CN108036985B - 一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置及方法，它解决了现有技术中生成浆脉的厚度、宽度以及浆脉方向具有很大的随机性、浆脉检测渗透系数的准确性较低的问题，具有易于拆卸和搬运、可以重复利用、能够确定不同地层中浆脉的形成性状并确定其渗透系数的效果；其技术方案为：包括供气装置、储水装置、浆液生成装置和注浆装置，浆液生成装置中分层填筑土体，土体之间具有盐粒层；供气装置使储水装置中的水进入浆液生成装置；注浆装置向浆液生成装置中注入浆液，浆液替换盐粒层形成劈裂注浆浆脉。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置及方法。
背景技术
近20年来，国内大、中城市万栋高楼拔地二期，10层以上的建筑物已经超过1亿平方米；其中超过100m的建筑物已经有200座。这些已建和在建的高楼和超高楼，其基坑深度已经逐渐发展至20m以上。地下工程常处于密集的既有建筑物、道路桥梁、地下管线、地铁等工程附近，稍有不慎，不仅危及地下工程结构，甚至拉裂临近的建筑物，造成巨大损失。
据统计，基坑工程的发生率极高，基坑工程事故占基坑总数的1/4以上，这些工程事故的主要表现为支护结构产生较大位移、支护结构破坏、基坑塔防及大面积滑坡、基坑周围道路开裂甚至倒塌、与基坑相邻的地下设施变位以至于破坏。实践证明大部分基坑工程事故都是有地下水引起的，包括不均匀沉降、渗透破坏、管涌等等。
因此，在基坑施工过程中，如何通过各种措施来有效的控制地下水位变化、控制地层变形是基坑工程成败的关键。皮恶劣注浆作为一种致密土体加固、防渗的重要手电，已经应用于国内一些重大工程，但是其力学机理及效果预测研究明显滞后，不利于劈裂注浆推广应用，尤其是劈裂注浆注入土体后的浆脉的渗透系数无法测量。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置及方法，其具有易于拆卸和搬运、可以重复利用、能够确定不同地层中浆脉的形成性状并确定其渗透系数的效果。
一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置，包括供气装置、储水装置、浆液生成装置和注浆装置，浆液生成装置中分层填筑土体，土体之间具有盐粒层；供气装置使储水装置中的水进入浆液生成装置；注浆装置向浆液生成装置中注入浆液，浆液替换盐粒层形成劈裂注浆浆脉。
进一步的，所述浆液生成装置包括滤水室、注浆室和围压室，围压室设于注浆室的外侧，可以防止在注浆和进行渗透试验过程中浆液和水流沿土体与薄膜的接触面流走造成渗透系数测量不准的情况，也可以通过施加围压来模拟不同的地层深度情况下的注浆情况；滤水室设于注浆室的下部用于过滤水中的气泡。
进一步的，所述注浆室包括周向布置的薄膜、顶部的注浆室顶盖和底部的注浆室底板；所述围压室由围压室顶盖、围压室侧壁和围压室底板组成。
进一步的，所述注浆室侧面从下至上依次连接1号测压管、2号测压管、3号测压管和4号测压管，1号测压管和2号测压管连接薄膜包覆的下部土体，3号测压管和4号测压管连接薄膜包覆的上部土体。
进一步的，所述薄膜与注浆室顶盖、注浆室底板分别通过橡胶垫圈和拉紧锁扣密封连接。
进一步的，所述滤水室与注浆室底板刚性连接，注浆室底板上设有若干小孔；滤水室中具有倾斜的滤水板。
进一步的，所述储水装置包括第一储水桶和第二储水桶；第一储水桶通过水管与滤水室的侧面下部相连，第二储水桶通过水管与围压室的底部相连。
进一步的，所述注浆装置包括反力架，反力架的内部顶端安装千斤顶，用于提供千斤顶的反力；所述千斤顶连接上部活塞，上部活塞套设于下部活塞中，所述上部活塞上设有压力表。
进一步的，所述上部活塞与下部活塞之间设有多个活塞垫圈；所述下部活塞连接注浆管，所述注浆管上具有出浆孔。
进一步的，所述千斤顶连接伺服控制器，采用伺服应变式控制提供恒定的注浆压力。
劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤(1)制备土体试样，并配置最佳含水率；
步骤(2)将制备好的土体试样填筑在模具内，形成填筑下部土体，在下部土体上填筑设定厚度的盐粒；
步骤(3)将制备好的土体试样填筑在盐粒上部，形成上部土体；
步骤(4)将土体试样及模具放置在注浆室底板上，脱去模具；
步骤(5)将薄膜套在土体试样外侧，并与注浆室底板、注浆室顶板用橡胶垫圈和拉紧锁扣固定；
步骤(6)将注浆室顶盖与围压室顶盖用螺栓固定；
步骤(7)向第二储水桶中加水，并打开氮气瓶，使围压室中充满水；
步骤(8)将注浆管采用电钻打孔的方式打入到土体试样中，使注浆管中的出浆孔正对盐粒层；
步骤(9)在注浆装置中加入浆液，通过千斤顶向上部活塞施加竖向荷载；浆液进入注浆室将盐粒层替换，形成劈裂注浆浆脉；
步骤(10)待浆液凝固后，向第一储水桶中加水，并施加氮气压力，进行渗透试验；
步骤(11)记录渗透试验过程中第一储水桶上压力表的读数，注浆室出水管溢出水流量，并计算实际浆脉渗透系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明结构简单，易于拆卸和搬运，可以重复利用，造价较低；
(2)本发明设置两个储水桶，通过储水桶调节围压室中的不同围压压力以模拟不同深度地层的情况，通过改变盐粒层厚度的生成不同厚度的劈裂注浆浆脉；
(3)本发明生成的浆脉厚度固定，可以通过检测注浆浆液浆脉和土体混合渗透系数的方式检测注浆效果，又可以通过将土体渗透系数剔除的方式来检测注浆浆脉的渗透系数；
(4)本发明采用盐粒布置薄弱层，由于盐粒的颗粒特性来代替土体，可以根据试验要求设置盐粒的厚度，解决了现有的技术中通过加大注浆压力，使土体劈裂生成浆脉的方式，其浆脉的厚度和宽度具有很大的随机性的缺陷；本发明采用浆液代替盐粒的方式生成劈裂注浆的浆脉，检测渗透系数的准确性提高。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的注浆装置结构示意图；
图3为本发明的储水桶结构示意图；
图4为本发明的浆脉生成装置结构示意图；
图5为本发明的模具内部结构示意图；
图6为本发明的模具俯视图；
其中，1-氮气瓶，2-第一储水桶，3-第二储水桶，4-气管，5-水管，6-浆液生成装置，7-注浆管，8-注浆装置，9-反力架，10-千斤顶，11-油管，12-上部活塞，13-活塞垫圈，14-下部活塞，15-出浆口，16-进气口，17-出水口，18-压力表，19-储水桶顶盖，20-桶体，21-出水管，22-注浆管，23-注浆室顶盖，24-出浆孔，25-上部土体，26-下部土体，27-盐粒层，28-围压室进水口，29-滤水室进水口，30-滤水仓，31-拉紧锁扣，32-橡胶垫圈，33-薄膜，34-围压室侧壁，35-注浆室底板，36-承压水，37-围压室顶盖，38-击实锤，39-模具顶盖，40-螺杆，41-击实桶，42-底座，43-1号测压管，44-2号测压管，45-3号测压管，46-4号测压管，47-压力表。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在生成浆脉的厚度、宽度以及浆脉的方向具有很大的随机性、浆脉检测渗透系数的准确性较低的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置及方法。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图4所示，提供了一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置，包括供气装置、储水装置、浆液生成装置和注浆装置，浆液生成装置中分层填筑土体；供气装置使储水装置中的水进入浆液生成装置；注浆装置向浆液生成装置中注入浆液。
所述储水装置包括第一储水桶2和第二储水桶3，第一储水桶2和第二储水桶3由同一供气装置供气，所述供气装置为氮气瓶1，氮气瓶1通过具有三通的气管4连接第一储水桶2和第二储水桶3。
所述第一储水桶2和第二储水桶3的结构相同，如图3所示，包括桶体20，桶体20的顶部设有储水桶顶盖19，储水桶顶盖19的上部设有进气口16，通过进气口16连接气管4；所述进气口16的一侧设有出水口17，另一侧设有压力表18。
如图4所示，所述浆液生成装置包括滤水室、注浆室和围压室，围压室设于注浆室的外侧用于容纳储水装置提供的承压水36；滤水室设于注浆室的下部用于过滤水中的气泡。
所述围压室包括围压室侧壁34、围压室顶盖37和围压室底板，围压室侧壁34、围压室顶盖37和围压室底板形成圆筒形结构；所述围压室顶盖37和围压室底板的横截面为圆环形，用于套设于注浆室的外侧；围压室底板一侧设置围压室进水口28，围压室进水口28连接水管4，通过水管4连接第二储水桶3。
所述注浆室设于围压室内部，包括注浆室顶盖23、注浆室底板35和薄膜33，薄膜33包覆于土体试样的外侧，与注浆室顶盖23、注浆室底板35形成圆筒形结构；土体试样包括下部土体25、盐粒层27和上部土体26，注浆室采用布置盐粒层27的方式设置土体薄弱面；所述注浆室顶盖23与围压室顶盖37通过螺栓连接；所述薄膜33与注浆室顶盖37、注浆室底板35分别通过橡胶垫圈32和拉紧锁扣31密封连接，所述拉紧锁扣31为现有锁扣结构，只要能够固定橡胶垫圈32即可。
所述注浆室顶盖23上连接出水管21，注浆室底板35上设有若干小孔，水通过小孔进入注浆室；所述注浆室的侧面连接4个测压管，从下至上依次为1号测压管43、2号测压管44、3号测压管45、4号测压管46。
所述滤水室与注浆室底板35刚性连接，滤水室中具有倾斜的滤水板，滤水板上设有若干小孔；滤水室的侧面靠近下部位置设有滤水室进水口29，滤水室进水口29通过水管4连接第一储水桶2。
如图2所示，所述注浆装置包括反力架9、千斤顶10、上部活塞12和下部活塞14，通过千斤顶10加压以提供注浆压力；所述反力架9为框架结构。
所述反力架9的内部的顶端安装千斤顶10，所述千斤顶10连接油管11；下部活塞14固定于反力架9内部的下端，千斤顶10连接上部活塞12，所述上部活塞12套设于下部活塞14中，通过上下活塞对接的方式保证注浆装置的气密性；所述上部活塞12上设置压力表47，上部活塞12的周向与下部活塞14之间设置多个活塞垫圈13。
所述下部活塞14用于盛装注浆浆液，其一侧具有出浆口15，所述出浆口15连接注浆管7，所述注浆管7上具有出浆孔24；注浆管7伸入土体试样中。
土体试样通过模具制备，所述模具如图5和图6所示，包括击实桶41、击实锤38、模具顶盖39和底座42，击实桶41固定在底座42上部，击实桶41的上部两侧设有模具顶盖39，模具顶盖39与底座42之间通过螺杆40相连；击实桶41的顶部开口，土体放入击实桶41中由击实锤38进行土样的击实操作。
劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤(1)制备土体试样，并配置最佳含水率；
步骤(2)将制备好的土体试样填筑在模具内，形成填筑下部土体26，在下部土体26上填筑设定厚度的盐粒层27；
步骤(3)将制备好的土体试样填筑在盐粒层27上部，形成上部土体25；
步骤(4)将土体试样及模具放置在注浆室底板35上，脱去模具；
步骤(5)将薄膜33套在土体试样外侧，并与注浆室底板35、注浆室顶板23用橡胶垫圈32和拉紧锁扣31固定；
步骤(6)将注浆室顶盖23与围压室顶盖37用螺栓固定；
步骤(7)向第二储水桶3中加水，并打开氮气瓶1，使围压室中充满水；
步骤(8)将注浆管7采用电钻打孔的方式打入到土体试样中，使注浆管7中的出浆孔24正对盐粒层27；
步骤(9)在注浆装置中加入浆液，通过千斤顶10向上部活塞12施加竖向荷载；浆液进入注浆室将盐粒层27替换，形成劈裂注浆浆脉；注浆装置可以控制浆液压力，其控制方法为：
首先，将浆液导入下部活塞14中，关闭出浆口15；然后将上部活12塞通过千斤顶10压入下部活塞14中，直至上部活塞12中的压力表47的读数达到注浆要求，连接出浆口15与注浆管22；最后，与千斤顶10连接的伺服控制器根据试验要求的注浆速率确定应变控制速率。
(4)伺服控制器采用速度控制式控制式，根据试验要求的注浆速率确定应变控制速率
步骤(10)24小时后，待浆液凝固后，往第一储水桶2中加水，并施加氮气压力；接通第一储水桶2和浆液生成装置，使水流从浆液生成装置底部进入，通过倾斜的滤水板滤过水中的气泡，进入上部注浆室，开始渗透实验；渗透实验过程中每隔15分钟测读一次渗流量，直至渗流量稳定，最后两次渗流量的差值不超过1％；
通过浆脉的渗流量Q1(cm3)为：
Q1＝K1(h2-h3)T/H1 (1)
通过上部试验土体的渗流量Q2(cm3)为：
Q2＝K1(h3-h4)T/H2 (2)
通过下部试验土体的渗流量Q3(cm3)为：
Q3＝K1(h1-h2)T/H1 (3)
试验中检测到的渗流量Q(cm3)为：
Q＝K(h2-h3)T/(H1+H2+H3) (4)
其中，Q＝Q1＝Q2＝Q3。
式(1)-(4)中，h1为1号测压管检测水头高度，h2为2号测压管检测水头高度，h3为3号测压管检测水头高度，h4为4号测压管检测水头高度，H1为浆脉的厚度，H2为上部试验土体的厚度，H3为下部试验土体的厚度，厚度单位为cm；T为渗流量检测时间；K1为浆脉的渗透系数，K2为试验土体的渗透系数，K为试验土体与浆脉的混合渗透系数。
步骤(11)记录渗透试验过程中第一储水桶2上压力表18的读数，注浆室出水管21溢出水流量，并计算实际浆脉渗透系数；
浆脉与土体的混合渗透系数计算公式为：
K＝Q(H1+H2+H3)/[(h2-h3)T] (5)
浆脉渗透系数计算公式为：
K2＝Q2*H2/[(h3-h4)T] (6)
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置，其特征在于，包括供气装置、储水装置、浆液生成装置和注浆装置，浆液生成装置中分层填筑土体，土体之间具有盐粒层；供气装置使储水装置中的水进入浆液生成装置；注浆装置向浆液生成装置中注入浆液，浆液替换盐粒层形成劈裂注浆浆脉；
所述浆液生成装置包括滤水室、注浆室和围压室，围压室设于注浆室的外侧用于容纳储水装置提供的承压水；滤水室设于注浆室的下部用于过滤水中的气泡；所述注浆室包括周向布置的薄膜、顶部的注浆室顶盖和底部的注浆室底板；注浆室顶盖上连接出水管；
所述围压室由围压室顶盖、围压室侧壁和围压室底板组成；所述薄膜与注浆室顶盖、注浆室底板分别通过橡胶垫圈和拉紧锁扣密封连接；所述滤水室与注浆室底板刚性连接，注浆室底板上设有若干小孔；滤水室中具有倾斜的滤水板；
所述储水装置包括第一储水桶和第二储水桶；第一储水桶通过水管与滤水室的侧面下部相连，第二储水桶通过水管与围压室的底部相连；第一储水桶和第二储水桶由同一供气装置供气，所述供气装置为氮气瓶；第一储水桶和第二储水桶的结构相同，包括桶体，桶体的顶部设有储水桶顶盖，储水桶顶盖的上部设有进气口，进气口的一侧设有出水口，另一侧设有压力表；
所述注浆装置包括反力架，反力架的内部顶端安装千斤顶，所述千斤顶连接上部活塞，上部活塞套设于下部活塞中；所述上部活塞与下部活塞之间设有多个活塞垫圈；所述下部活塞连接注浆管，所述注浆管上具有出浆孔；所述千斤顶连接伺服控制器，采用伺服应变式控制提供恒定的注浆压力。
2.根据权利要求1所述的劈裂注浆浆脉制作及渗透系数检测装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤（1）制备土体试样，并配置最佳含水率；
步骤（2）将制备好的土体试样填筑在模具内，形成填筑下部土体，在下部土体上填筑设定厚度的盐粒；
步骤（3）将制备好的土体试样填筑在盐粒上部，形成上部土体；
步骤（4）将土体试样及模具放置在注浆室底板上，脱去模具；
步骤（5）将薄膜套在土体试样外侧，并与注浆室底板、注浆室顶板用橡胶垫圈和拉紧锁扣固定；
步骤（6）将注浆室顶盖与围压室顶盖用螺栓固定；
步骤（7）向第二储水桶中加水，并打开氮气瓶，使围压室中充满水；
步骤（8）将注浆管采用电钻打孔的方式打入到土体试样中，使注浆管中的出浆孔正对盐粒层；
步骤（9）在注浆装置中加入浆液，通过千斤顶向上部活塞施加竖向荷载；浆液进入注浆室将盐粒层替换，形成劈裂注浆浆脉；
步骤（10）待浆液凝固后，向第一储水桶中加水，并施加氮气压力，进行渗透试验；
步骤（11）记录渗透试验过程中第一储水桶上压力表的读数，注浆室出水管溢出水流量，并计算实际浆脉渗透系数。
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