CN103174147B - 一种变态混凝土注浆扩散施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变态混凝土施工中注浆扩散施工方法。采用插入式注浆方法对变态混凝土注浆扩散，包括确定或测定孔隙率e、平均颗粒直径D_p、密度ρ、粘度μ_g、确定注浆管半径r₀；初选注浆压力△p、注浆时间t；将上述参数用公式1和公式2计算并调整注浆压力△p或/和注浆时间t至与实际间距L符合并进行注浆。本发明根据现场混凝土拌合物性质确定各参数后，根据注浆扩散半径要求调整其他参数，施工不受到浆液流型的限制；根据实际工程检验，在变态混凝土施工中注浆扩散均匀性好，施工各参数获取容易、施工效率更高，满足注浆扩散施工质量要求，该方法不仅能够指导注浆设备中注浆装置和控制系统的设计和优化，还能对注浆工艺进行优化。

Description

一种变态混凝土注浆扩散施工方法

技术领域

本发明属于混凝土施工技术领域，尤其属于混凝土注浆施工技术领域，特别涉及混凝土注浆施工中控制确定注浆扩散渗透半径的方法。

背景技术

变态混凝土施工是在碾压混凝土拌合物基础上进行，以提高防渗性能和解决一些部位的碾压混凝土不能采用振动碾碾压的问题。目前的注浆施工方法主要有两种：一种方法是直接将计量准确的浆液均匀地洒在摊铺好的碾压混凝土拌合物上，这种方法多用于围堰等高度稍低的临时水工建筑物工程中。另一种方法是在摊铺好的碾压混凝土料上面，均匀地垂直造孔或挖沟槽，然后直接用工具将计量准确的浆液均匀地洒在其表面及孔槽中。两种方式均不能保证浆液渗透的均匀性，且施工效率低。解决注浆均匀性问题的一种方法是采用插入式注浆设备，插入式注浆需要知道浆液渗透的扩散半径，然而目前变态混凝土施工中的扩散半径没有好的方法确定。

发明内容

本发明根据现有技术的不足公开了一种变态混凝土施工中注浆扩散施工方法。本发明通过实验并结合实际工程，提出了在变态混凝土施工中注浆扩散均匀性好，施工各参数获取容易、施工效率更高的适用于插入式注浆的施工方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种变态混凝土注浆扩散施工方法，其特征是包括以下工艺步骤：

(1)、采用插入式注浆方法对变态混凝土注浆扩散。

先将若干底部带灌浆小孔的空心注浆头插入变态混凝土施工层内，通过一定压力△p分别向注浆头内定量注入浆液，浆液在压力△p和重力作用下迅速扩散。其中，注浆头间距L由浆液的扩散半径r₁决定，而浆液的扩散半径r₁与注浆压力△p、注浆时间t和碾压混凝土拌合物孔隙率e、平均颗粒直径D_p、注浆管半径r₀、以及变态混凝土浆液密度ρ和粘度μ_g有关。

(2)、根据碾压混凝土拌合物特性，确定或测定孔隙率e、平均颗粒直径D_p；根据变态混凝土浆液特性，确定或测定密度ρ和粘度μ_g；确定注浆管半径r₀。

上述注浆扩散施工方法中，孔隙率e和平均颗粒直径D_p由施工前的碾压混凝土拌合物的性质决定。多孔介质的孔隙率e，也称孔隙度，是指多孔介质孔隙的体积与多孔介质总体积之比。变态混凝土的孔隙率e和平均颗粒直径D_p与碾压混凝土的级配和配合比有关，其中孔隙率e还与颗粒的组成、不均匀系数和排列形状等有关。孔隙率e是混凝土拌合物的固有特性，不同混凝土拌合物有不同的孔隙率e，可根据碾压混凝土拌合物特性确定或测定；平均颗粒直径D_p也是混凝土拌合物的固有特性，不同混凝土拌合物有不同的平均颗粒直径D_p同样可根据碾压混凝土拌合物特性确定或测定。

上述注浆扩散施工方法中，浆液密度ρ和粘度μ_g取决于变态混凝土浆液的组成成分及水灰比，密度ρ和粘度μ_g是需要灌注浆液的特性，可以通过成分改变、配制方法调整，不同的变态混凝土浆液有不同的密度ρ和粘度μ_g，可根据变态混凝土浆液特性确定或测定密度ρ和粘度μ_g。

注浆管半径r₀是灌注设备的参数，可根据需要在设备允许的范围内调整，可通过设备参数获得或定制确定，注浆管半径r₀取决于注浆管结构强度、插入凝土阻力和浆液流速等。

(3)、初选注浆压力△p、注浆时间t。

(4)、将上述参数用公式1：

r₁＝39.2911·△p^0.185·t^0.494·e^0.226·D_p ^0.272r₀ ^0.903·ρ^-0.554μ_g ^-0.016计算出初选扩散半径r₁；

根据公式2：L₀＝1.4r₁+2r₀，计算注浆管间距L₀。

(5)、比较注浆管计算间距L₀与注浆管实际间距L：计算间距L₀与实际间距L不同，调整实际注浆管间距为L₀；

或，当实际间距L小于计算间距L₀时，注浆时间t不变，降低注浆压力△p，将注浆压力△p降低后，再次用公式1和公式2计算注浆管间距L₀至与实际间距L符合；

或，当实际间距L大于计算间距L₀时，注浆压力△p不变，增加注浆时间t，将注浆时间t增加后，再次用公式1和公式2计算注浆管间距L₀至与实际间距L符合。

(6)、采用步骤(5)确定的注浆管间距L、注浆压力△p和注浆时间t进行注浆扩散施工。

上述方法中，在确定注浆压力△p、注浆时间t和碾压混凝土拌合物孔隙率e、平均颗粒直径D_p、注浆管半径r₀、以及变态混凝土浆液密度ρ和粘度μ_g后计算得到的扩散半径r₁是指：在所述确定的各参数条件下进行插入式注浆浆液的扩散半径，其基本要求是相邻灌浆孔之间全覆盖扩散，故注浆管间距L₀计算值应不小于设备初选的注浆管实际间距L，本发明通过初选和预算方式调整确定注浆管实际间距L、注浆压力△p或注浆时间t、还可以调整注浆管半径r₀实现准确注浆施工，提高效率，保证质量。

本发明变态混凝土施工中注浆扩散施工方法的突出特点是：

1.施工方法采用各参数关系计算式适合于变态混凝土施工，解决目前施工中理论缺乏等问题。所用计算式计算简单，各参数容易获得。

2.根据现场混凝土拌合物性质确定各参数后，施工方法根据注浆扩散半径r₁要求调整其他参数，施工不受到浆液流型的限制。

4.根据实际工程检验，在变态混凝土施工中注浆扩散均匀性好，施工各参数获取容易、施工效率更高，该方法不仅能够指导注浆设备中注浆装置和控制系统的设计和优化，还能对注浆工艺进行优化。

附图说明

图1是本发明施工方法流程示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行进一步的描述，本实施例只用于对本发明进行进一步的说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员可以根据上述内容作出一些非本质的改进和调整属于本发明保护的范围。

结合图1。

变态混凝土注浆扩散施工方法，包括以下工艺步骤：

(1)采用插入式注浆方法对变态混凝土注浆扩散。即先将若干底部带许多小孔的空心注浆头插入变态混凝土施工层内，再通过一定压力△p分别向注浆头内定量注入浆液，浆液在压力△p和重力作用下迅速扩散。其中，注浆头间距由浆液的扩散半径决定，而浆液的扩散半径与注浆压力△p、注浆时间t和碾压混凝土拌合物孔隙率e、平均颗粒直径D_p、注浆管半径r₀、以及变态混凝土浆液密度ρ和粘度μ_g有关。

(2)设注浆管半径r₀一定，注浆管半径r₀取决于其结构强度、插入凝土阻力和浆液流速等。注浆前，先根据碾压混凝土拌合物特性确定或测定孔隙率e、平均颗粒直径D_p，根据变态混凝土浆液特性确定或测定密度ρ和粘度μ_g；

(3)再根据施工进度、注浆管半径r₀和浆液流速，初选确定注浆时间t和注浆压力△p。

(4)将上述参数代入r₁＝39.2911·△p^0.185·t^0.494·e^0.226·D_p ^0.272r₀ ^0.903·ρ^-0.554μ_g ^-0.016公式，计算出扩散半径r₁；再根据公式L₀＝1.4r₁+2r₀，计算注浆管间距L₀。

(5)若注浆管实际间距L与L₀不等，则需调整注浆管间距L。

或，注浆管间距固定(即L为常数)，当L小于L₀时，注浆时间t不变，适当降低注浆压力△p；当L大于L₀时，注浆压力△p不变，适当增加注浆时间t，但需施工进度要求。

(5)采用步骤(4)确定符合要求的注浆管间距L或注浆压力△p、注浆时间t进行注浆扩散施工。

本发明提供的变态混凝土施工中浆液渗透的扩散半径计算公式表示为：r₁＝39.2911·△p^0.185·t^0.494·e^0.226·D_p ^0.272r₀ ^0.903·ρ^-0.554μ_g ^-0.016，公式中，r₁为扩散半径，单位为m；△p为注浆压力，单位为MPa；t为注浆时间，单位为s；e为孔隙率，无量纲；D_p为平均颗粒直径，单位为m；r₀为注浆管半径，单位为m；ρ为浆液密度，单位为g/cm³；μ_g为浆液粘度，单位为Pa·s。

实施举例：

某变态混凝土施工中，浆液水灰比小于0.7，通过实验知：浆液平均密度为1.664g/cm³，浆液粘度为0.03Pa·s，碾压混凝土拌合物的孔隙率为0.3，碾压混凝土拌合物的平均颗粒直径为0.0125m。

采用注浆管孔径为d＝20mm，外径为48，悬臂长为748mm；每根注浆管承受的作用力为2.75kN；注浆头最大插入比压：P＝2750/(3.14×2.4×2.4)＝152.05(N/cm²)，远大于人工注浆(直径为100mm的造孔器，需用120kg力)所需比压3.82N/cm²。

而单根注浆管受弯矩：M＝2750×0.748＝2057Nm；注浆管截面特性：

$W=\frac{\mathrm{\π}}{32}(D^3-d^3)=\frac{\mathrm{\π}}{32}({0.048}^3-{0.020}^3)=9.76\×{10}^{-6}{m}^3$

注浆管弯曲应力：

$\mathrm{\σ}=\frac{M}{W}=210.8\mathrm{MPa}$

小于Q345钢的许用弯曲正应力[σ]＝230MPa。

且剪切强度小于Q345钢的许用剪切应力[σ]＝135MPa；挤压强度小于Q345钢的许用剪切应力[σ]＝170MPa

注浆管半径r₀取0.01m。

设施工块长1.5米×宽0.5米×深0.3米，注浆比为5％，每次注浆在10s内输送完成，则浆液流量为：

Q＝V/T＝1.5×0.5×0.3×0.05/10＝0.001125(m³/s)

＝4.05(m³/h)

采用8根注浆管进行注浆，8根注浆管设置为平行两排，每排4根，每根注浆管与相邻注浆管距离相同，则每根注浆管流量为：0.50625(m³/h)，流速为：0.45m³/s。

根据施工进度要求和浆液流速(流量)要求，确定注浆时间t和注浆压力△p分别为10s和0.2MPa。

将上述参数代入公式，浆液扩散半径计算如下：

r₁＝39.2911·△p^0.185·t^0.494·e^0.226·D_p ^0.272r₀ ^0.903·ρ^-0.554μ_g ^-0.016

＝39.2911×0.2^0.185×10^0.494×0.3^0.226×0.0125^0.272×0.01^0.903×1.664^-0.554×0.03^-0.016

＝0.262m

注浆管间距L₀＝1.4r₁+2r₀＝386.8mm，取L₀＝375mm设置注浆管。

因此，注浆在上述确定条件下进行。

经检测注浆后各质量指标符合要求。

Claims (1)

1.一种变态混凝土注浆扩散施工方法，其特征是包括以下工艺步骤：

(1)、采用插入式注浆方法对变态混凝土注浆扩散；

(2)、根据碾压混凝土拌合物特性确定或测定孔隙率e、平均颗粒直径D_p，根据变态混凝土浆液特性确定或测定密度ρ和粘度μ_g；确定注浆管半径r₀；

(3)、初选注浆压力△p、注浆时间t；

(4)、将上述参数用公式1：

r₁＝39.2911·△p^0.185·t^0.494·e^0.226·D_p ^0.272r₀ ^0.903·ρ^-0.554μ_g ^-0.016计算出初选扩散半径r₁；

根据公式2：L₀＝1.4r₁+2r₀，计算注浆管间距L₀；

(5)、比较注浆管计算间距L₀与注浆管实际间距L：计算间距L₀与实际间距L不同，调整实际注浆管间距为L₀；

或，当实际间距L小于计算间距L₀时，注浆时间t不变，降低注浆压力△p，将注浆压力△p降低后，再次用公式1和公式2计算注浆管间距L₀至与实际间距L符合；

或，当实际间距L大于计算间距L₀时，注浆压力△p不变，增加注浆时间t，将注浆时间t增加后，再次用公式1和公式2计算注浆管间距L₀至与实际间距L符合；

(6)、采用步骤(5)确定的注浆管实际间距L、注浆压力△p和注浆时间t进行注浆扩散施工；

上述各参数的单位是：平均颗粒直径D_p、单位为m，密度ρ、单位为g/cm³，粘度μ_g、单位为Pa·s，注浆管半径r₀、单位为m，注浆压力△p、单位为MPa，注浆时间t、单位为s，初选扩散半径r₁、单位为m，注浆管间距L₀、单位为mm，注浆管实际间距L、单位为mm。