公路下伏采空区注浆处治泡沫轻质土新型材料试验研究

为解决西北部地区公路经过采空区采用常规水泥粉煤灰浆液注浆处治存在的问题,采用阴、阳离子型泡沫剂,对水泥粉煤灰浆液进行发泡改性,研制出一种新型泡沫轻质土注浆新材料。研究结果表明:泡沫轻质土新材料强度和密度随着水固比的减小而增大,随着水泥占固相比的增大而增大,随着泡沫溶液掺量增加而减小。提出了两种适用于公路一般路基、桥梁、隧道下伏采空区注浆处治的新型轻质注浆材料配比范围。     

水固比与固相比对注浆浆液性能影响试验

为提高采空区注浆治理效果,缩短施工时间。研究采空区治理中浆液配合比、添加剂对浆液性能、凝结时间等指标的影响,在满足治理技术要求的前提下,通过对不同水固比、固相比的试验研究,提出优化方案。实验结果达到了预期目标,同时又满足技术可行、措施有效、经济合理的目的。     

CFB灰-钢渣微粉多源固废协同注浆材料特性研究

为促进道路工程绿色发展，提高工业固废资源化利用率，采用循环流化床锅炉脱硫粉煤灰(CFB灰)、钢渣微粉(SSS粉)、脱硫石膏3种工业固废制备CFB灰-钢渣微粉多源固废协同注浆材料。通过室内试验，系统研究了原材料配比与水固比对注浆材料工作与力学性能的影响，并开展XRD和SEM试验，分析其水化作用机理。研究结果表明：水固比相同时，随CFB灰掺量的增加，浆液流动度与结石率增大，密度、析水率和结石体单轴抗压强度减小；CFB灰掺量相同时，随水固比增大，浆液析水率增加，流动度、密度、结石率及结石体单轴抗压强度减小；浆液流动度与结石体单轴抗压强度受水固比、CFB灰掺量影响显著，而浆液密度、析水率与结石率变化范围不大；析水率最高为4.2%、结石率最低为95.8%,28 d抗压强度最大达1.46 MPa。综合考虑各工作与力学性能，建议CFB灰掺量、SSS粉掺量及水固比的范围宜分别为35%～55%、30%～55%、1∶1.3～1∶1.5。CFB灰、SSS粉与脱硫石膏在浆液水化反应过程中可以起互补作用；SSS粉中C₂S、C₃S快速水化提供Ca²⁺     

泡沫轻质土的微观结构及其强度特性研究

为了探究泡沫轻质土的微观结构及其强度特性,分别选取4种不同配合比的泡沫轻质土样品,采用扫描电镜试验(SEM)分析各配合比下泡沫轻质土的微观结构特性,并从微观结构的角度进一步分析泡沫轻质土无侧限抗压强度的变化规律。结果表明:不同的水固比对泡沫轻质土微观结构形式和强度特性产生了显著的影响,随着水固比的减小,泡沫轻质土气孔的数量会显著减少,气孔的贯通程度会变浅,逐渐形成较密实和较完整的内部整体结构;微观结构越密实,气孔-孔壁结构越坚实且完整,则泡沫轻质土会表现出越高的强度特性;此外,泡沫轻质土内部存在少量带针状的水泥水化产物钙矾石晶体,其数量随着水固比的减小而减少。     

高抗渗注浆材料在水下地铁隧道地层加固中的研究与应用

为探讨高抗渗注浆材料在水下地铁隧道地层加固中的应用,采用普通水泥浆液掺加无碱速凝剂和高效减水剂的形式制备高抗渗注浆材料,通过室内试验分析普通水泥浆液在不同外加剂掺量条件下的浆液性能,以凝结时间、流动度和抗渗性能为主要指标对浆液的配比进行设计。室内试验结果表明,水灰比在0.65~1.0,调整浆液配合比,浆液流动度可达到230~270 mm,初凝时间小于2 h,抗渗等级大于P8,满足施工要求。在厦门地铁3号线五缘湾站—会展中心站区间斜井暗挖隧道现场2个循环注浆试验中,确定了3种注浆配比的应用条件,通过加固体强度和抗渗性2项指标实验分析,验证了高抗渗注浆材料具有良好的抗渗及加固地层效果。     

泡沫轻质土的性能试验研究

为了研究泡沫轻质土的性能与配合比之间的关系，通过室内试验，系统地分析了在不同的配合比设计下泡沫轻质土的流值、湿重度、无侧限抗压强度的变化规律。结果表明:在其他条件保持一致的情况下，随着水固比的减小，泡沫轻质土的流值会逐渐减小，而泡沫轻质土的湿重度和无侧限抗压强度会逐渐增大；同时，掺入适量的粉煤灰有利于提高泡沫轻质土的性能。     

泡沫轻质土路堤底部基底压力分布特征及影响分析

泡沫轻质土是近几年广泛应用于高速公路路堤填筑等方面的一种新型轻质材料。考虑到泡沫轻质土路堤填料与传统路堤填料之间较大的差异性,结合广佛江一期试验段现场监测资料,采用数值分析方法对不同弹性模量下泡沫轻质土路堤底部基底压力分布特征进行了研究。结果表明:随着泡沫轻质土路基浇筑高度及弹性模量的增加,基底压应力分布不均匀性逐渐增加,所受拉应力及弯矩也逐渐增大;地基底面最大沉降及差异沉降量随着路基弹性模量增大逐渐减小,趋向于整体下沉。     

冻融循环作用下寒冷地区铁路路基泡沫轻质土填料性能衰减规律

通过冻融循环试验和无侧限单轴抗压试验，以水固比、泡沫溶液质量分数、冻融循环次数为控制因素，分析泡沫轻质土物理力学性能衰减规律。结果表明:冻融循环6次前的冻融劣化效应显著，12次之后土体结构趋于稳定；泡沫掺入量为10.0 %、水固比1∶1.2时试样的最终强度损失率为24.1 %，而泡沫掺入量为6.0 %、水固比1∶1.8时的强度损失率仅为6.3 %。冻融循环试验后的土样力学强度满足铁路基床应力环境要求，可为泡沫轻质土在寒区路基的应用提供参考。     

盾构隧道专用塑化剂对同步注浆浆液性质影响研究

为探究专用塑化剂对盾构隧道壁后注浆浆液性质的影响，通过室内试验对塑化剂不同掺量的同步注浆浆液性质进行测定，并通过固结试验装置探究改良后浆液在不同地层中的固结特性。研究表明： 1）盾构隧道盾尾壁后注浆专用塑化剂能够在不影响浆液强度的前提下，缩短浆液的凝结时间，随着塑化剂添加量的提高，浆液的泌水率、稠度、流动度都有减小的趋势； 2）专用塑化剂的最优掺量为0.4%~1.2%，在该范围添加量下，浆液的性能得到进一步提升，凝结时间会缩短； 3）改良后浆液在地层中的固结时间、沉降量、强度与地层性质相关，在粉质黏土、粉砂与粗砂3种地层中，改良后浆液固结完成时间依次减小，最终体积收缩率依次增大，28 d无侧限抗压强度依次减小。     

水泥基粉煤灰粉土气泡混合轻质土性能研究

以粉煤灰和粉土部分替代水泥制备气泡混合轻质土，研究水固比、引气剂掺量、粉土掺量、养护龄期及养护条件对无侧限抗压强度影响和轻质土抗干湿循环性能。结果表明:降低水固比能够增大抗压强度；湿密度由 1 000 kg/m3增大至1 200 kg/m3，28天抗压强度提高了37 %；随着粉土掺量增大，抗压强度降低；提高养护温度可提高早期抗压强度；制备的轻质土抗干湿循环性能较好。     

砂性地层盾构隧道壁后注浆浆液扩散室内试验

为了探明盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理,基于对壁后注浆过程的分析,设计由试验模型箱、注浆系统、浆液配制系统、测试及数据处理系统组成的模型试验系统,试验前首先对水泥浆液的特性进行测试,然后通过该模型试验系统分别对3种不同级配的砂样地层（对应不同分维数）进行牛顿流体、宾汉姆流体、幂律流体的壁后注浆室内试验。根据试验结果分析注浆过程中浆液流速、土体密度及含水率的变化规律,并结合理论计算分析浆液的充填率λ,超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂,浆液损耗系数λ₃,浆液在土体中的渗透系数及压密系数m的变化规律。结果表明：盾构隧道壁后注浆过程中,水灰比大小对浆液的流速、渗透扩散时间影响较大,砂样分维数对地层可注入时间的影响较为明显;浆液的充填率λ与水灰比大小有关,浆液损耗系数λ₃ 与水灰比呈正相关关系,不同砂样的超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂ 的数值变化不大;浆液在砂样中的渗透系数及压密系数m与砂样的分维数呈负相关关系;3种不同的流体注浆结束后,管片周围土体的密度与土体所处的深度成反比,随着深度的增加,土体密度的变化率减小且纵向上的离散性降低;周围土体的含水率与土体所处的深度成正比,随着深度的变化,含水率的变化率亦减小且在纵向分布上趋于某一确定值。     

复掺钢渣与矿渣的水泥-水玻璃双液注浆材料研究

为解决传统注浆材料耗费水泥量极大的问题,需研制出工作性能好和经济环保的注浆材料。通过对比不同体系双液注浆材料的性能,优选出复掺钢渣与矿渣的水泥-水玻璃双液注浆材料,并研究钢渣与矿渣的掺量、水玻璃的体积掺量及水灰质量比等对双液注浆材料工作性能、胶凝性能和抗压强度等的影响规律。研究结果表明： 当钢渣与矿渣的掺量为60%,水玻璃的体积掺量为 20%~30%、水灰质量比为0.7~1.0时,所制备的浆液凝胶时间可控,流动度在300 mm以上,3 d的抗压强度在13 MPa以上。     

煤矿斜井盾构施工壁后同步注浆的双浆液特性研究

以鄂尔多斯市台格庙煤矿盾构斜井为工程背景,对煤矿盾构斜井施工壁后同步注浆的双浆液特性进行试验研究,试验内容包括:流动度、泌水率、凝胶时间和抗压强度的测定。通过分析水灰比和水玻璃用量变化时的双浆液基本性能变化规律,得到适用于台格庙矿区盾构斜井施工壁后采用的水泥-水玻璃双浆液配合比。结果表明:当水玻璃用量不变时,随着水灰比的减小,双浆液的抗压强度逐渐增大,凝胶时间逐渐减小,流动度逐渐增大;当水灰比不变时,随着水玻璃用量的增多,双浆液的凝胶时间逐渐增大,抗压强度先增大后减小。     

新型酸性水玻璃注浆材料的研究与应用

针对城市地铁穿越砂层时注浆预加固的材料问题,研究磷酸-水玻璃注浆材料的凝胶时间、凝胶形态和砂土固结体强度的影响因素以及工程应用材料配比,设计磷酸-水玻璃注浆材料室内凝胶性能试验和砂土固结体强度试验,并与传统的硫酸-水玻璃注浆材料进行系统性对比,最后根据室内试验选择合适的材料配比进行现场注浆试验。试验结果表明:1)磷酸-水玻璃混合液中,当磷酸的掺量增大时,磷酸与水玻璃的体积比增大,混合液的pH值减小,凝胶时间增大,存在一一对应的关系;2)磷酸-水玻璃混合液的pH值是磷酸-水玻璃浆液凝胶时间和凝胶形态的决定性因素;3)磷酸-水玻璃浆液中磷酸质量分数、水玻璃波美度和混合液体积比分别变化时,加固体抗压强度稍有变化,影响较小。     

水泥浆液黏度对全风化花岗岩注浆加固效果的影响

水泥浆液是隧道与地下工程水害治理与地层加固的常用注浆材料。针对利用水灰比调节水泥浆液黏度的传统方法在注浆治理工程中存在的局限性,通过掺加2种外加剂实现了水灰比为1：1的水泥浆液的黏度和流动度在一定范围内动态可调。选取典型工程中遭遇的全风化花岗岩为被注介质,开展了注浆模拟试验,研究了不同黏度浆液在全风化花岗岩中的扩散规律,分析了浆液黏度对注浆加固效果的影响机制。研究结果表明：水泥浆液在被注介质中整体呈现劈裂扩散模式,随着浆液黏度的增大,主劈裂浆脉扩展形态由"三叉形"逐渐向"折线形"转变,主浆脉宽度变厚,被注介质的单轴抗压强度和抗剪强度不断提高;在水泥浆液黏度为24.6 s时,加固土体的单轴抗压强度提高了87%,内聚力和内摩擦角分别提升了220%和46.6%,内摩擦角与抗剪强度随浆液黏度的变化趋势基本一致,可见内摩擦角的提升可作为影响被注介质抗剪性能的关键指标;临近18.8 s的浆液黏度是浆脉扩展形态转变和被注介质强度增长速率变化的敏感黏度。研究成果可为全风化花岗岩及类似地层注浆治理工程中的注浆材料选型、黏度调控及加固效果评价提供技术参考。     

超细水泥注浆在青岛地铁隧道初期支护渗漏水治理中的试验研究

微裂隙型渗漏水是城市地铁隧道建设中经常遇到的工程问题,由于岩体裂隙网络发育空间的不均一性及裂隙尺寸微小导致的可注性差,其治理难度较大。针对青岛地铁二号线花岗岩地层微裂隙型渗漏水,通过工程地质与水文地质分析总结该类型渗漏水的治理难点,通过现场试验手段优选注浆材料,对比注浆效果与P-Q-t曲线,最终优选出800目超细水泥作为最佳注浆材料;提出孔口止浆与止浆塞止浆2种孔口管封闭工艺,并针对该类型渗漏水治理提出了止浆深度及注浆终压选择方法。通过工程对比与理论分析,确定了适用于青岛地铁隧道微裂隙型渗漏水的钻孔布置方法及注浆参数。研究成果成功应用于青岛地铁隧道渗漏水治理工程中,取得了良好的治理效果,可为类似工程提供借鉴。     

一种泥质软岩隧道纳米硅溶胶－铝酸盐水泥复合浆材设计及性能优化分析

针对泥质软岩隧道注浆加固需求以及常用单一浆材性能存在的弊端，将纳米硅溶胶和铝酸盐水泥作为主剂，按照硅溶胶∶水∶铝酸盐水泥为100 mL∶100 mL∶120 g的基本配比组成复合注浆材料进行研究。初期研究发现，简单将纳米硅溶胶与铝酸盐水泥复合会导致结石率低且结石体存在裂缝等问题。针对结石率问题，选取硅酸钠和硅酸盐水泥，研究各自掺量对结石率、3 d抗压强度和凝胶时间的影响规律，在满足结石率达到100%的前提下，以3 d抗压强度为主、凝胶时间为辅，综合得出硅酸钠为提高结石率的优选外加剂，推荐掺量为铝酸盐水泥的1%。然后，将硅酸钠掺量1%作为常规配比用于后续试验。针对开裂问题，选取硅灰、氧化镁、氧化钙和可再分散乳胶粉，研究各自掺量对裂缝、3 d抗压强度和凝胶时间的影响规律。在满足裂缝得到完全治理的前提下，以3 d抗压强度和凝胶时间为参考依据，得出氧化镁为防治开裂的优选外加剂，推荐掺量为铝酸盐水泥的0.6%。最后，基于界面过渡区理论，评估优化浆材对滇中引水香炉山隧洞泥岩的加固效果。结果表明，岩-浆界面过渡区宽度平均仅88.6 μm，显微硬度下降幅度较小，岩-浆结合处微结构较紧固。