马丽娜，等：劈裂注浆模拟试验设计及工程应用 ・６７・ 劈裂注浆模拟试验设计及工程应用 马丽娜，严松宏 （兰州交通大学，兰州７３００７０） 摘要：针对目前既有线路湿陷性黄土路基采用劈裂注浆加固措施，存在不可能全部进行现场试 验的矛盾，介绍了模拟现场进行实验室试验的方法，并研制了一套适合应用于注浆的装置，对装置的 设备、功能等进行了说明，并将实验室注浆与现场注浆的效果进行比较，验证了试验的合理性、可 行性。 关键词：劈裂注浆；试验设计；模拟现场；湿陷性黄土；效果比较 中图分类号：Ｕ２１３．１ ４；ＴＵ４７２．５文献标志码：Ａ文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０５—００６７—０３ ０前言 研究注浆机理：如挤压注浆、渗透注浆、劈裂注浆的 施工方法的机理；④可研究浆脉走势，分析注浆效 果；⑤可用以确定注浆压力、扩散半径等参数。 １．２试验方案 目前我国西部地区既有线普遍存在湿陷性黄土路 基，在自生或一定荷载作用下受水浸湿后其结构迅速 破坏而发生显著下沉，造成线路几何尺寸的破坏…。 为此，许多单位利用劈裂注浆法对黄土路基进行补强 依托实际工程，选择水灰比为０．６，受注土体为 黄土，浆液中掺入：黄土２０％，细砂２５％，粉煤灰 ３０％，减水剂１．０％（均为水泥重量的百分比）。根 据经验和劈裂注浆加固要求和实验室注浆设备，选择 注浆压力分别为０．２５，０．３０，０．３５ ＭＰａ进行试验。 试验系统组成见图１，注浆管采用注浆花管的形式， 管长１ ０００ ｍｍ，每隔１００ ｍｍ对穿钻孔５．５ ｍｍ。 和加固，但效果有好有差。一般，应先对湿陷性黄土 路基病害进行调查分析，掌握黄土路基的特点及形成 原因，对劈裂注浆的浆液配方、施工工艺及适用性进 行精心分析、科学设计。由于现场试验受诸多条件限 制，不可能全部在现场进行，本文介绍的模拟现场试 验分析，得到一套切实可行的工艺指标和施工方案， 对工程具有现实意义。 １模拟现场试验设计 １．１试验装置 针对劈裂注浆，目前国内外没有统一的试验仪 器，仅国内煤炭科学院研制了裂隙注浆模拟试验装 置，水利水电科学研究院刘亮材高级工程师等人建立 了平板式注浆模拟试验台 。本文结合劈裂注浆试 验，研制了一套上层注浆试验设备。考虑到一次可进 行多个参数的试验及平行试验，将模型设计成长方 体，外形净尺寸长２ ３４０ ｍｍ，宽６３５ ｍｍ，高６７４ ｍｍ。箱体上设计有三套注浆管路系统，既可同时注 浆，也可单独注浆。 试验装置的主要功能：①可进行不同土层可注性 注：１一注浆泵：使用ＵＢＨ一３型灰浆泵．灰浆输送量为３ｍ３／ｈ；２－注 浆试验箱；３－浆液箱；４－高压注浆管；５－压力表；６－球阀；７－排 气管：８一进浆管。 图１试验系统装置 ２试验结果与分析 ｌ４ Ｊ 在实验室分别做了不同浆液配比在注浆压力为 ０．２５，０．３０，０．３５ ＭＰａ下土体的各性能指标的变化试 验，经过分析认为压力０．３０ ＭＰａ的效果理想，现重 试验研究和分析；②可进行不同土层注浆模拟；③可 收稿日期：２００９—０７—０１ 点介绍其力学性能的变化情况。具体试验是将注浆土 体养护三天后取样，按照土工试验方法与规范，环刀 取样；每组布４０个点，纵向上分五层，距注浆试验 箱上边缘的距离分别为１７４，２７４，３７４，４７４，５７４ 基金项目：铁道部科技研究开发计划项目（２００７Ｇ０２７） 作者简介：马丽娜（１９８５一），女，陕西渭南人。硕士研究生，主 要从事岩土与地下工程研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｍａｌｉｎａ１９８５４６ ＠１２６．ｅｏｍ。 ｍｍ，在各层径向每层设置两个点，距离注浆管分别 ・６８・ 路基工程 Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ ２０１０年第５期（总第１５２期） 为１００，２００ ｍｍ。测得指标见表１。 表１压力０．３０ ＭＰａ注浆后土体力学性能 从表１看出，距离注浆管１００ ｍｍ处，随着深度 的逐渐增加湿密度呈递增趋势，说明土体被挤压密 实，而距注浆管２００ ｍｍ处，湿密度随着深度的增加 而增加，但当增加到某一深度后湿密度增幅趋势较 小。干密度在距离注浆管较近（１００ ｍｍ）处变化呈 先增后降趋势，而距注浆管较远处（２００ ｍｍ）干密 度变化较为明显。内摩擦角随深度增加而呈现先增后 减的趋势，粘聚力随深度增加而递增。 ３ 工程应用 ３．１注浆施工 结合天一兰线Ｋ１１４８＋１３０处注浆设计为：在路 基两侧打孔注浆，两排桩沿边坡方向间隔３ ｍ，上下 两排及两侧桩交错布置呈梅花状，注浆形成桩径３５０ ｍｍ，每延米水泥用量不小于６０ ｋｇ，钻孔施工从上而 下进行，同排桩隔桩施工，沿线以１５ ｍ为一施工阶 段，注浆压力０．３ ＭＰａ，注浆桩布置如图２。 图２路基注浆管安装横断面（单位：ｍ） 原状土及注浆３天后测黄土各项指标见表２和 表３。 从表２、表３看出，随着深度的增加湿密度呈递 增趋势，干密度由先增后降；内摩擦角随着深度的增 加亦呈现先增后减，粘聚力随深度增加而递增。这里 重点对土体粘聚力变化情况进行分析说明，见图３、 图４ 表２原状土各项力学性能指标 表３ 注浆压力０．３０ ＭＰａ注浆后土体力学性能 ７Ｏ ６Ｏ 日呈５０ ４０ 囊３０ ２０ １Ｏ Ｏ ｌ ２ ３ ４ ５ ６ 测试点位 一注浆前粘聚力 一注浆后粘聚力 图３注浆前后粘聚力比较（距１００ｍｍ土样） ７０ ６０ 曼５０ ４０ 鬓３０ ２０ １０ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ 测试点位 一注浆前粘聚力 一注浆后粘聚力 图４注浆前后粘聚力比较（距２００ｍｍ土样） 马丽娜，等：劈裂注浆模拟试验设计及工程应用 ・６９・ 图３为注浆管距注浆路基取土点为１００ １Ｔｉｍ处， 土体注浆前后粘聚力变化情况，图４为注浆管距注浆 路基取土点为２００ ｍｍ处，土体注浆前后粘聚力变化 情况。从图３、图４看出，注浆后土体的粘聚力明显 （１）注浆前。在图５中，１．３ Ｉｌｌ以下填土和老地 面均为低阻区，根据电阻率变化推断：沿测线方向 ６．０～７．５ ｍ处，埋深２．０ １ＴＩ左右位置存在的相对高阻 透镜体推断为充填陷穴（ １异常），电阻率２００ ｎ・ｉｎ 左右；沿测线方向８．５～１１．２ ｉｎ，下行线埋深１．０ ｉｎ 得到提高，且与实验室的结果较接近，这既说明了实 验室试验对真实路基模拟注浆的可行性，又说明通过 劈裂注浆达到了加固的目的。 ３．２质量检测 左右位置存在的高阻透镜体推断为干燥的道碴陷槽 （ ２异常），电阻率大于１ ０００ ｎ・ｉｎ。 （２）注浆后。在图６中， １异常在注浆后电阻率提 高到１０００ ｎ・ｉｎ以上，且高阻范围扩大２倍以上（图 像中黑线范围），周围的地层电阻率因浆液渗透也明显 增大，强度提高，改善了路基地层条件； ２异常由于注 浆影响，浆液充填了道碴的空隙，使地层的电阻率下 降到与周围地层电阻率一样的水平，消除了道碴陷槽 的影响，同样使路基地层条件得到良好改善。 ４结语 采用高密度电法对加固区的工程质量进行检测， 其加固前后的比较结果如图５、图６。 长度／ｍ １．Ｏ ３．Ｏ ５．０ ７．０ ９．０ ｌ１．０ 一１ 鲁一２ 赚一３ 一ｄ 通过实际工程的室内模拟与现场相互验证，由注 …反演模型（反演次数：３，拟合方差：８－２％） 浆装置测得的数据具有适用性，解决了现场试验难以 进行的不便，为理论研究提供了更方便的手段和方 图５注浆前横断面高密度电法图像 法，也为进一步研究劈裂注浆机理、浆液选配、施工 工艺提供借鉴和参考。 参考文献： ［１］宋焱勋，王兴刚．陇东地区黄土湿陷性研究［Ｊ］．土工基础，２００４， １８（４）． 长度／ｉｎ ０ ３．Ｏ ５．０ ７．０ ９．０ —１ 一２ ［２］邹强砂土层中超细水泥注浆机理的试验研究［Ｄ］ 安徽理工大学硕 账一３ —士论文，２００６：５５—７８． ４ ［３］戴鸿麟．ＤＴ一９２，土工试验规程［Ｓ］．北京：北京地质出版社，１９８４： ２５—３４． 反演模型（反演次数：２，拟合方差：１１．０％） ［４］南京水利水电科学研究院．ＳＬ２３７，土工试验规程［ｓ］ 北京：中国水 利水电出版社，１９９９：３０—６２． 图６注浆后横断面高密度电法图像 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｔｅｓｔ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ ＭＡ Ｌｉ—Ｈａ，ＹＡＮ Ｓｏｎｇ－ｈｏｎｇ （Ｌａｎｚｈｏｕ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｓｉｔｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｏｆ ａｌｌ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｓｉｔｅ ｔｅｓｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ａｎｄ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｈａｔ ｏｆ ｓｉｔｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｔｈｉｓ ｔｅｓｔ ｉｓ ｖｅｒｉｉｆｅｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｃｔｕｒｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｔｅｓｔ ｄｅｓｉｇｎ；ｓｉｔｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ；ｅｆｆｅｃｔ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ
