邊坡層狀巖體中的錨管注漿試驗及研究

徐曉峰

注漿技術是工程建設中地質改良的重要手段。自1802年,法國土木工程師查理斯?貝里格尼(Charles Berigny)第一次將注漿技術應用于修復被水流侵蝕的擋潮閘的礫土地基取得巨大突破開始,隨后注漿技術就被許多西方國家廣泛應用于基礎工程,水壩及礦山工程中;同時,隨著注漿技術的廣泛應用,注漿材料及施工技術得到了較大的發展,注漿材料從最早的石灰和黏土、水泥,發展到水泥—水玻璃漿液等各種化學漿液[1]。近年來,隨著我國高速公路建設的發展,公路建設的范圍也由城市轉向了山區,其中如何處理不良地質現象在巖土工程中顯得尤為突出,而應用注漿技術不僅可以有效的加固不良地質現象,而且在邊坡防護及隧道支護工程中也具有廣泛的應用價值[2]。本文對湖南省內的張常高速公路其K129段一巖石邊坡的不良地質現象,巖體加固采用注漿方案及注漿中漿液在該規則巖層中的擴散特點進行研究。

1 注漿試驗現場的工程地質及水文概況

K129段巖石邊坡為順向坡,從巖性上看基本由灰巖和部分砂巖組成,巖層呈單斜構造,巖層產狀為:走向為40°～60°,傾向為 310°～ 330°,傾角在 38°～ 46°之間,其走向與路線方向,傾向與坡向基本一致。巖層厚度為0.5 m～1.5 m,層間隙面光滑,有少量黏土質或巖屑充填,隙寬1 mm～2 mm。邊坡表層發育著的節理主要有兩組,其產狀分別為:走向 75°,傾向 SE,傾角 60°～ 70°;走向350°、傾向SW,傾角 70°～75°,呈X 形組合,前者隙面粗糙,隙寬1 mm～2 mm,無充填物,具微張特征;后者隙面光滑,隙寬2 mm～4 mm,黏土充填,延伸距離大于前者,延伸長在幾米到幾十米之間,但經坡面開挖揭露發現,局部由于爆破或削坡作用出現大裂隙。

2 錨管注漿試驗研究

2.1 主要的儀器設備

主要的設備有:YT-24型鉆機1臺;BWT-8Y液壓注漿泵1臺,

其最大輸出壓力為8 MPa;壓力表兩個,其最大量程為0 MPa～

4 MPa;立式水泥攪拌機1臺,其攪漿能力為167 L/min～250 L/min;水泥漿輸送和回漿管各一根;自制鋼接頭一個;JMDL-2110A智能數碼位移計一個。

2.2 注漿試驗工藝

首先搭好施工平臺,然后采用YT-24鑿巖機進行鉆進,開孔直徑為40 mm,孔深為4 m～6 m,水平角為20°,孔隙偏差按規定不超過1%,其孔位布置圖如圖1所示。

2.3 試驗流程

試驗流程見圖2。

2.4 注漿中注漿壓力的控制方法

在進漿管、回漿管及注漿錨管之間有一自制鋼接頭連接,上面附有壓力表和兩個流量控制開關,一個控制進漿管的流量,一個控制回漿管的流量。通過控制開關來調節流量的大小達到調節壓力的目的。

2.5 注漿中地表位移監測及注入率的確定方法

事先將觀察孔打入地層8 m深(比注漿孔要深),在孔中插入長鐵管(10 m),將鐵管下半部固緊以作為不動點,然后在鐵管露出坡面部分安一根橫向鋼管,橫向鋼管升到注漿孔位置附近,再安裝JMDL2110智能數碼位移計進行監測,防止巖層發生過大的抬動。注入率的確定方法:每1 min測量漿液攪拌機(雙層:上層攪漿,下層可以儲漿)中液面下降的高度1次,再由液面下降的高度乘以圓形攪拌機截面積得到每分鐘的注入量即注入率。

2.6 注漿實驗結果分析

圖3～圖5是注漿中得出的一系列關系:

1)從圖3和圖4可以看到,圖5中由于其裂隙和其中存在黏土質或其他充填物形成了封閉空間,隨著注入量的不斷增加,其漿液在有限空間中的填滿,其注入難度會不斷增大,而其可提供的最大注入壓力不能超越臨界擴散壓力,所以造成注入率同注漿壓力呈下降趨勢,而圖中看出恰好有明顯的反比關系;同樣在圖4中可以看到同一注漿壓力下,其注入率隨時間呈明顯的線性減小。在圖5中可以看到在注漿壓力達到1.7 MPa時,注入率和壓力突然發生變化(智能位移計沒有大的變化),注入率增大,而注漿壓力減小,這主要是由于較高的注漿壓力劈開裂隙形成新的滲流通道所致[3]。

2)注漿擴散范圍具有不規則性:由于巖石層理間裂隙中存在不同的充填情況,而造成水泥漿在擴散過程中各個方向遇到不同阻力從而出現擴散的不規則性。在實驗一區I4孔注漿中,中間檢查孔沒有出現冒漿,而在與I4孔相隔4 m的地方一表面裂隙中出現大的冒漿。從表面裂隙滲出的水泥漿進行封堵情況中發現,水泥漿并沒有沿著其孔周圍的所有裂隙進行滲透,還有部分裂隙中沒有水泥漿進入,因此在沒有考慮巖體裂隙充填情況下,根據孔周圍的裂隙分布采用蒙特卡洛法而獲得巖體裂隙注漿過程模擬還是具有較大的不準確性。

I5,I6,I7由于其孔周圍可能遇上大的裂隙帶而出現開始時注漿壓力為0,水泥漿液直往注漿錨管中進漿,回漿管中沒有流出,其注入率一直保持在40 L/min左右,經采取減小水灰比的辦法沒有獲得效果,最后采取讓其間歇一段時間再用水泥灌注水泥砂漿的辦法獲得解決。

3 結語

1)在注漿中,雖然注漿壓力的增大其注入率在不斷下降,但其注入量一直在不斷增加;同時注漿壓力的提高,可以為消除擴散空間的封閉性進一步增大擴散范圍和相應的提高注入量,從而達到更好的注漿效果作準備。2)介質充填物的存在對漿液在巖體中的滲流規律有很大的影響,因此在模擬巖體裂隙注漿時,不僅要調查巖體中的節理裂隙規律,還要對其中的充填情況作進一步的調查。3)由于注漿中,水泥漿從表面裂隙中滲出,影響注漿壓力的進一步提高,因此需要在注漿前,在表面上噴射一層混凝土進行處理,以獲得更好的擴散效果。

[1] 廖樹鐘,鄭志鐘.注漿技術在隧道圍巖中的應用[J].重慶交通學院學報,2001,20(2):103-105.

[2] 中國巖石力學與工程學會巖石錨固與注漿技術專業編委會.錨固與注漿技術手冊[M].北京:中國電力出版社,1999.

[3] 楊米加.裂隙巖體注漿滲流規律[J].水利學報,2001(7):41-46.