李紅娜
(中鐵隧道集團(tuán)科研所,河南洛陽(yáng) 471009)
在巖土錨固工程中錨桿的支護(hù)作用,除縫管錨桿、水漲錨桿等摩擦式錨桿及樹脂卷錨桿外,多是通過(guò)在安裝孔內(nèi)注漿、待其硬化后在錨桿體與安裝孔間形成堅(jiān)實(shí)的注漿層而發(fā)揮出來(lái)的。注漿就是以壓力的形式把液態(tài)水泥質(zhì)漿體以一定的壓力注入到安裝有錨桿的地(巖)層鉆孔中的施工過(guò)程。錨桿注漿形成的錨固段提高了錨桿的承載力和安裝后的抗拔力;同時(shí),一定壓力的注漿可以使注漿體滲入地(巖)層的裂隙和縫隙中,提高錨桿周圍地層的強(qiáng)度和力學(xué)指標(biāo),從而起到固結(jié)地(巖)層、提高地(巖)層承載力的作用。此外包裹在錨桿體上的注漿層還對(duì)錨桿體起到隔離防護(hù)和防腐保護(hù)的效果。
由于水泥漿注漿材料具備的經(jīng)濟(jì)、方便和易操作性等諸多有利條件,目前在錨桿的安裝施工中,已被國(guó)內(nèi)外廣泛采用,且水泥漿的質(zhì)量直接影響到錨桿的錨固性能和永久性,其重要參數(shù)之一就是水泥漿液的配合比。
中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)CECS 22 2005《巖土錨桿技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定:注漿材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定,不得對(duì)桿體產(chǎn)生不良影響,宜選用灰砂比1∶0.5 ~1∶1 的水泥砂漿或水灰比0.45 ~0.50 的純水泥漿,必要時(shí)可加入一定量的外加劑或摻合料[1];而在GB 50086—2001錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范規(guī)定:水泥砂漿錨桿的水灰比宜為 0.38~0.45,同時(shí)一些有關(guān)錨固與注漿技術(shù)的書刊中多推薦最適宜的水灰比為0.40~0.45。為了更好地指導(dǎo)施工,取得合適的漿液配合比,筆者單位通過(guò)試驗(yàn),認(rèn)為采用較小的注漿液水灰比更適合于錨桿注漿,較大的水灰比的漿液雖有易于充填所鉆孔中的裂隙的優(yōu)點(diǎn),但其不利的弊端更多。
1)水泥。同力牌42.5,普通硅酸鹽水泥。
2)河砂。粒徑0.5 ~2 mm,細(xì)度模數(shù)1.3。
3)速凝劑。河南鞏義跨越2000,液體。
4)水。生活用水。
1)凝結(jié)時(shí)間。按照J(rèn)GJ 70—90《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)定。
2)漿液流動(dòng)度。按照T 0507—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)定。
3)漿液稠度。按照J(rèn)GJ 70—90《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)定。
4)抗壓強(qiáng)度。按照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)定。水泥凈漿的試模尺寸為70.7 mm ×70.7 mm ×70.7 mm;水泥砂漿的試模尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。
試驗(yàn)器材見(jiàn)圖1和圖2。
在參照規(guī)范及文獻(xiàn)[2-3]的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)水灰比過(guò)小的時(shí)候漿液流動(dòng)性太差,不滿足注漿要求,水灰比過(guò)大的時(shí)候凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),不滿足早強(qiáng)效果要求,只有4組試驗(yàn)分別滿足初凝時(shí)間在10 min左右,終凝時(shí)間在1 h之內(nèi)。
2.1.1 水泥凈漿漿液組成參數(shù)對(duì)漿液凝結(jié)時(shí)間影響
見(jiàn)圖3和圖4。
由圖3和圖4可以看出采用水灰比為0.4的水泥漿液在采用較小的速凝劑摻量時(shí)就可以滿足初凝時(shí)間10 min,終凝時(shí)間1 h的凝結(jié)時(shí)間,并且隨速凝劑摻量的增加終凝時(shí)間可以縮短更多,有利于漿液凝結(jié)時(shí)間控制,在早期達(dá)到黏結(jié)強(qiáng)度。
2.1.2 水泥砂漿漿液組成參數(shù)對(duì)漿液凝結(jié)時(shí)間影響見(jiàn)圖5和圖6。
圖5 水灰比0.4,灰砂比1.0的漿液不同速凝劑對(duì)漿液凝結(jié)時(shí)間的影響曲線Fig.5 Curves of setting time of grout with 0.4 water-cement ratio,1 cement-sand ration and different accelerating admixtures
圖6 水灰比0.4,灰砂比0.8的漿液不同速凝劑對(duì)漿液凝結(jié)時(shí)間的影響曲線Fig.6 Curves of setting time of grout with 0.4 water-cement ratio,0.8 cement-sand ration and different accelerating admixtures
由圖5和圖6可以看出采用水灰比為0.4的水泥砂漿同樣可以很好地滿足凝結(jié)時(shí)間限制。
2.2.1 漿液各組成參數(shù)對(duì)漿液瞬間流動(dòng)度的影響
見(jiàn)圖7和圖8。
由圖7和圖8可以看出隨著速凝劑摻量的增加,注漿材料的瞬間流動(dòng)度損失很大。為了更好地保證注漿效果,速凝劑的摻量應(yīng)控制在5%以下。
2.2.2 漿液各組成參數(shù)對(duì)漿液各時(shí)間段流動(dòng)度的影響
見(jiàn)圖9和圖10。
由圖9和圖10可知在速凝劑摻量為5%時(shí),漿液在10 min后基本上可以滿足初凝條件,具備早強(qiáng)性。
見(jiàn)圖11和圖12。
圖11 水灰比0.4,灰砂比1.0的漿液不同速凝劑對(duì)漿液瞬時(shí)稠度的影響曲線Fig.11 Denseness of grout with 0.4 water-cement ratio,1 cement-sand ration and different accelerating admixtures
圖12 水灰比0.4,灰砂比0.8的漿液不同速凝劑對(duì)漿液瞬時(shí)稠度的影響曲線Fig.11 Denseness of grout with 0.4 water-cement ratio,0.8 cement-sand ration and different accelerating admixtures
由圖11和12可以看出隨灰砂比的減小,漿液的稠度會(huì)明顯降低。在注漿過(guò)程中為了控制漿液的稠度,可以選用灰砂比相對(duì)較小的漿液。
見(jiàn)圖13。
圖13 注漿材料收縮比隨水灰比變化曲線Fig.13 Curve shows the relationship between the constringency of the grouting materials and water-cement ratios
由圖13可以看出隨水灰比的增大,注漿材料凝結(jié)后的收縮百分比越大,越不利于充填空隙,降低錨桿的黏結(jié)力,所以應(yīng)選擇水灰比相對(duì)小的注漿材料。
2.5.1 水泥凈漿各組成參數(shù)對(duì)漿液抗壓強(qiáng)度的影響
見(jiàn)表1—4。
表1 水灰比0.45,速凝劑5%的漿液抗壓強(qiáng)度Table 1 Compressive strength of grout with 0.45 water-cement ratio and 5%accelerating admixture
表2 水灰比0.45,速凝劑4%的漿液抗壓強(qiáng)度Table 2 Compressive strength of grout with 0.45 water-cement ratio and 4%accelerating admixture
表3 水灰比0.40,速凝劑4%的漿液抗壓強(qiáng)度Table 3 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio and 4%accelerating admixture
表4 水灰比0.40,速凝劑3%的漿液抗壓強(qiáng)度Table 4 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio and 3%accelerating admixture
由表1到表4各配合比漿液的抗壓強(qiáng)度可以看出,采用小水灰比0.4的漿液的抗壓強(qiáng)度要大于采用水灰比0.45漿液的抗壓強(qiáng)度。由表4可以看出采用0.4水灰比漿液的抗壓強(qiáng)度在1 d后就可以到達(dá)22MPa,滿足水泥基注漿材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。由表1至表4各表可以看出速凝劑摻量對(duì)漿液抗壓強(qiáng)度的影響較大,速凝劑的摻量越大,漿液的抗壓強(qiáng)度越小,所以在注漿過(guò)程中要控制速凝劑的摻量。為了更好地滿足凝結(jié)時(shí)間限制,選用較小水灰比的漿液。
2.5.2 水泥砂漿各組成參數(shù)對(duì)漿液抗壓強(qiáng)度的影響
見(jiàn)表5和表6。
表5 水灰比0.40,灰砂比1.0,速凝劑5%的漿液抗壓強(qiáng)度Table 5 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio,1 cement-sand ratio and 5%accelerating admixture
表6 水灰比0.40,灰砂比1.25,速凝劑5%的漿液抗壓強(qiáng)度Table 6 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio,1.25 cement-sand ratio and 5% accelerating admixture
由表5和表6可以看出采用較小水灰比,同樣滿足水泥注漿材料的強(qiáng)度要求。
蘭渝鐵路木寨嶺隧道DK177+700~DK192+170段以軟質(zhì)板巖為主,夾極軟巖炭質(zhì)板巖,受構(gòu)造影響巖體破碎,該地段同時(shí)處于高地應(yīng)力區(qū)。該地段由于巖土破碎,地應(yīng)力較高,在開挖后極易發(fā)生較大變形,所以必須要及早支護(hù),對(duì)注漿錨桿漿液凝結(jié)時(shí)間有更高的要求。通過(guò)實(shí)驗(yàn),水泥靜漿采用水灰比為0.4的水泥漿液在采用較小的速凝劑摻量時(shí)(3% ~4%),或者水灰比為0.45的水泥漿液,速凝劑摻量4% ~5%,就可以滿足初凝時(shí)間10 min,終凝時(shí)間1 h的凝結(jié)時(shí)間;水泥砂漿采用水灰比0.4,灰砂比1.0的,速凝劑摻量采用4% ~5%,或者采用水灰比0.4,灰砂比0.8的,速凝劑摻量采用5%~6%,在該地段工程應(yīng)用中取得了極大的成功,有效地控制了圍巖變形,后期圍巖監(jiān)測(cè)變形在20 mm之內(nèi)。
水泥漿或水泥砂漿的配合比直接影響漿體的強(qiáng)度、密實(shí)性和注漿作業(yè)的順利進(jìn)行。水灰比太小,可注性差,易堵管,常影響注漿作業(yè)正常進(jìn)行;水灰比太大,漿液易離析,注漿體密實(shí)度不易保證,硬化過(guò)程中易收縮,漿體強(qiáng)度損失較大,常影響錨固效果。因此,采用相對(duì)較小的水灰比,適當(dāng)?shù)乃倌齽梢愿玫貪M足工程需要。
[1] 國(guó)家人民防空辦公室.GB 50086—2001錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2001.
[2] 楊卓,陳洪光.盾構(gòu)隧道同步注漿漿液配比分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].隧道建設(shè),2009,29(S2):29 -32.
[3] 賀雄飛,王光輝.單液活性同步注漿漿液的配合比試驗(yàn)[J].隧道建設(shè),2010,30(1):15 -20,29.(HE Xiongfei,WANG Guanghui.Study on mixing proportion of singlecomponent active grout for simultaneous grouting[J].Tunnel Construction,2010,30(1):15 -20,29.(in Chinese))