CN103926377A - 一种阀管注浆模型试验装置及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀管注浆模型试验装置，包括模型槽和在模型槽内进行注浆的阀管注浆系统，所述模型槽包括由三面带底部支撑的竖向钢板连接围成半包围结构，一侧的开口用于向半包围结构中填土，三块竖向钢板下端和底部支撑焊接为一个整体；所述底部支撑预留螺栓孔，通过膨胀螺栓锚固在混凝土地面中；所述阀管注浆系统包括用于储料的钢筒，所述钢筒的底部与进浆装置相连通，上部与出浆装置相连通，一个侧面上设有能够是钢筒内保持恒定压力的恒压装置。本发明还公开了以利用该模型试验装置的试验方法。本发明通过阀管注浆室内模型试验，可用于研究不同工况下浆液的扩散规律。该装置可应用于多种注浆液体及填筑类型的阀管注浆室内模拟试验、研究。

Description

一种阀管注浆模型试验装置及其试验方法

技术领域

本发明属于道路工程技术，尤其是一种阀管注浆模型试验装置及其试验方法。 

背景技术

近年来，随着道路维修养护工作的不断进步和对新型道路维修加固技术方法的引进革新，针对路基路面结构强度或稳定性不足引起的道路病害，出现多种适应性强、加固效果明显的技术措施，阀管注浆技术就是其中一种。阀管注浆是在浆液经过注浆泵加压后，通过连通管进入注浆管，聚集到阀管注浆管段，然后通过阀管将加压的浆液注入地层结构，浆液在土体中形成固结体，从而达到增加地层强度、降低地层渗透性的目的。由于阀管注浆技术发展和应用时间较短，理论研究工作严重滞后，难以科学合理的指导设计、施工和评价工作，导致使用过程中存在明显的操作混乱和资源浪费现象。模型试验可以指导技术人员根据不同土质合理确定注浆压力、注浆量。同时可以很方便地进行注浆后土体开挖，确定注浆半径，相对于施工现场试验更经济简便。目前还没有相应的试验装置及方法。 

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种阀管注浆模型试验装置及其试验方法，通过阀管注浆室内模型试验，可用于研究不同工况下浆液的扩散规律。该装置可应用于多种注浆液体及填筑类型的阀管注浆室内模拟试验、研究。 

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案： 

一种阀管注浆模型试验装置，包括模型槽和在模型槽内进行注浆的阀管注浆系统，所述模型槽包括由三面带底部支撑的竖向钢板连接围成半包围结构，一侧的开口用于向半包围结构中填土，三块竖向钢板下端和底部支撑焊接为一个整体；所述底部支撑预留螺栓孔，通过膨胀螺栓锚固在混凝土地面中； 

所述阀管注浆系统包括用于储料的钢筒，所述钢筒的底部与进浆装置相连通，上部与出浆装置相连通，一个侧面上设有能够使钢筒内保持恒定压力的恒压装置； 

所述进浆装置包括放置于电子秤上的用于盛放浆液的容器桶，容器桶经伸入到其内的进浆管道连通至钢筒，进浆管道上设有进浆逆止阀； 

所述出浆装置包括一端与钢筒上端出浆口连通的出浆管道，出浆管道另一端上设有多向接头，多向接头能够连接多个侧向带出浆孔的出浆管，所述出浆管道上设有出浆逆止阀和流量计； 

所述恒压装置包括支座，支座上设置有摇杆和活塞，活塞的活塞杆一端通过螺栓安装 并伸入到与钢筒加压口中，另一端与摇杆相连。 

所述钢筒上与恒压装置相对另一侧面上设有压力装置，所述压力装置包括通过螺栓和橡胶皮安装于钢筒监测口的储油器，储油器上连接有用于监测注浆压力的压力表。 

所述钢筒底部还设有清洗装置，所述清洗装置包括连通至钢筒内的清洗口，清洗口上设有清洗开关。 

所述竖向钢板带有刻度线。 

所述的竖向钢板用Q235钢板。 

所述进浆管道包括进浆软管和进浆钢管，进浆软管由橡胶管组成，一端插入容器桶内的浆液中，另一端通过进浆管箍和进浆钢管连接，进浆钢管通过螺栓与钢筒的进浆口连接，进浆钢管上设有用于阻止浆液回流的进浆逆止阀。 

所述出浆管道包括出浆软管、出浆钢管和出浆阀门，出浆软管一端通过螺栓与钢筒的出浆口相连，另一端通过出浆管箍与出浆钢管相连，出浆钢管设有出浆阀门，出浆软管上设有用于防止浆液回流的出浆逆止阀，出浆软管上设有用于控制流量的流量计，出浆钢管另一端设有多向接头。 

所述出浆管底部由螺帽封闭，出浆管上设有阀管开关，出浆管顶部与多向接头连接。 

一种利用阀管注浆模型试验装置的试验方法，步骤如下： 

1）、安装模型槽，首先用膨胀螺栓将模型槽的三块竖向钢板的底部支撑固定在混凝土地面上，将三块竖向钢板用螺栓连接成半包围结构，根据现场土体压实度进行模型路堤填筑，边坡坡比按现场路基坡比取值；每层填土高度控制在30cm；压实完成后在路基表面上覆一层防渗土工布，土工布上覆不少于30cm厚的粉土防止注浆时浆液上涌； 

2）、打孔下管，用铁锤将套管打入土中，入土深度不少于50cm，将侧向预留出浆孔的出浆管插入套管中，出浆孔按两排孔布置，拔出套管，出浆孔处需包裹一层滤纸，防止拔出套管后堵塞出浆孔，对出浆管附近扰动土体进行压实补强；按照不同间距一次性在土体中打多个孔，同时进行注浆； 

3）、配制浆液，根据具体施工设计要求按照水灰比配浆，水灰按重量比不宜大于1:0.8，以浆液流动性较好为宜； 

4）、阀管注浆； 

A.连接好阀管注浆系统，关闭出浆阀门、阀管开关和清洗开关，将配制好的浆液倒入容器桶中，并进行搅拌防止沉浆，手动来回拉压摇杆，浆液被吸入钢筒，当钢筒注满浆液后，压力表读数开始增加； 

（2）继续拉压摇杆至压力表读数达到预设压力；注浆压力控制在0.2MPa～0.4MPa；若 注浆压力为F，一次性在土体中打孔数为n，则压力表读数F_n=F*n； 

先打开每个阀管系统的阀管开关，然后打开出浆阀门，进行注浆；压力表读数有所下降，加快拉压摇杆，对压力进行补强，使压力表读数恢复至预设压力；注浆速率不宜大于0.03kg/s；当浆液从路基侧面涌出或电子秤时数不变时，停止拉压摇杆并关闭出浆阀门，等待3分钟后，拔出出浆管，防止浆液凝固； 

5）、清洗 

将进浆软管放入清水中，打开出浆阀门，拉压摇杆清理剩余浆液；停止拉压摇杆并打开清洗开关，将钢筒中的清水排净。 

本发明的有益效果是： 

（1）能够调整压实度、水灰比、出浆管数量、土质、注浆材料、出浆孔数量等，适用于不同工况下的阀管注浆加固模型试验。 

（2）通过多向开关可以连接多个阀管系统，一次性进行多孔注浆，节省成本，并可据此确定合适的注浆间距。 

（2）逆止阀可以防止浆液逆流。 

（3）可以手动控制注浆压力，并对注浆量和注浆速率进行调控。 

（4）模型槽和阀管注浆系统加工方便，易于拆卸和搬运，可以重复利用。 

附图说明

图1是本发明模型槽结构示意图； 

图2是阀管注浆系统结构示意图； 

图中1—电子秤；2—容器桶；3—进浆软管；4—进浆管箍；5—进浆钢管；6—进浆逆止阀7—螺栓；8—钢筒；9—活塞；10—摇杆；11—支座；12—清洁开关；13—储油器；14—压力表；15—橡皮垫；16—出浆软管；17—出浆逆止阀；18—流量计；19—出浆管箍；20—出浆阀门；21—多向接头；22—螺帽；23—阀管开关；24—出浆孔；25—后侧钢板；26—左侧钢板；27—前侧钢板；28—底部支撑；29—土体；30—螺栓孔；31—出浆钢管。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

如图1、图2所示，一种阀管注浆模型试验装置，包括模型槽和阀管注浆系统。 

模型槽由三面带底部支撑的钢板组成，左侧钢板26通过螺栓将前侧钢板27和后侧钢板25连接，右侧开口用于填筑土体29。底部支撑28和竖向钢板焊接为一个整体。底部支撑28预留螺栓孔30，通过膨胀螺栓锚固在混凝土地面中。钢板和底部支撑28材料采用Q235 钢板，模型槽宽度、长度根据相似比例确定，竖向钢板带有刻度线。 

阀管注浆系统包括储料系统、监测系统、进浆系统、出浆系统、恒压系统、清洗系统。 

监测系统、进浆系统、出浆系统、阀管系统、恒压系统、清洗系统分别与储料系统相连，储料系统由钢筒8组成。 

进浆系统包括容器桶2、进浆软管3、进浆钢管5和进浆逆止阀6。进浆软管3由橡胶管组成，一端插入容器桶2内的浆液中，另一端通过进浆管箍4和进浆钢管5连接，进浆钢管5通过螺栓7与储料系统的进浆口连接，进浆钢管5上设有进浆逆止阀6，用于阻止浆液回流。 

恒压系统包括摇杆10，支座11和活塞9。活塞9一端通过螺栓与储料系统的加压口连接，另一端与摇杆10连接。所述的支座11由钢板焊接而成，用于固定摇杆和活塞。 

出浆系统包括出浆软管16、出浆钢管31、出浆逆止阀17和出浆阀门20。出浆软管16一端通过螺栓与储料系统的出浆口相连，另一端通过出浆管箍19与出浆钢管31相连，出浆钢管31设有出浆阀门20，出浆软管16上设有出浆逆止阀17，用于防止浆液回流。出浆软管16上设有流量计18，用于控制流量。出浆钢31管另一端设有多向接头21。 

阀管系统由套管和侧向带出浆孔24的出浆管组成，出浆管底部由螺帽22封闭，出浆管上设有阀管开关23，出浆管顶部与多向接头21连接。多向接头21可以连接多个侧向带出浆孔24的出浆管，未连接的接头用螺帽封闭。 

监测系统有电子秤1、压力表14和储油器13组成。电子秤1安置在容器桶2下，用于监测注浆量。储油器13一端设有橡胶皮15，通过螺栓与储料系统的监测口相连，另一端连接有压力表14。压力表14用于监测注浆压力。 

清洗系统包括清洗开关12，清洗开关12与储料系统的清洗口相连。 

下面是本发明的模型制作和具体的三个具体试验方法： 

一、安装模型槽。 

根据设计，制作模型槽，模型槽采用三面带底部支撑的钢板组成。钢板和底部支撑厚度均为20mm。模型槽长4m，宽4m，高4m，具体尺寸根据试验模型调整。用膨胀螺栓将模型槽的钢板固定在混凝土地面上，将左侧钢板和前后两侧钢板用螺栓连接。为了便于观察填土高度，在竖向钢板设有刻度线。填土坡比采用1:1.5，填土高度为3m,可按照实际工程调整。每层填土高度控制在30cm左右。压实完成后在路基表面上覆一层防渗土工布，土工布上覆30cm的粉土防止注浆时浆液上涌。 

二、试验方法，本发明中列举四个具体的试验方法。 

实施例1：土体压实度分别控制为80%、84%、88%，采用砂土材料填筑，注浆压力为 0.2MPa,阀管数为1，水灰比为1:1.2。 

（1）分层压实，压实度控制为80%。 

（2）打孔下管。用铁锤将套管打入土中，入土深度为1m。将侧向预留出浆孔的钢管插入套管中，出浆孔按两排孔布置。拔出套管。出浆孔处需包裹一层滤纸，防止拔出套管后堵塞出浆孔。对钢管附近扰动土体进行压实补强。 

（2）配制浆液。根据设计要求按照水灰比1:1.2进行配浆，配制30kg浆液量。 

（3）连接好阀管注浆系统，关闭出浆阀门、阀管开关和清洗开关，将配制好的浆液倒入容器桶中。并进行搅拌防止沉浆。手动来回拉压摇杆，浆液被吸入钢筒，当钢筒注满浆液后，压力表读数开始增加。 

（4）继续拉压摇杆至压力表读数达到压力0.2MPa。 

先打开阀管系统的阀管开关，然后打开出浆阀门，进行注浆。压力表读数有所下降，加快拉压摇杆，对压力进行补强，使压力表读数恢复至压力0.2MPa。注浆速率不宜大于0.03kg/s。当浆液从路基侧面涌出或电子秤时数不变时，停止拉压摇杆并关闭出浆阀门，等待3分钟后，拔出出浆管，防止浆液凝固。记录电子秤示数变化，可求得注浆量。 

（5）清洗 

将进浆软管放入清水中，打开出浆阀门，拉压摇杆清理剩余浆液。停止拉压摇杆并打开清洗开关，将钢筒中的清水排净。 

（6）开挖 

注浆24小时后，进行土体开挖，可测量注浆半径。 

（7）将步骤（1）中的压实度分别变为84%、88%，重复（1）～（6）。 

通过此试验装置测试不同土体压实度对阀管注浆量和注浆半径的影响。 

实施例2：采用砂土材料填筑，压实度分别控制为80%，注浆压力为0.2MPa,阀管数为3，两侧阀管距中间阀管的间距分别为70cm和1m,水灰比为1:1.2。 

（1）分层压实，压实度控制为80%。 

（2）打孔下管。用铁锤将套管打入土中，入土深度为1m。按照间距为70cm和1m的间距将3个侧向预留出浆孔的出浆管插入套管中，出浆孔按两排孔布置。拔出套管。出浆孔处需包裹一层滤纸，防止拔出套管后堵塞出浆孔。对出浆管附近扰动土体进行压实补强。 

（2）配制浆液。根据设计要求按照水灰比1:1.2进行配浆，配制30kg浆液量。 

（3）连接好阀管注浆系统，关闭出浆阀门、阀管开关和清洗开关，将配制好的浆液倒入容器桶中。并进行搅拌防止沉浆。手动来回拉压摇杆，浆液被吸入钢筒，当钢筒注满浆液后，压力表读数开始增加。 

（4）继续拉压摇杆至压力表读数达到压力0.2MPa。 

先打开阀管系统的阀管开关，然后打开出浆阀门，进行注浆。压力表读数有所下降，加快拉压摇杆，对压力进行补强，使压力表读数恢复至压力0.2MPa。注浆速率不宜大于0.03kg/s。当浆液从路基侧面涌出或电子秤时数不变时，停止拉压摇杆并关闭出浆阀门，等待3分钟后，拔出出浆管，防止浆液凝固。记录电子秤示数变化，可求得注浆量。 

（5）清洗 

将进浆软管放入清水中，打开出浆阀门，拉压摇杆清理剩余浆液。停止拉压摇杆并打开清洗开关，将钢筒中的清水排净。 

（6）开挖 

注浆24小时后，进行土体开挖，可测量注浆间距。 

（7）改变出浆管之间的间距，重复（1）～（7）直至确定合适的注浆间距。 

通过此试验装置可以寻求阀管注浆合适的注浆间距。 

实施例3：土体压实度分别控制为80%，采用砂土材料填筑，注浆压力为0.2MPa,阀管数为1，水灰比分别为1:1、1:1.2、1:1.3。 

（1）分层压实，压实度控制为80%。 

（2）打孔下管。用铁锤将套管打入土中，入土深度为1m。将侧向预留出浆孔的钢管插入套管中，出浆孔按两排孔布置。拔出套管。出浆孔处需包裹一层滤纸，防止拔出套管后堵塞出浆孔。对钢管附近扰动土体进行压实补强。 

（2）配制浆液。按照水灰比1:1进行配浆，配制30kg浆液量。 

（3）连接好阀管注浆系统，关闭出浆阀门、阀管开关和清洗开关，将配制好的浆液倒入容器桶中。并进行搅拌防止沉浆。手动来回拉压摇杆，浆液被吸入钢筒，当钢筒注满浆液后，压力表读数开始增加。 

（4）继续拉压摇杆至压力表读数达到压力0.2MPa。 

先打开阀管系统的阀管开关，然后打开出浆阀门，进行注浆。压力表读数有所下降，加快拉压摇杆，对压力进行补强，使压力表读数恢复至压力0.2MPa。注浆速率不宜大于0.03kg/s。当浆液从路基侧面涌出或电子秤时数不变时，停止拉压摇杆并关闭出浆阀门，等待3分钟后，拔出出浆管，防止浆液凝固。记录电子秤示数变化，可求得注浆量。 

（5）清洗 

将进浆软管放入清水中，打开出浆阀门，拉压摇杆清理剩余浆液。停止拉压摇杆并打开清洗开关，将钢筒中的清水排净。 

（6）开挖 

注浆24小时后，进行土体开挖，可测量注浆半径。 

（7）将步骤（2）中的水灰比分别调整为1:1.2和1:1.3，重复（1）～（6）。 

通过此试验装置测试不同水灰比对阀管注浆量和注浆半径的影响。 

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。 

Claims (9)

1.一种阀管注浆模型试验装置，其特征是，包括模型槽和在模型槽内进行注浆的阀管注浆系统，所述模型槽包括由三面带底部支撑的竖向钢板连接围成半包围结构，一侧的开口用于向半包围结构中填土，三块竖向钢板下端和底部支撑焊接为一个整体；所述底部支撑预留螺栓孔，通过膨胀螺栓锚固在混凝土地面中；

所述阀管注浆系统包括用于储料的钢筒，所述钢筒的底部与进浆装置相连通，上部与出浆装置相连通，一个侧面上设有能够是钢筒内保持恒定压力的恒压装置；

所述进浆装置包括放置于电子秤上的用于盛放浆液的容器桶，容器桶经伸入到其内的进浆管道连通至钢筒，进浆管道上设有进浆逆止阀；

所述出浆装置包括一端与钢筒上端出浆口连通的出浆管道，出浆管道另一端上设有多向接头，多向接头能够连接多个侧向带出浆孔的出浆管，所述出浆管道上设有出浆逆止阀和流量计；

所述恒压装置包括支座，支座上设置有摇杆和活塞，活塞的活塞杆一端通过螺栓安装并伸入到与钢筒加压口中，另一端与摇杆相连。

2.如权利要求1所述的阀管注浆模型试验装置，其特征是，所述钢筒上与恒压装置相对另一侧面上设有压力装置，所述压力装置包括通过螺栓和橡胶皮安装于钢筒监测口的储油器，储油器上连接有用于监测注浆压力的压力表。

3.如权利要求1所述的阀管注浆模型试验装置，其特征是，所述钢筒底部还设有清洗装置，所述清洗装置包括连通至钢筒内的清洗口，清洗口上设有清洗开关。

4.如权利要求1所述的阀管注浆模型试验装置，其特征是，所述竖向钢板带有刻度线。

5.如权利要求1所述的阀管注浆模型试验装置，其特征是，所述的竖向钢板用Q235钢板。

6.如权利要求1所述的阀管注浆模型试验装置，其特征是，所述进浆管道包括进浆软管和进浆钢管，进浆软管由橡胶管组成，一端插入容器桶内的浆液中，另一端通过进浆管箍和进浆钢管连接，进浆钢管通过螺栓与钢筒的进浆口连接，进浆钢管上设有用于阻止浆液回流的进浆逆止阀。

7.如权利要求1所述的阀管注浆模型试验装置，其特征是，所述出浆管道包括出浆软管、出浆钢管和出浆阀门，出浆软管一端通过螺栓与钢筒的出浆口相连，另一端通过出浆管箍与出浆钢管相连，出浆钢管设有出浆阀门，出浆软管上设有用于防止浆液回流的出浆逆止阀，出浆软管上设有用于控制流量的流量计，出浆钢管另一端设有多向接头。

8.如权利要求1所述的阀管注浆模型试验装置，其特征是，所述出浆管底部由螺帽封闭，出浆管上设有阀管开关，出浆管顶部与多向接头连接。

9.一种利用阀管注浆模型试验装置的试验方法，其特征是，步骤如下：

1）、安装模型槽，首先用膨胀螺栓将模型槽的三块竖向钢板的底部支撑固定在混凝土地面上，将三块竖向钢板用螺栓连接成半包围结构，根据现场土体压实度进行模型路堤填筑，边坡坡比按现场路基坡比取值；每层填土高度控制在30cm；压实完成后在路基表面上覆一层防渗土工布，土工布上覆不少于30cm厚的粉土防止注浆时浆液上涌；

2）、打孔下管，用铁锤将套管打入土中，入土深度不少于50cm，将侧向预留出浆孔的出浆管插入套管中，出浆孔按两排孔布置，拔出套管，出浆孔处需包裹一层滤纸，防止拔出套管后堵塞出浆孔，对出浆管附近扰动土体进行压实补强；按照不同间距一次性在土体中打多个孔，同时进行注浆；

3）、配制浆液，根据具体施工设计要求按照水灰比配浆，水灰按重量比不宜大于1:0.8，以浆液流动性较好为宜；

4）、阀管注浆；

A.连接好阀管注浆系统，关闭出浆阀门、阀管开关和清洗开关，将配制好的浆液倒入容器桶中，并进行搅拌防止沉浆，手动来回拉压摇杆，浆液被吸入钢筒，当钢筒注满浆液后，压力表读数开始增加；

（2）继续拉压摇杆至压力表读数达到预设压力；注浆压力控制在0.2MPa～0.4MPa；若注浆压力为F，一次性在土体中打孔数为n，则压力表读数F_n=F*n；

先打开每个阀管系统的阀管开关，然后打开出浆阀门，进行注浆；压力表读数有所下降，加快拉压摇杆，对压力进行补强，使压力表读数恢复至预设压力；注浆速率不宜大于0.03kg/s；当浆液从路基侧面涌出或电子秤时数不变时，停止拉压摇杆并关闭出浆阀门，拔出出浆管，防止浆液凝固；

5）、清洗

将进浆软管放入清水中，打开出浆阀门，拉压摇杆清理剩余浆液；停止拉压摇杆并打开清洗开关，将钢筒中的清水排净。