變態(tài)混凝土成孔注漿漿液擴(kuò)散研究

燕 喬,徐 楓,莫世遠(yuǎn),李 亮

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北宜昌 443002)

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變態(tài)混凝土成孔注漿漿液擴(kuò)散研究

燕 喬,徐 楓,莫世遠(yuǎn),李 亮

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北宜昌 443002)

摘 要：為探究變態(tài)混凝土注漿漿液擴(kuò)散情況,根據(jù)變態(tài)混凝土注漿的特點(diǎn),建立注漿模型,分析影響注漿效果的主要因素,根據(jù)注漿擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果,用多元回歸分析各個(gè)試驗(yàn)因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響,得出各個(gè)參數(shù)之間的定量關(guān)系式。通過對公式中的自變量和因變量的相關(guān)系數(shù)分析,可知注漿擴(kuò)散情況與受注介質(zhì)的注漿壓力、單孔注漿量以及漿液的水膠比具有較強(qiáng)的相關(guān)性。該研究所得公式可以指導(dǎo)變態(tài)混凝土注漿施工,優(yōu)化變態(tài)混凝土注漿施工工藝。關(guān)鍵詞：變態(tài)混凝土；注漿；擴(kuò)散；多元回歸分析；單孔注漿

2016,33（02):91-93,99

1 研究背景

變態(tài)混凝土是指在碾壓混凝土拌合物中加入適量的水泥灰漿（一般為變態(tài)混凝土量的4%～7%),使其具有可振性,再用插入式振搗器振動(dòng)密實(shí),形成一種具有常態(tài)混凝土特征的混凝土。變態(tài)混凝土的加漿方式有成孔注漿法和表面鋪漿法2種,成孔注漿法是在一個(gè)碾壓層混凝土攤鋪后,均勻地在混凝土面上垂直造孔,然后將漿液注入的施工方法。

平班水電站及溪柄拱壩［1］變態(tài)混凝土試驗(yàn)段試驗(yàn)結(jié)果說明,二級配變態(tài)混凝土防滲能力較低,為加漿不均勻所至,由此可見,均勻加漿在變態(tài)混凝土施工中顯得很重要。解決注漿漿液均勻性問題的一種方法是需要知道插入式成孔注漿設(shè)備注漿漿液的擴(kuò)散情況,根據(jù)漿液擴(kuò)散范圍可以確定注漿孔的間排距。

對于變態(tài)混凝土注漿漿液擴(kuò)散的研究,吳旭、彭衛(wèi)平等［2］根據(jù)變態(tài)混凝土特性推導(dǎo)了一種變態(tài)混凝土施工中注漿擴(kuò)散施工方法,如式（1)、式（2)。

式中: r1為漿液擴(kuò)散半徑；Δp為注漿壓力；t為注漿時(shí)間；e為孔隙率；Dp為骨料平均顆粒直徑；r0為注漿管半徑；ρ為密度；μg為黏度；L0為實(shí)際間距。

該變態(tài)混凝土施工中注漿擴(kuò)散半徑方法考慮的注漿因素比較多,在施工現(xiàn)場很難全部測到,所以應(yīng)該根據(jù)施工現(xiàn)場情況,得到切合實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)公式來指導(dǎo)注漿施工。本文將針對變態(tài)混凝土現(xiàn)場施工的特點(diǎn),探討一種適用于變態(tài)混凝土現(xiàn)場注漿施工的擴(kuò)散半徑理論計(jì)算方法,將注漿擴(kuò)散理論應(yīng)用到變態(tài)混凝土注漿施工的實(shí)際情況,豐富注漿擴(kuò)散理論的應(yīng)用范圍［3］。

2 變態(tài)混凝土注漿

2.1 變態(tài)混凝土注漿模型

在變態(tài)混凝土中注漿首先需要確定注漿模型,根據(jù)本注漿設(shè)備的特點(diǎn),注漿采用多孔注漿頭從側(cè)面注漿,注漿孔分上下2排,每一排均勻設(shè)置3個(gè)孔。離注漿頭底端35 cm處有一擋板,擋板的作用主要是防止?jié){液冒漿,另外還可以標(biāo)記打孔時(shí)的孔深。變態(tài)混凝土注漿模型如圖1。

圖1 變態(tài)混凝土注漿模型Fig.1 Schematic diagram of grouting model of groutenriched roller compacted concrete

2.2 影響注漿因素

變態(tài)混凝土成孔注漿設(shè)備可以根據(jù)不同注漿要求,通過控制系統(tǒng)調(diào)整注漿壓力與注漿時(shí)間,漿液的水膠比極大程度上決定了其流變性能,碾壓混凝土的平均顆粒直徑是影響混凝土拌合物滲透性的指標(biāo),因此影響變態(tài)混凝土注漿效果的主要因素有注漿壓力、單孔注漿量、水膠比、平均顆粒直徑。

注漿時(shí)可通過控制系統(tǒng)設(shè)置不同的注漿壓力,觀測在不同的注漿壓力下漿液滲透擴(kuò)散情況。經(jīng)過注漿壓力多次試驗(yàn)得知,系統(tǒng)中設(shè)置注漿壓力范圍為1.5～2.0 MPa。

單孔注漿量是以調(diào)整注漿時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)需要調(diào)整注漿時(shí)間,可以得到需要的單孔注漿量。根據(jù)《水工碾壓混凝土施工規(guī)范DLT5112—2009》,加漿量應(yīng)根據(jù)具體要求經(jīng)試驗(yàn)確定,與VC（指按試驗(yàn)規(guī)程,在規(guī)定的振動(dòng)臺(tái)上將碾壓混凝土振動(dòng)達(dá)到合乎標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間)值有關(guān),一般為變態(tài)混凝土量的4%～7%,根據(jù)加漿量的百分比算出單孔注漿量,通過控制單孔注漿量來控制加漿量試驗(yàn)。

水泥粉煤灰漿液的水膠比［4］很大程度上決定了其流變性能,從而影響注漿過程中漿液的滲透。根據(jù)變態(tài)混凝土施工中水泥粉煤灰漿液水膠比的使用經(jīng)驗(yàn),大致范圍為0.4～0.7。

碾壓混凝土拌合物的滲透性取決于其顆粒組成、孔隙大小及其結(jié)構(gòu),因此,平均顆粒直徑是影響混凝土拌合物滲透性的重要指標(biāo)。另外平均顆粒直徑與碾壓混凝土的級配有關(guān),二級配和三級配的平均顆粒半徑有很大不同,根據(jù)統(tǒng)計(jì),平均顆粒直徑范圍為1.0～2.5 cm。影響變態(tài)混凝土注漿效果的主要因素見表1。

表1 影響注漿效果的主要因素Table 1 Main factors affecting grouting effect

因?yàn)樽{試驗(yàn)需要大量的試驗(yàn)材料和人力,所以在不影響試驗(yàn)結(jié)果的情況下,應(yīng)該盡量減少試驗(yàn)次數(shù)。試驗(yàn)選用均勻設(shè)計(jì)法進(jìn)行試驗(yàn),根據(jù)均勻設(shè)計(jì)使用表,將注漿壓力P設(shè)為因素1,單孔注漿量Q為因素2,水膠比M設(shè)為因素3,平均顆粒直徑設(shè)為因素4,經(jīng)均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)后的注漿因素排列見表2。

2.3 變態(tài)混凝土注漿試驗(yàn)

攤鋪碾壓混凝土?xí)r應(yīng)一起埋設(shè)傳感器,傳感器按不同高程與不同寬度埋設(shè),然后在攤鋪好的碾壓混凝土表面,用成孔注漿設(shè)備垂直造孔,成孔后按照表2中的注漿因素分別做注漿漿液擴(kuò)散試驗(yàn),將注漿過程中檢測到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下來,見表3。

表2 均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)后的注漿因素Table 2 Grouting factors after average design test

表3 注漿因素及漿液擴(kuò)散半徑統(tǒng)計(jì)Table 3 Summary of grouting factors and diffusion radius of slurry

3 漿液擴(kuò)散機(jī)理研究

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理選用多元線性回歸分析,線性回歸是基礎(chǔ),有許多不是線性關(guān)系的也可以轉(zhuǎn)化為線性回歸來求解［5］。由試驗(yàn)分析可知,試驗(yàn)結(jié)果與影響因素之間并非線性關(guān)系,而是冪函數(shù)關(guān)系,因此設(shè)其基本模型為

式中:R為漿液的擴(kuò)散半徑；P為注漿壓力；Q為單孔注漿量；M為水膠比；DP為平均顆粒直徑。令y＝lgR,a＝lgA,x1＝lgP,x2＝lgQ,x3＝lgM,x4＝lgDp,可將上述模型化為線性回歸模型,即

針對本文進(jìn)行的變態(tài)混凝土成孔注漿漿液擴(kuò)散試驗(yàn),首先對表3中的注漿因素和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換,然后將所給模型在統(tǒng)計(jì)分析SPSS 17.0軟件中進(jìn)行分析,可得回歸模型的偏回歸系數(shù)a＝1.179 2,B＝0.839 1,C＝0.308 8,D＝0.340 6,E＝0.030 8。經(jīng)轉(zhuǎn)換,可求得A＝101.179 2＝15.107 8。

回歸方程得

在現(xiàn)實(shí)注漿施工中,水膠比和平均顆粒直徑可以根據(jù)漿液和碾壓混凝土的配合比計(jì)算出來,注漿壓力可以通過注漿設(shè)備系統(tǒng)設(shè)置。當(dāng)注漿壓力、水膠比、平均顆粒直徑確定后,由公式可計(jì)算不同單孔注漿量所能達(dá)到的擴(kuò)散半徑值R,如表4和圖2所示。

表4 不同打孔注漿量下漿液的擴(kuò)散半徑Table 4 Diffusion radius of slurry with different grouting volumes

圖2 單孔注漿量與漿液擴(kuò)散半徑關(guān)系Fig.2 Relationship between grouting volume of single-hole and diffusion radius of slurry

從表4和圖2可以看出:隨著單孔注漿量的增加,漿液的擴(kuò)散半徑隨之增大,漿液的擴(kuò)散半徑受單孔注漿量的影響較大。

從公式中的自變量和因變量的相關(guān)系數(shù)可知,注漿擴(kuò)散情況與受注介質(zhì)的注漿壓力、單孔注漿量以及漿液的水膠比有較強(qiáng)的相關(guān)性,平均顆粒直徑影響系數(shù)小,說明相關(guān)性較小。

4 工程應(yīng)用

在云南某水電站施工過程中,為了驗(yàn)證變態(tài)混凝土注漿設(shè)備的注漿效果,在試驗(yàn)場地進(jìn)行了漿液在碾壓混凝土中的擴(kuò)散試驗(yàn),在碾壓混凝土中預(yù)埋設(shè)傳感器。

根據(jù)變態(tài)混凝土施工要求,分別選取碾壓混凝土二級配和三級配,通過粒徑計(jì)算,本試驗(yàn)采用的二級配平均顆粒直徑為1.3 cm,三級配平均顆粒直徑為2.1 cm；水泥漿液配合比統(tǒng)一,水膠比為0.5；注漿壓力根據(jù)注漿設(shè)備的控制系統(tǒng)設(shè)置,分別選擇1.6 MPa和1.8 MPa；單孔注漿量采用2L和3L。根據(jù)現(xiàn)場注漿情況,將檢測結(jié)果列于表5中,再與求得的公式計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析。

經(jīng)過表5的對比,可以發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場檢測的結(jié)果偏小,可能是因?yàn)閯傋{后漿液還沒有擴(kuò)散完?？傊?現(xiàn)場檢測的結(jié)果與公式計(jì)算得出的結(jié)果相差不大,可以作為注漿設(shè)備的漿液擴(kuò)散公式。將求得的公式輸入到設(shè)備上,可以根據(jù)現(xiàn)場施工的不同情況,調(diào)整注漿孔的間排距,以滿足注漿擴(kuò)散要求。

表5 漿液的擴(kuò)散半徑公式結(jié)果與實(shí)際對比Table 5 Comparison between calculated data and measured data of diffusion radius of slurry

5 結(jié) 論

（1)本文根據(jù)變態(tài)混凝土注漿的特點(diǎn),建立注漿模型,分析影響注漿效果的主要因素,根據(jù)注漿擴(kuò)散試驗(yàn)結(jié)果,用多元回歸分析各個(gè)試驗(yàn)因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響,得出各個(gè)參數(shù)之間的定量關(guān)系式。通過對自變量和因變量的相關(guān)系數(shù)分析,可知注漿擴(kuò)散情況與受注介質(zhì)的注漿壓力、單孔注漿量以及漿液的水膠比有較強(qiáng)的相關(guān)性。

（2)變態(tài)混凝土注漿施工前,漿液的水膠比與混凝土的配合比是固定的,根據(jù)混凝土的配合比可以算出平均顆粒直徑；確定適合工程的注漿孔間排距,根據(jù)工程要求的加漿量,可以計(jì)算出單孔注漿量,然后根據(jù)間排距的范圍確定擴(kuò)散范圍；最后應(yīng)用本文求得的公式就可以確定注漿壓力。

（3)在施工過程中,可以根據(jù)不同的需要,調(diào)整注漿系數(shù),達(dá)到工程要求的效果。本公式的應(yīng)用,可以指導(dǎo)變態(tài)混凝土注漿施工,優(yōu)化變態(tài)混凝土注漿施工工藝。

參考文獻(xiàn)：

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［4］ 紀(jì)國晉,陳改新,姜福田.變態(tài)混凝土漿液的試驗(yàn)研究［J］.水利水電科技進(jìn)展,2005,（6):31-33.

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（編輯:趙衛(wèi)兵)

Slurry Diffusion in Grout-enriched Roller Compacted Concrete

YAN Qiao,XU Feng,MO Shi-yuan,LI Liang
（College of Hydraulic and Environment Engineering,China Three Gorges University,Yichang 443002,China)

Abstract:Grout-enriched roller compacted concrete（GERCC) is a kind of RCC for resisting dam seepage, by applying cement grout to normal RCC and vibrating compaction. To research the slurry diffusion in GERCC, we establish a grouting model and analyze main factors influencing the effect of grouting. According to test results of grouting diffusion and by using multiple regression analysis, we obtain the influence of each factor on the test results and the quantitative relationship among various parameters. Through correlation coefficient analysis of independent and dependent variables in the formula, we find that the grouting diffusion is closely correlated with the grouting pressure of material subjected to injection and the single-hole grouting volume as well as water-cement ratio of slurry. Finally, the research results can be referenced for construction and technique improvement of GERCC grouting.

Key words:grout-enriched roller compacted concrete；grouting；diffusion；multiple regression analysis；single-hole grouting

作者簡介：燕 喬（1975-),男,湖北黃岡人,副教授,主要研究方向?yàn)樗こ淌┕ぜ夹g(shù)與組織管理,（電話)13972608620（電子信箱) 372979121@ qq.com。

收稿日期：2014-10-08;修回日期：2015-02-08

doi:10.11988/ ckyyb.20140854

中圖分類號：TV544.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-5485(2016)02-0091-03