邊坡層狀巖體中的錨管注漿試驗(yàn)及研究

徐曉峰

注漿技術(shù)是工程建設(shè)中地質(zhì)改良的重要手段。自1802年,法國(guó)土木工程師查理斯?貝里格尼(Charles Berigny)第一次將注漿技術(shù)應(yīng)用于修復(fù)被水流侵蝕的擋潮閘的礫土地基取得巨大突破開(kāi)始,隨后注漿技術(shù)就被許多西方國(guó)家廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程,水壩及礦山工程中;同時(shí),隨著注漿技術(shù)的廣泛應(yīng)用,注漿材料及施工技術(shù)得到了較大的發(fā)展,注漿材料從最早的石灰和黏土、水泥,發(fā)展到水泥—水玻璃漿液等各種化學(xué)漿液[1]。近年來(lái),隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的發(fā)展,公路建設(shè)的范圍也由城市轉(zhuǎn)向了山區(qū),其中如何處理不良地質(zhì)現(xiàn)象在巖土工程中顯得尤為突出,而應(yīng)用注漿技術(shù)不僅可以有效的加固不良地質(zhì)現(xiàn)象,而且在邊坡防護(hù)及隧道支護(hù)工程中也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值[2]。本文對(duì)湖南省內(nèi)的張常高速公路其K129段一巖石邊坡的不良地質(zhì)現(xiàn)象,巖體加固采用注漿方案及注漿中漿液在該規(guī)則巖層中的擴(kuò)散特點(diǎn)進(jìn)行研究。

1 注漿試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的工程地質(zhì)及水文概況

K129段巖石邊坡為順向坡,從巖性上看基本由灰?guī)r和部分砂巖組成,巖層呈單斜構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀為:走向?yàn)?0°～60°,傾向?yàn)?310°～ 330°,傾角在 38°～ 46°之間,其走向與路線(xiàn)方向,傾向與坡向基本一致。巖層厚度為0.5 m～1.5 m,層間隙面光滑,有少量黏土質(zhì)或巖屑充填,隙寬1 mm～2 mm。邊坡表層發(fā)育著的節(jié)理主要有兩組,其產(chǎn)狀分別為:走向 75°,傾向 SE,傾角 60°～ 70°;走向350°、傾向SW,傾角 70°～75°,呈X 形組合,前者隙面粗糙,隙寬1 mm～2 mm,無(wú)充填物,具微張?zhí)卣?后者隙面光滑,隙寬2 mm～4 mm,黏土充填,延伸距離大于前者,延伸長(zhǎng)在幾米到幾十米之間,但經(jīng)坡面開(kāi)挖揭露發(fā)現(xiàn),局部由于爆破或削坡作用出現(xiàn)大裂隙。

2 錨管注漿試驗(yàn)研究

2.1 主要的儀器設(shè)備

主要的設(shè)備有:YT-24型鉆機(jī)1臺(tái);BWT-8Y液壓注漿泵1臺(tái),

其最大輸出壓力為8 MPa;壓力表兩個(gè),其最大量程為0 MPa～

4 MPa;立式水泥攪拌機(jī)1臺(tái),其攪漿能力為167 L/min～250 L/min;水泥漿輸送和回漿管各一根;自制鋼接頭一個(gè);JMDL-2110A智能數(shù)碼位移計(jì)一個(gè)。

2.2 注漿試驗(yàn)工藝

首先搭好施工平臺(tái),然后采用YT-24鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆進(jìn),開(kāi)孔直徑為40 mm,孔深為4 m～6 m,水平角為20°,孔隙偏差按規(guī)定不超過(guò)1%,其孔位布置圖如圖1所示。

2.3 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)流程見(jiàn)圖2。

2.4 注漿中注漿壓力的控制方法

在進(jìn)漿管、回漿管及注漿錨管之間有一自制鋼接頭連接,上面附有壓力表和兩個(gè)流量控制開(kāi)關(guān),一個(gè)控制進(jìn)漿管的流量,一個(gè)控制回漿管的流量。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)流量的大小達(dá)到調(diào)節(jié)壓力的目的。

2.5 注漿中地表位移監(jiān)測(cè)及注入率的確定方法

事先將觀察孔打入地層8 m深(比注漿孔要深),在孔中插入長(zhǎng)鐵管(10 m),將鐵管下半部固緊以作為不動(dòng)點(diǎn),然后在鐵管露出坡面部分安一根橫向鋼管,橫向鋼管升到注漿孔位置附近,再安裝JMDL2110智能數(shù)碼位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè),防止巖層發(fā)生過(guò)大的抬動(dòng)。注入率的確定方法:每1 min測(cè)量漿液攪拌機(jī)(雙層:上層攪漿,下層可以?xún)?chǔ)漿)中液面下降的高度1次,再由液面下降的高度乘以圓形攪拌機(jī)截面積得到每分鐘的注入量即注入率。

2.6 注漿實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖3～圖5是注漿中得出的一系列關(guān)系:

1)從圖3和圖4可以看到,圖5中由于其裂隙和其中存在黏土質(zhì)或其他充填物形成了封閉空間,隨著注入量的不斷增加,其漿液在有限空間中的填滿(mǎn),其注入難度會(huì)不斷增大,而其可提供的最大注入壓力不能超越臨界擴(kuò)散壓力,所以造成注入率同注漿壓力呈下降趨勢(shì),而圖中看出恰好有明顯的反比關(guān)系;同樣在圖4中可以看到同一注漿壓力下,其注入率隨時(shí)間呈明顯的線(xiàn)性減小。在圖5中可以看到在注漿壓力達(dá)到1.7 MPa時(shí),注入率和壓力突然發(fā)生變化(智能位移計(jì)沒(méi)有大的變化),注入率增大,而注漿壓力減小,這主要是由于較高的注漿壓力劈開(kāi)裂隙形成新的滲流通道所致[3]。

2)注漿擴(kuò)散范圍具有不規(guī)則性:由于巖石層理間裂隙中存在不同的充填情況,而造成水泥漿在擴(kuò)散過(guò)程中各個(gè)方向遇到不同阻力從而出現(xiàn)擴(kuò)散的不規(guī)則性。在實(shí)驗(yàn)一區(qū)I4孔注漿中,中間檢查孔沒(méi)有出現(xiàn)冒漿,而在與I4孔相隔4 m的地方一表面裂隙中出現(xiàn)大的冒漿。從表面裂隙滲出的水泥漿進(jìn)行封堵情況中發(fā)現(xiàn),水泥漿并沒(méi)有沿著其孔周?chē)乃辛严哆M(jìn)行滲透,還有部分裂隙中沒(méi)有水泥漿進(jìn)入,因此在沒(méi)有考慮巖體裂隙充填情況下,根據(jù)孔周?chē)牧严斗植疾捎妹商乜宸ǘ@得巖體裂隙注漿過(guò)程模擬還是具有較大的不準(zhǔn)確性。

I5,I6,I7由于其孔周?chē)赡苡錾洗蟮牧严稁Ф霈F(xiàn)開(kāi)始時(shí)注漿壓力為0,水泥漿液直往注漿錨管中進(jìn)漿,回漿管中沒(méi)有流出,其注入率一直保持在40 L/min左右,經(jīng)采取減小水灰比的辦法沒(méi)有獲得效果,最后采取讓其間歇一段時(shí)間再用水泥灌注水泥砂漿的辦法獲得解決。

3 結(jié)語(yǔ)

1)在注漿中,雖然注漿壓力的增大其注入率在不斷下降,但其注入量一直在不斷增加;同時(shí)注漿壓力的提高,可以為消除擴(kuò)散空間的封閉性進(jìn)一步增大擴(kuò)散范圍和相應(yīng)的提高注入量,從而達(dá)到更好的注漿效果作準(zhǔn)備。2)介質(zhì)充填物的存在對(duì)漿液在巖體中的滲流規(guī)律有很大的影響,因此在模擬巖體裂隙注漿時(shí),不僅要調(diào)查巖體中的節(jié)理裂隙規(guī)律,還要對(duì)其中的充填情況作進(jìn)一步的調(diào)查。3)由于注漿中,水泥漿從表面裂隙中滲出,影響注漿壓力的進(jìn)一步提高,因此需要在注漿前,在表面上噴射一層混凝土進(jìn)行處理,以獲得更好的擴(kuò)散效果。

[1] 廖樹(shù)鐘,鄭志鐘.注漿技術(shù)在隧道圍巖中的應(yīng)用[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2001,20(2):103-105.

[2] 中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖石錨固與注漿技術(shù)專(zhuān)業(yè)編委會(huì).錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社,1999.

[3] 楊米加.裂隙巖體注漿滲流規(guī)律[J].水利學(xué)報(bào),2001(7):41-46.