂性灌浆液时,必须保持通风良好,密封储存,远离火源,避免阳光直接照射。

3)灌注裂缝时,一定要采用封缝胶封闭严密,防止漏浆,注浆底座也应粘贴紧密,防止漏浆。注浆时水平缝自两端向中间注入,竖向裂缝自下而上注入,注浆时须使相邻注浆孔中有浆液渗出方可停止该孔注浆,拆下灌浆器后及时用堵头将注浆底座封堵。

6 结语

化学灌浆技术主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的加固修补,它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中,胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体,从而起到封堵加固的目的。叶溪河大桥1号墩承台裂缝加固处理取得了良好效果,这其中的成功经验和技术措施可供同行们借鉴、参考。

参考文献

[1]蒋硕忠.中国化学灌浆的现状与未来[M].武汉:长江出版社,2005.

[2]林建宁.泵送混凝土施工裂缝的成因和防治[M].沈阳:沈阳建筑出版社,2007.

化学加固篇6

方庄煤矿1#井五下山胶带巷沿煤层顶板施工, 原设计为矩形断面, 锚网喷加锚索支护, 巷道宽3.2 m, 高2.8 m。由于巷道所处围岩地应力大, 使巷道破坏变形严重。依据巷道破坏情况又将巷道支护形式改为料石砌碹, 在施工到胶带巷与二横贯交岔点处时发生大面积冒顶, 冒顶长6 m、宽4 m、高10 m, 被迫停止施工。

2工程、水文地质概况

巷道所处围岩地质构造发育, 煤层顶板岩性分别为炭质泥岩、黑色砂质泥岩、细粒砂岩、灰色中粒砂岩, 节理裂隙发育, 顶板有滴淋水现象。煤层倾向0～110°、倾角12～19°, 煤层倾角由浅至深由陡变缓。煤层平均厚度4.2 m。区内突水系数K=1.0～1.5, 由于区内断层较为发育, 位于本水平深部的断层F5-1落差大, 区内仍会受到二1煤层底板L8灰岩水的威胁。预计正常涌水量1.4～10.0 m3/min, 最大涌水量为15.0 m3/min。

3施工方法的选择

根据巷道的地质及冒落情况, 决定采用化学注浆方法进行治理。如图1所示, 先打入注浆钻杆, 用化学注浆材料进行注浆加固。这样一方面可以通过化学浆液固结破碎岩体, 另一方面能起到锚杆锚固的作用, 以增加被注岩体的强度。

4注浆设备

注浆设备采用QB-12型风动化学注浆泵, 其具体结构及工作原理如图2所示。气动泵的主要工作部位为双作用式液压增压泵, 换向机构为特殊形式的先导式全气控配气换向装置, 压缩空气进入后, 活塞移动到气缸上或下端部位时, 使上或下先导阀动作, 控制气流瞬间推动配气换向装置换向, 从而使气动马达的活塞作稳定连续的往复运动。由于活塞的面积比柱塞的面积大, 因而使吸入的注浆浆液增压。被增压的浆液经高压注浆管被压注到岩层裂隙内, 达到注浆的目的。QB-12型气动高压注浆泵主要适合单液或双液注浆, 当双液注浆时, 2种组分可按1 ∶1的体积比输出并混合。A料和B料分别通过各自的柱塞和矿用K型高压胶管、单向阀Y型三通、混合器进入封孔器, 并被压注进破碎煤岩层, 注浆压力设计3～5 MPa, 保证了浆液充分渗透与扩散。QB-12型注浆泵体积小, 质量小, 注浆压力大, 最大注浆压力达50 MPa。

1—压缩空气进口;2—进气阀;3—进气调节阀门;4—马达换向阀; 5—气动马达;6—油雾器;7—出浆管;8—出浆压力表;9—吸浆管; 10—柱塞泵;11—封孔器;12—混合器;13—注浆管;14—卸荷胶管

5注浆参数选择及施工

(1) 注浆材料及配比。

注浆材料选用波雷因化学注浆材料, 发泡倍数为5～8倍, 甲液、乙液的配比为1 ∶1, 依据冒落带的进浆及漏浆情况现场调节凝胶时间。

(2) 布孔方式及埋设注浆管的长度。

注浆孔沿巷道布置, 顶板拱部布9个孔, 两帮各布置3个孔, 顶板注浆孔仰角45°, 两帮注浆孔向巷道轮廓外摆15°, 深孔与浅孔交替布置。顶部深孔3 m, 浅孔2 m;帮部深孔2.5 m, 浅孔2 m。注浆施工顺序:先深孔后浅孔, 由外向里循环进行。

(3) 注浆压力的确定。

根据围岩的地质条件及现场实际情况, 经计算, 确定注浆终压为6 MPa。

(4) 注浆工艺。

在工作面用煤电钻或风钻打眼, 通过注浆钻杆向冒落区注浆。布孔原则为两帮各3根、拱顶部布置9根, 共计15根注浆管。深孔与浅孔交替布置, 浆液初凝时间控制在10～30 s、终凝时间在50～60 s。利用化学浆液充填, 固结破碎岩体, 提高围岩的整体性, 发挥煤岩体自身的承载能力, 保持围岩稳定及围岩的应力平衡。浆液经高压渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结, 形成具有良好韧性和黏结性的网络骨架结构, 可提高围岩的残余强度, 限制其破坏范围, 从而改善巷道施工状况。

(5) 注浆区段的确定。

施工地点确定在二横贯巷道内, 巷道每3 m段长为一个钻注及整修循环。即第1次注浆固结段长为3 m, 完成注浆后开始开挖, 挖够一架棚距后及时支护, 留下1 m已注浆段不开挖, 作为下一个循环的保护段。以此方法施工, 直至完成全部冒落段的整修。

6结语

化学加固篇7

唐山矿区位于开平煤田西北翼的西南端, 地层走向为北东、南西, 是我国华东华北地区的冶金与化工工业提炼焦煤的重要供煤基地。自1878年建矿以来, 经过130多年的采掘, 其开采中心已经逐步由东北部地区移向西南部的岳胥区。岳胥区具有大采深, 急倾斜等特点, 矿山地质条件变得非常复杂。其煤田地质构造、岩相组分、煤层及顶底板岩石物理、力学性质均发生变化, 造成了煤层开采条件的恶化、工作面产量降低。

为解决此问题, 本文提出了利用物理-化学加固方法对顶板岩层进行固化, 建立有效的作用于“煤层-顶板”岩体的固化工艺体系。其中, 列述了有关工艺方法, 并对矿体注浆的措施及参数选择提出了建议。

1 树脂浆液选择的基本要求及原则

1.1

浆液是一种结构液体, 液体特性基本决定了注浆工艺、渗入矿体

的深度及岩体加固质量, 因此, 把浆液的物理化学性质看成是所研究课题的工艺和强度特性的必要保证。

在工艺方面, 所研究的浆液特性应能保证使用普通注浆设备和批量生产的检测仪器, 以及所需的渗透性能和注浆设备工作的可靠性 (无事故) 。

1.2 应用浆液加固岩体强度特征要求

采用水泥浆液时, 应能实际消耗或大大减少厚煤层开采时上分层岩层冒顶事故, 也就是通过不规则的往已冒落岩石内注水泥浆, 形成下分层人工假顶, 这点对煤田西部尤为有效。因为那个地区密布着小的地质断层网, 它往往将岩石挤落到老塘里。考虑到机械化采煤机组对顶底板岩层的比压, 水泥浆液试块抗压下限取25-30Kmpa, 也就是不低于压碎底板岩层面的容许强度。

对化学浆液加固的矿体质量 (强度) 要求如下:应当认为决定薄松软岩层顶板是否加固的指标不是试块的抗压强度, 而是粘结面的抗拉强度。一般认为该矿井顶板强度低的主要原因是由于各分层之间粘结力不够, 产生离层而造成的, 采用化学注浆可以大大提高岩体的抗压强度, 因为大多数岩体本身的这项指标高于粘结化合物的强度。因此对多层松软顶板岩石体作用的主要效果是提高分层之间的结合力, 这种力能够维持距工作面1.2米 (一般到第一排液压支架) 以内的顶部岩石不产生离层。这样在煤层上方形成组合岩梁。根据理论分析, 这种岩梁比同等厚度的整体岩梁具有更大的强度。这种梁是整体承载结构。在该结构中, 固化树脂起着必需的横向联结作用 (垂直于层面) , 应该特别指出, 组合梁是非静力承载结构, 而是随着时间的推移, 承载能力有一定的变化, 因此, 在理解顶板加固机理方面, 时间因素起着重大的作用。尤其组合梁形成时刻和组合梁工作的必需时间, 在很大程度上决定了结构强度。例如, 如果注浆不及时, 这时分层裂隙发展很快。当粘结化合物的厚度增加时岩层粘结强度下降, 加固作用根本表现不出来。如果, 已加固的顶板需要工作很长时间, 也就是当顶板的自由跨度很大时, 由于不可避免地产生了离层, 就失去了加固的作用。

因此, 提出了具体任务:通过顶板及工作面煤壁化学注浆所达到的加固, 至少应该保证第一排立柱内的下分层的稳定。这意味着当综合机械化工作面最低月进为60米时, 已经加固的顶板在12小时内 (不少于) 应该保持稳定。同时, 最好在顶层岩石开始离层之前往岩体内注浆。

井下实验表明, 通过炮眼或长钻孔注浆约需5~10min到5h。因此所用浆液的活动性应足以防止浆液在注浆泵及管内凝固。研究和选择混合液体的特征与成分时, 要同时考虑上述特点及对化学浆液的要求。

再一点, 为加固采煤工作面顶板及大规模进行加固注浆, 合成树脂中最为常用的是聚氨酯, 它在井下使用无毒。在正常温度下, 在含水层中能够凝固, 材料不稀缺。根据提出的任务, 在实验条件下研究了国产的聚氨酯树脂浆液。以甲醛树脂为基础的浆液包含树脂本身、固化剂和水。根据需要还含有稳定剂和增塑剂。

1.3 考虑到井下注浆的特点, 对浆液特性的具体要求如下

树脂浆液的粘度不宜过高, 向岩体内的渗透能力要高。浆液的活动力 (由往浆液内加固化剂到胶凝时间) 应为0.1-5h, 也就是在注浆结束前足以将浆液送入钻孔或炮眼内而不发生固化。

活动力和凝固时间 (浆液由液体过渡到凝固状态所需时间) 根据回采工作面进度选定, 一般在钻孔预注浆时, 不超过1昼夜, 而通过炮眼注浆时为5-10min以上。

2 岩体“煤层-顶板”物理-化学加固的工艺方法

在每一具体场合, 岩体加固工艺方式, 注浆方法是根据矿山地质条件及需要加固地段的矿山技术因素确定的。为适应上述条件, 选择钻孔、封孔及注浆设备。

岩石与煤的岩石学及煤岩组分, 它们物理-化学性质, 地质构造、裂隙, 岩体层理, 煤层厚度及倾角, 属于自然因素。工艺因素包括:工作面长度及推行速度, 煤层采高, 允许的空顶宽度和面积, 煤层顶板的护顶煤皮厚度。

2.1 根据上述, 制定与核准了七种顶板岩石与回采感冒煤壁加固注浆钻孔 (炮眼) 的基本布置方式

第一种, 由轨道和运输顺槽钻孔, 此时, 每对钻孔总长度大于工作面长度, 以便造成“重叠带”, 而所打的钻孔纵向轴心互不重合。用化学注浆或水泥浆法加固裂隙发育易冒落、岩石粘着很差的伪顶时, 可采用这种方式。

该方式的优点为:1钻孔长度相对较短, 这样的长度是最好的, 可避免定向钻进的复杂性。2为加固工作面中部最不稳定的顶板创造了条件;3由于是两台设备同时进行工作, 缩短了钻孔注浆时间;4顶板岩石赋存不稳定时, 减少了钻孔偏斜的可能性;5在工作面较长时有可能采用这种方式。

第二种, 从运输顺槽或轨道顺槽钻孔。在工作面长度较短 (40-50米) 和岩石赋存稳定时建议采用这种方式。

第三种方式与第二种不一样。这种方式可用在巷道两帮的松软及半破碎岩石内。在两帮内钻孔封孔有困难或实际难以实现时也可以用此法。因此这种方法是以0.490332-0.980665kmpa低压经5米钻孔依次注入凝浆液加固巷道两帮, 在巷道两帮形成加固带, 从而能在以后经受长钻机, 以2.942-4.9035kmpa的工作压力进行正常注浆。

第四种方式的特点是考虑顶板岩石裂缝呈伪倾斜方向, 钻孔与工作面呈一定角度斜交布置。同时, 钻孔垂直于裂隙主方向, 使顶板加固效果最好。可以从运输顺槽或轨道顺槽或自双向打孔。

第五种方式与第四种方式的区别在于预先加固巷道两帮。

按照第六种方式选择钻孔方向时, 考虑了便于向破碎带内注浆, 同时从破碎带的邻近顺槽处打眼。

第七种方式是直接向工作面打短眼, 向松软破碎的顶部岩石及工作面煤壁内注浆加固。同时, 为了避免在工作面内造成不必要的停产, 建议打眼及注浆工作在检修安装班进行。

第七种方式在需进行工作面顶板和煤壁局部 (与工作面垂直或呈大角度的小断层, 工作面与顺槽联结处加固煤挤出严重) 加固尤为有效。

2.2 根据注入量和加固岩体的浆液凝结及硬化时间的不同, 可采用以下注浆方法

第一种, 在注入开始前, 所有的组分 (树脂、催化剂、固化剂) 均在同一容器内搅拌;

第二种方法是所有组分在注入过程中搅拌, 当注入量大, 浆液需快速凝结时, 第一种是无效果或是不可能的;

第二种方法是万能的, 实际所有场合都用这种方法。井下试验中, 对各种方案的有效性及可靠性均进行了验证。

3 结论

化学加固篇8

据不完全统计, 我国铁路每年因洪水冲刷浅基桥而中断行车的灾害平均约为数十次, 造成列车脱线、颠覆、人员伤亡的事也时有发生。1958年黄河特大洪水将郑州黄河大桥桥墩冲毁, 使京广铁路中断行车10d;1963年河北省特大暴雨冲毁桥梁209座, 使京广、津浦、石德、石太等铁路线中断行车达98d;1975年河南省特大暴雨, 数十座桥梁遭破坏, 使京广铁路中断行车达数十天之久。洪水对河床冲刷严重, 导致桥梁倒塌, 不但严重影响铁路运输生产和国家建设, 而且造成铁路固定资产巨大的经济损失, 以及带来不少人员伤亡。

1 工程概况

河茂线罗江桥位于米山至化州站区间, 中心里程K37+975.93, 桥梁全长319.20m, 由24m×4+32m×2+24m×6上承式钢板梁组成;桥墩式样为圆端形, 桥墩基础均采用沉井基础。

罗江桥为Ⅶ级航道, 河面净宽约218m, 水深约8~10m, 最低通航水位为7.44m。

2009年11月, 南宁铁路局工务检测所按照工务处下达的工作计划, 对该桥4孔、5孔、6孔梁和3#、4#、5#墩进行了横向振动测试。测试结果表明:

(1) 桥墩:3#桥墩墩顶横向振幅没有超限;4#、5#墩顶横向振幅超限;

(2) 梁部:第4孔梁跨中横向自振频率满足《铁路桥梁检定规范》的要求, 第5、6孔梁跨中横向自振频率不满足《铁路桥梁检定规范》的要求[1]。

2011年8月2日至5日, 工务检测所会同玉林工务段对该桥进行了详细测量, 结果表明:理论线路中心线与钢梁中心线和理论线路中心线与钢轨中心线都存在较大的偏移 (见图1、图2) 。

从上图中可以看出, 线梁偏心距最大达65mm;线轨最大偏距达93mm。桥墩偏移明显, 桥上线路呈“S”形, 桥梁处于十分危险的状态。

2011年8月16日, 南宁铁路局工务处向铁路局局领导递交了《关于河茂线罗江桥浅基病害异常严重急需整治的请示》, 随后铁路局局领导将罗江桥纳入紧急抢险工程。

2 桥梁病害原因分析

2.1 采砂和河床冲刷

据有关单位反应, 罗江桥上下游因常年采砂, 桥址处河床面已与建桥时发生了很大改变。据2011年3月18日实测资料, 对比建桥时的地面线, 位于主河槽断面内的4#~10#桥墩冲刷深度最大值约8.3m, 冲刷深度最小值约3.8m。其中位于河槽中心处的7#、8#桥墩基底埋深仅为3.0m和4.8m。

桥墩基础冲刷深度见图3。

2.2 地质因素

根据2011年12月《河茂线罗江桥浅基病害整治工程工程地质勘察报告 (定测勘察) 》, 桥墩基底位于粗砂层, 该层为灰白色, 中密~密实, 饱和, 砂粒成分主要为长石、石英, 其中石英含量较高。含有少量石英质圆砾, 粒径5~10mm, 基本承载力σ0=250kPa, 岩土施工工程分级为Ⅲ级硬土。

地层揭示表明, 该桥桥墩基底土层承载力偏低, 且容易被洪水掏蚀后带走。

3 整治方案[2,3]

3.1 整治方案的提出

工务部门曾多次组织专家现场考察, 结合桥址处的地形、地貌以及地质情况, 经多方论证结果认为, 化学灌浆加固纠偏具有技术安全、风险低、投资省、施工周期短, 以及对行车干扰小等优点, 是解决罗江桥浅基病害的有效手段。

3.2 双液注浆的基本原理及整治思路

化学灌浆是以水泥、水玻璃为主剂, 将两者按一定的比例配制成浆液, 经专用压送设备将其注入地层, 在压力作用下对地层进行充填、渗透、挤密或劈裂, 浆液经胶凝或固化后, 达到加固地层的目的的一种施工工艺。

由于桥墩位于罗江河河道中, 河道水深约8~10m, 基础四周及基底多为粗砂, 属散体材料。采用化学灌浆能够很好地填充土层中的间隙并在较短的时间里将粗砂土层与水泥浆液胶结在一起, 形成坚硬密实的复合地基, 使基底土承载力大幅提高, 并且, 在墩周围形成的复合地基可以构成防水帷幕, 使得在基底注浆时可以很好地利用浆液上窜的力量将桥墩定向抬高, 从而起到纠偏的作用。

3.3 整治具体实施步骤及方法

化学灌浆加固纠偏的具体施工步骤及方法如下。

1) 施工前需协调有关部门, 利用下游水坝放水使河内水面标高不高于施工水位8.95m。

2) 从桥梁河唇端修建施工便道至河岸处, 然后搭设5m宽的施工栈桥至第7#桥墩。同时从茂名端修建施工便道至河岸处, 然后搭设施工栈桥至8#桥墩。栈桥依次搭设至4#、5#、6#桥墩时, 同时搭设各墩周栈桥, 可同时完成4~6#、10~8#桥墩周栈桥搭设, 而7#墩墩周栈桥的搭设需待8#桥墩施工完毕拆除栈桥后才能搭设, 以免对通航造成太大影响。

3) 墩周栈桥搭设完成后, 依次在各墩四周插打钢板桩围堰至全风化岩层面以下1.0m, 桩顶高出施工水位2.0m, 即10.95m设计。

4) 在钢板桩围堰与沉井基础间填充砂夹碎石至5.54m, 再用普通土填筑至钢板桩围堰顶, 标高为10.95m。

5) 施工帷幕注浆孔:在各桥墩四周布设3排钻孔, 钻孔直径75mm, 按梅花形布设, 间距为1.0m, 钻孔孔底要求进入强风化岩层不小于2m。ÁÃÄÃÂÄÂÃÁÂÃÄÅÆÁÂÃÄÅÆÆÇ

6) 钢制袖阀管ÁÁ安ÂÃÂÄ设就位后采用高压灌注水泥水玻璃化学浆液, 使土体与浆液在墩周围形成结实密不透水的帷幕。

7) 地基加固及纠偏注浆:在桥墩基础顶面四周布设一排φ48mm钢制袖阀管。横桥向墩顶两端间距为1.0m, 为竖直注浆孔;顺桥向墩顶两侧按0.5m间距交错布置垂直孔和斜孔, 对基础底地基进行加固的同时对桥墩进行纠偏, 注浆孔底要求至全风化岩面以下不小于0.5m。

3.4 施工过程中墩顶位移及高程控制措施

为了不影响行车, 注浆过程中一个非常重要的环节就是随时观测墩顶位移及高程的变化。在罗江桥浅基整治过程中, 采用以下措施加以控制:

1) 将帷幕注浆压力控制在2.5MPa以内, 将基底注浆压力控制在1.5MPa以内, 此压力值持续时间不得超过5min;

2) 在梁体外侧布置激光监控报警系统, 若梁横向位移变化值超过5mm, 则立刻报警并停止施工;

3) 在每个墩顶上布置四个高程控制点, 注浆过程中每5min测量一次, 非注浆时段每天上午和下午各测量2次;

4) 在细透明胶管内灌入一定量的水, 将其固定在墩顶帽上, 管两端各立一钢尺, 注浆过程中时刻注意水柱高度的变化, 若变化大于5mm, 则立刻停止施工并分析原因。

4 整治前后对比分析