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富水粉細(xì)砂地層同步注漿漿液性能優(yōu)化研究

2022-08-30 11:07:50王鑫
科技創(chuàng)新導(dǎo)報 2022年10期
關(guān)鍵詞:波美水率膠凝

王鑫

(中交三公局第一工程有限公司 北京 100000)

隨著城市地下空間的不斷發(fā)展與利用[1],其中,城市地鐵項目逐漸成為軌道交通的主流。盾構(gòu)法施工以其施工快、適用性廣、對周圍土體影響小等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于地下隧道工程[2-3]。

盾構(gòu)法施工可分為掘進(jìn)和支護(hù)兩部分。其中,支護(hù)部分分為管片拼接和同步注漿兩部分[4]。同步注漿過程中,注漿材料對盾構(gòu)法施工有著重要的影響[5],能夠直接影響施工效率和施工質(zhì)量。富水粉細(xì)砂地層由于地層的特殊性,即地層還有大量地下水以及地層膠結(jié)性、差穩(wěn)定性差,對注漿施工有著很高的要求。富水粉細(xì)砂地層施工時,由于地層的特殊性質(zhì),漿液不宜凝結(jié),漿液性能差,容易發(fā)生跑漿現(xiàn)象,經(jīng)過后期監(jiān)測,在盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)很難發(fā)現(xiàn)注漿層的存在,存在施工安全隱患及容易發(fā)生較大施工沉降,影響施工進(jìn)程的同時,有較大的施工風(fēng)險,還會造成不必要的資源浪費。目前,針對于富水地層盾構(gòu)注漿,常采用水泥—水玻璃雙漿液進(jìn)行注漿,其原因在于,水泥—水玻璃漿液其凝結(jié)時間可控。馬金池[6]以深圳地鐵7 號線為依托,通過理論研究、室內(nèi)試驗和現(xiàn)場測定等方法,研究管片同步注漿雙漿液使用方案,對類似施工有一定借鑒意義。郄向光等人[7]以大量的工程背景為依托,闡明漿液的類型與分類及格分類條件下的漿液特點,分析雙漿液在北京砂卵石地層、可硬性漿液和新型漿液在蘇州、上海等軟土地層應(yīng)用的實例,為以后類似施工的漿液選取提供一定借鑒意義。M.Jamal Shannag[8-9]對水泥基注漿材料的研究表明,通過向漿液中加入礦物摻合料,主要包括粉煤灰、礦渣等和高效減水劑,能夠明顯改善材料的耐久性和力學(xué)性能。

本文以天津地鐵11號線一期工程04標(biāo)段為依托,開展相關(guān)研究,分析富水粉細(xì)砂地層漿液性能的影響規(guī)律,確定合理配合比。

1 工程概況

本項目依托于天津地鐵11號線04標(biāo)段工程,該標(biāo)段主要包括兩站、三區(qū)間,本文選其中一個區(qū)間,即陳塘站—東江道站區(qū)間為例,展開相關(guān)漿液性能研究。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工,盾構(gòu)機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 所用土壓平衡盾構(gòu)機(jī)參數(shù)表

2 試驗方案

通過相關(guān)規(guī)范要求,結(jié)合大量文獻(xiàn)[8,10-14],并通過與現(xiàn)場實際結(jié)合,試驗設(shè)計如表2所示。其中,水泥砂漿與水玻璃的比例設(shè)計按照5∶1進(jìn)行。

表2 試驗設(shè)計

本試驗將采用控制變量法進(jìn)行整體設(shè)計。首先,對不同水灰比情況下水泥砂漿基本性能展開研究,分析不睡水灰比條件對漿液膠凝時間、穩(wěn)定性、流動性三方面性能的影響規(guī)律;其次,與不同波美度情況下的水玻璃進(jìn)行組合試驗設(shè)計,分析不同情況下對砂漿基本性能的影響。

根據(jù)規(guī)范《建筑砂漿基本性能試驗方法》(JGJ 70-2009)[15]相關(guān)要求,進(jìn)行流動度、膠凝時間和析水率的試驗測定。

流動度試驗采用截面錐桶進(jìn)行測定,將錐桶放置于表面光滑的玻璃板中,將拌制好的水泥砂漿貫入試模內(nèi)后,迅速提起試模,一定時間后,測量不同方向攤鋪直徑,取最大值。

凝結(jié)時間采用砂漿凝結(jié)時間測定儀(如圖1所示)進(jìn)行測量,按照試驗流程進(jìn)行。

圖1 砂漿膠凝時間測定儀

析水率采用500mL 的量筒進(jìn)行測定,將拌制好的一定質(zhì)量的水泥砂漿貫入量筒中,量筒上部采用保鮮膜覆蓋,防止水分蒸發(fā)。在室溫條件下放置3h或者水泥砂漿水分不析出后,進(jìn)行記錄相應(yīng)數(shù)值,泌水率計算式如下:

式中,P為漿液泌水率(%);v0為泌出水的體積(mL);v為漿液的體積(mL)。

3 結(jié)果分析

3.1 對膠凝時間的影響

圖2為凝結(jié)時間在不同條件下試驗曲線圖。從圖中不難看出,其他條件不變,凝結(jié)時間隨波美度的增加而減小,最后趨于一個穩(wěn)定的數(shù)值。從其反應(yīng)機(jī)理Ca(OH)2+Na20·nSi02+mH20→Ca·nSi02·mH20+2NaOH不難看出,波美度的增加,導(dǎo)致Na20·nSi02元素增多,與原料中剩余的Ca(OH)2繼續(xù)反應(yīng)。后期,隨著波美度的增加,凝結(jié)時間無變化的原因是原料中的已完全反應(yīng),無多余元素繼續(xù)合成。所以,從施工成本方面進(jìn)行考慮,波美度不宜過大,過大時,不僅增加成本,而且對漿液凝結(jié)性能無改善作用。

圖2 凝結(jié)時間試驗關(guān)系曲線圖

僅改變水灰比情況下,凝結(jié)時間與隨水灰比的增加而增加,主要原因為膠凝材料減少,水含量增加;其數(shù)值為1和1.2時,試驗結(jié)果相差較大。對于富水地層注漿,往往對凝結(jié)時間要求較為嚴(yán)格,波美度在32~35之間時,其幅度波動最大。

3.2 析水率分析

圖3為析水率在不同條件下試驗關(guān)系曲線。從圖3 中可看出,隨著時間的增加,析出水分增加,析水率變大,最終趨于穩(wěn)定。水灰比越小,即0.6∶1 和0.8∶1,曲線增長緩慢,斜率變化小,無明顯波動,析水率較為穩(wěn)定,漿液穩(wěn)定性強(qiáng)。主要原因為:水灰比增加,漿液中膠凝材料減少,自由水變多,與水反應(yīng)的膠凝材料少,隨著時間增加,析出水分增多。

圖3 析水率試驗關(guān)系曲線圖

3.3 流動度分析

圖4為不同條件下漿液流動度試驗曲線圖。從圖中可知,針對于水泥漿液而言,波美度增加,漿液流動度減小,其原因是波美度增加,水玻璃與水泥砂漿反應(yīng)產(chǎn)物的Na2O·nSiO2增多,其反應(yīng)時間減小,波美度越高,同一時間內(nèi),產(chǎn)生Ca2SiO2越多,導(dǎo)致其流動性下降。

圖4 流動度試驗關(guān)系曲線圖

水灰比增加,流動度增加,其原因在于:水灰比增加,漿液中凝結(jié)材料減少,自由水增加,其稠度降低,自由水還起到潤滑作用。

4 結(jié)語

(1)其他條件相同,波美度增加,漿液凝結(jié)時間減??;其他條件相同,改變水灰比,凝結(jié)時間與其成正比。施工過程中,應(yīng)注意水灰比為1和1.2兩種情況。

(2)漿液的析水率隨著時間的延長而逐漸增大,最終趨于穩(wěn)定。主要是因為:隨著水灰比的增大,漿液中的自由水變多,漿液膠凝材料減少。

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