鐵路路基滲透注漿參數(shù)計(jì)算及分析

【摘要】通過(guò)對(duì)滲透注漿在加固鐵路路基中的應(yīng)用進(jìn)行研究。計(jì)算滲透注漿情況下的滲透注漿參數(shù)，得出理論上漿液的在土層擴(kuò)散半徑，分析計(jì)算數(shù)據(jù)，并驗(yàn)證實(shí)際運(yùn)用的效果。

【關(guān)鍵詞】滲透注漿注漿參數(shù)賓漢姆漿液擴(kuò)散半徑

1、滲透注漿基本理論概述

注漿是指將一定材料配制成漿液，使用壓送設(shè)備將其通過(guò)鉆孔加壓注入地層中顆粒的間隙、土層的界面或巖層裂隙內(nèi)。漿液以填充、滲透和擠密等方式排出土顆粒間裂隙中的水分和空氣，并占據(jù)土顆粒間的空間，使路基孔隙比減少，提高強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間漿液膠凝后，將原來(lái)松散的土顆?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體，形成一個(gè)強(qiáng)度大、防水性能高和化學(xué)穩(wěn)定性好的結(jié)合體，以達(dá)到加固路基或防滲堵漏的目的。

鐵路路基加固，特別是路橋過(guò)渡段路基加固是以滲透注漿為主，利用注漿機(jī)將配制好的漿液，通過(guò)注漿管注入臺(tái)腔填料，漿液在壓力作用下滲入填土孔隙忠，與土粒骨架產(chǎn)生固化反應(yīng)，提高填土密實(shí)度。

2、賓漢姆流體注漿擴(kuò)散規(guī)律分析

2.1漿液的流型判斷

判定漿液流型是研究注漿擴(kuò)散規(guī)律的基礎(chǔ)，對(duì)于漿液流型的判斷一般是通過(guò)試驗(yàn)所得。通過(guò)實(shí)驗(yàn)一般結(jié)論如下：

1、水泥漿液的流型隨水灰比由低至高而分別屬于三種不同流型。水灰比0.5-0.6的水泥漿為冪律流體；水灰比為0.7-1.0的水泥漿為賓漢姆流體；水灰比大于1的水泥漿為牛頓流體。

2、水泥粘土漿液、水泥復(fù)合漿液、聚合物水泥漿等水泥基漿液一般為賓漢姆流體，但當(dāng)聚合物粘度很大，且加量較大而使?jié){液粘度很大時(shí)漿液為冪律流體。

分析如上規(guī)律可知，對(duì)于水灰比為0.8的滲透注漿漿液可以認(rèn)為是賓漢姆液體。

2.2滲透注漿擴(kuò)散半徑公式-黃春華公式

黃春華對(duì)裂隙灌漿中賓漢姆流體的擴(kuò)散能力進(jìn)行了研究，建立了考慮漿液流變特性的注漿擴(kuò)散模型。假設(shè)滲透注漿為穩(wěn)定的賓漢姆流體流動(dòng)，它們?cè)谄矫鎻较虻群窳严兜倪\(yùn)動(dòng)為低雷諾數(shù)的層流，不計(jì)慣性力和重力作用，可推導(dǎo)出漿液擴(kuò)散半徑的計(jì)算公式為：

式中，pc為注漿孔裂隙處的注漿壓力；p為半徑r處的漿液壓力；rc 為灌漿孔半徑；r為漿液擴(kuò)散半徑；τB為賓漢姆流體的剪切屈服強(qiáng)度；η為賓漢姆流體的塑性黏滯系數(shù)；t為注漿時(shí)間參數(shù)ξ可以通過(guò)文獻(xiàn)[1]表3查到。

3、注漿擴(kuò)散半徑計(jì)算

按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工，有效注漿壓力Pc-P取0.3MPa，注漿時(shí)間t取3600s，裂隙寬度b取0.1cm，漿液的屈服強(qiáng)度τB取17.9Pa，計(jì)算當(dāng)Pc-P=0.3MPa，b=0.1cm，τB=17.9Pa，rc=5cm，η=2.7×10-3Pa，t=3600s時(shí)漿液的擴(kuò)散半徑，代入公式中：擴(kuò)散半徑r=32.76cm。

4、分析與結(jié)論

1.本文通過(guò)滲透注漿的實(shí)際工程中得到的參數(shù)進(jìn)行在賓漢姆流體下的在普通土體中的漿液的擴(kuò)散半徑的計(jì)算，僅對(duì)實(shí)際施工過(guò)程中的滲透注漿效果進(jìn)行評(píng)估提供初步依據(jù)。在土間隙0.1cm的情況下，擴(kuò)散半徑能達(dá)到32.76cm，基本能滿足注漿設(shè)計(jì)每0.5米一根壓降樁的需求。

2.注漿計(jì)算的參數(shù)假定不是非常合理。如漿液的擴(kuò)散認(rèn)為是球面擴(kuò)散，而實(shí)際注漿中由于漿液自重，導(dǎo)致擴(kuò)散范圍傾向于圓錐體。且現(xiàn)階段注漿很大一部分依靠的還是經(jīng)驗(yàn)公式，所以對(duì)于某些參數(shù)來(lái)說(shuō)只有假定值。

3.在實(shí)際注漿過(guò)程中，漿管在不同深度所在的土層土質(zhì)有所差異；不同深度所在土層的孔隙大小也有較大出入。特別是粉砂土地段的鐵路立交，由于長(zhǎng)期水土流失，造成管涌。其土層孔隙可能大于10cm，對(duì)注漿擴(kuò)散半徑計(jì)算的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大影響。

4.賓漢姆流體漿液擴(kuò)散公式的使用主要基于考慮漿液的流體特性。實(shí)際上，土體裂隙寬度在路基環(huán)境中不但存在變化，并且由于地下水的作用具有一定的方向性。漿液在土體中流動(dòng)所受的摩擦力，以及列車通過(guò)時(shí)對(duì)漿液的影響等都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果造成影響。

5、建議

可采用紅外、超聲波等雷達(dá)探測(cè)路基滲透注漿后的實(shí)際加固效果，并鉆取土樣進(jìn)行比對(duì)，得出分析結(jié)論。統(tǒng)計(jì)路基加固第一手?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合近年來(lái)多次加固路基的資料，通過(guò)計(jì)算、理論分析、數(shù)據(jù)歸納與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)合，更好為鐵路路基加固施工現(xiàn)場(chǎng)提供理論及數(shù)據(jù)分析。