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浅析使用灌浆料灌入地基缝隙的性能

2016年01月13日
 一般来讲,普通压水试验或灌浆中,使用的压力相对较大,在钻孔附近的流场里,流体的运动主要与压力有关,重力可以认为是一个相对小的量,从而对于面状的岩体裂隙,即使出现弯曲、相交等,我们可以近似的从渗径上讲,流体是在一个水平的裂隙面上运动。灌浆料体按影响灌入能力的沉降稳定性区分,可以分为灌入能力受沉降稳定性控制的大水灰比浆液和基本不受沉降稳定性控制的小水灰比浆液。下面分别就在岩体裂隙中的运动进行讨论。
  较为稳定的悬浮浆体在裂隙中的运动小水灰比灌浆料或磨细水泥浆、粘土浆、粘土灌浆料几乎为不分选、不析水的稳定悬浮浆液,都呈现出宾汉体的流变特性。当浆体可进入岩体裂隙时,上述浆体在一定的流动范围内,完全有可能保持稳定的悬浮浆体状态流动,由于浆体低的流动性,流体的惯性作用是较小的,往往存在着低雷诺数的层流运动。当裂隙开度很小(如小于01502mm)时,水泥颗粒极易在裂隙入口处堆积,很难进入裂隙,浆体中的水分可能部分地析出裂隙。改善这类微细裂隙的可灌性,需要进一步提高水泥浆体的灌入能力,有效的措施是磨细水泥颗粒和提高浆体的分散性以及增大灌浆压力来提高裂隙开度。
  当裂隙开度足够大,大到浆液能进入裂隙流动时,浆体就会在压力下,通过裂隙入口运动,直到自然地和人为的闭浆,才结束浆体在裂隙中的穿透、充填。关于充填过程的理论,有沿钻孔方向推移沉积析水和压力析水两种观点。前者认为:当浆液在裂隙中的流速降低到某一临界值时,水泥粒子将首先在临界流速处发生沉淀,从而使渗浆断面、灌浆压力和浆液流速都相应地发生变化,但尚不致把岩石裂隙完全封闭,而始终在沉积顶部留下微小的缝隙,使浆中多余水分得以排除。并指出,灌浆压力和浆液稠度对于结石质量都没有多大关系,即使水灰比高达100,也能得出合乎要求的灌浆结石。
  我们知道,大水灰比水泥浆液,水泥颗粒或凝固的悬浮是不稳定的,静置时易于分选、析水、沉积,虽然浆体已经有凝聚结构存在,但其对浆体的沉降、分选、沉积还远远不能控制。同样,在大水灰比浆体运动时,沿重力方向也存在着分选、析水、沉积过程。除此之外,缝隙的上下边界,尤其是下边界必将对浆体的流动状态产生重要的影响。
  随着沉积厚度的逐步增加,裂隙中的流动通道发生了变化,压力在裂隙中沿程衰减速度变快,流量减小,流速也相应减小,这样更增加了沉积过程。从而使得流动通道越来越窄,直至某沉积较厚的断面突然堵塞而形成闭浆。在原始开度较小的裂隙中,闭浆堵塞段往往在钻孔附近发生。闭浆的存在,说明沉积顶部上的微细缝隙不会始终保持,从而也使得良好的充填,沿钻孔方向推进距离不大。除沿径向的沉积过程以外,沿裂隙面也会出现类似于平原中携沙河流一样的主流区域。这种主流区的闭浆往往是裂隙的最终闭浆。工程中的岩基灌浆表明,许多水泥浆液在充填后都是较为密实的。这样的充填过程可能和现场所使用的高压力有关,一方面有可能使岩石受到压缩,使裂隙张开,另一方面在压力撤除后,使岩体产生足够的回弹对所充填浆体压缩,逐渐地析水,使浆体密实。
  另外,由于超细灌浆料成本非常高,且本地没有生产企业,而且超细灌浆水泥现场贮存条件要求高,厂外保质期仅有15天,且使用时需掺加减水剂并采用高速搅拌机进行搅拌,施工工艺相对复杂。若从综合经济效益分析,超细灌浆水泥大量使用并不合适。最后经研究确定,放弃使用超细灌浆水泥进行大面积灌浆。在岩体结构一定的情况下,岩体的可灌性主要与压力和灌浆材料有关,既然超细灌浆水泥效果及效益均不明显,那么只有在保证大坝坝体不被抬动的前提下,通过提高灌浆压力来改善灌浆效果。
来源:北京固维建筑材料有限公司
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