唐心怡，黃錦秀，周 哲，潘泓澤，黃金林

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 廣州510642）

0 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)已建成各類水庫(kù)8.7萬(wàn)多座，其中90%以上為土石壩，江河湖海堤防累計(jì)28萬(wàn)多km，多數(shù)堤身為土體，并在不同時(shí)期填筑，質(zhì)量往往也達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，存在安全隱患［1］。根據(jù)水庫(kù)大壩工程事故原因統(tǒng)計(jì)［2］，滲漏管涌破壞、裂縫破壞、沖刷氣蝕破壞、滑坡坍塌破壞占25.3%，沖刷氣蝕破壞和護(hù)坡破壞分別占31.7%、25.3%、14.3%、10.9%和6.5%。堤壩險(xiǎn)情和隱患60%以上是散浸、管涌和滲漏［3］。

在堤壩工程應(yīng)用方面，現(xiàn)行各種堤壩應(yīng)急加固技術(shù)都存在不同程度的缺陷和某些局限性，傳統(tǒng)的各種化學(xué)灌漿材料和化學(xué)灌漿施工技術(shù)，也難以適應(yīng)現(xiàn)代堤壩除險(xiǎn)加固要求安全、快速、高效的要求。因此優(yōu)化探究灌漿防滲加固技術(shù)具有較大的意義。與傳統(tǒng)防滲技術(shù)相比，高聚物注漿防滲具有施工適應(yīng)性強(qiáng)、施工速率快、材料環(huán)保且耐久性好，對(duì)壩體擾動(dòng)小等特點(diǎn)、且強(qiáng)度發(fā)展快等特點(diǎn)，是防滲應(yīng)急加固的理想防滲技術(shù)［4］。

石明生［5］較早開(kāi)展了高聚物注漿材料在土體中的擴(kuò)散機(jī)理試驗(yàn)，高聚物注漿材料可以膨脹對(duì)土體進(jìn)行劈裂和擠密，并呈片狀擴(kuò)散特征，并不符合灌漿理論的球形擴(kuò)散假定、柱狀擴(kuò)散假定和水力劈裂原理。王復(fù)明［6］對(duì)高聚物與土體的粘結(jié)性能，如錨固長(zhǎng)度、粘結(jié)應(yīng)力分布的變化規(guī)律。符平［7］對(duì)高聚物注漿材料擴(kuò)散方式和封堵機(jī)理以及灌漿工藝參數(shù)進(jìn)行了非水反應(yīng)型材料灌漿堵漏機(jī)理試驗(yàn)研究，基于力的平衡方程，建立了單通道大空隙地層的動(dòng)水堵漏灌漿模型來(lái)研究，但該模型沒(méi)有考慮水流對(duì)漿液的稀釋作用，堵漏過(guò)程沒(méi)有考慮灌漿壓力的作用。

由于高聚物注漿材料具有膨脹性，其在土體中的滲透擴(kuò)散機(jī)理和注漿方法與傳統(tǒng)水泥注漿材料有顯著區(qū)別，目前防滲注漿在工程中應(yīng)用研究主要是針對(duì)水泥漿液［8-9］擴(kuò)散速度和擴(kuò)散范圍，只適用于小流速小通道的地層灌漿，與實(shí)際的滲流相差甚遠(yuǎn)。高聚物注漿方法與傳統(tǒng)防滲加固方法的顯著區(qū)別之一是所用的膨脹性注漿材料與常規(guī)水泥基漿材有本質(zhì)不同，因此開(kāi)展水反應(yīng)類高聚物注漿材料特性和在堤壩防滲加固中的應(yīng)用研究具有重要的理論意義和工程價(jià)值。

1 試驗(yàn)材料及方法

本文采用水反應(yīng)高聚物為速派克超級(jí)泡沫樹(shù)脂分別在碎石、天然砂和石英砂這3種砂石材料里進(jìn)行注漿實(shí)驗(yàn)。

試驗(yàn)箱尺寸為65 cm×40 cm×35 cm的塑料箱，每種土體材料3個(gè)試驗(yàn)箱，土體完全浸潤(rùn)。注漿時(shí)將注漿槍插入注漿位置，按比例摻入速派克超級(jí)泡沫和催化劑攪拌均勻后，注漿壓力保持不變，注漿時(shí)間分別為10 s、15 s、20 s，注漿完成后，將泵針拔出，注漿試驗(yàn)如圖1所示。土的物理參數(shù)指標(biāo)如表1所示。

圖1 注漿試驗(yàn)Fig.1 Grouting Test

表1 土的物理參數(shù)指標(biāo)Tab.1 Physical Parameter of Soil

本試驗(yàn)選用碎石、天然砂和石英砂這3種砂石材料物理參數(shù)指標(biāo)如表2所示，顆粒級(jí)配曲線如圖2所示。

表2 高聚物注漿材料參數(shù)指標(biāo)Tab.2 Parameter Indexes of Grouted Polymer Material

圖2 砂石級(jí)配曲線Fig.2 Curves of Aggregate Grading

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 擴(kuò)散特征

高聚物注漿完成靜置24 h后，挖出試樣，高聚物試樣擴(kuò)散特征如擴(kuò)散直徑和擴(kuò)散長(zhǎng)度尺寸如圖3所示。由圖3可知，在碎石材料中，隨著注漿時(shí)間的增加，高聚物試樣的擴(kuò)散長(zhǎng)度降低，而擴(kuò)散直徑逐漸增大。

圖3 注漿時(shí)間為10 s、15 s、20 s試樣Fig.3 Test Pieces in Grouting Time of 10 s、15 s、20 s

2.2 擴(kuò)散直徑

高聚物注漿材料在碎石、天然砂和石英中隨注漿時(shí)間的擴(kuò)散直徑如圖4?所示，隨著注漿時(shí)間的增加，高聚物注漿材料在碎石、天然砂和石英砂中擴(kuò)散直徑逐漸增大。在天然砂和石英砂中，高聚物試樣的擴(kuò)散直徑增幅不大，注漿時(shí)間為10 s、15 s、20 s時(shí)，高聚物注漿材料在碎石、天然砂和石英砂中擴(kuò)散直徑分別為10.14～13.10 mm、5.13～5.83 mm和5.63～8.40 mm，同等條件下，高聚物注漿在碎石中擴(kuò)散直徑最大，天然砂中擴(kuò)散直徑最小。

2.3 擴(kuò)散長(zhǎng)度

高聚物注漿材料在碎石、天然砂和石英中隨注漿時(shí)間的擴(kuò)散長(zhǎng)度如圖4?所示，高聚物注漿材料在碎石、天然砂和石英砂中，高聚物試樣的擴(kuò)散長(zhǎng)度，隨著注漿時(shí)間的增加而增大。注漿時(shí)間為10 s、15 s、20 s時(shí)，高聚物注漿材料在碎石、天然砂和石英砂中擴(kuò)散長(zhǎng)度分別為16.54～18.87 mm、20.87～26.83 mm和17.20～20.63 mm。同等條件下，高聚物注漿在碎石中擴(kuò)散長(zhǎng)度最小，天然砂中擴(kuò)散長(zhǎng)度最大。

圖4 高聚物不同土體中的擴(kuò)散直徑及擴(kuò)散長(zhǎng)度Fig.4 Diffusion Diameter-grouting and Length-grouting Time Curves of Polymer Material in Different Sand

3 結(jié)論

對(duì)水反應(yīng)高聚物注漿材料對(duì)碎石、天然砂和石英砂進(jìn)行注漿擴(kuò)散試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：

⑴對(duì)試驗(yàn)結(jié)果可知在本試驗(yàn)的碎石、天然砂和石英砂中，水反應(yīng)高聚物注漿材料的擴(kuò)散特性有所不同，在碎石材料中，試樣呈球狀，在天然砂和石英砂材料中，試樣呈柱狀。

⑵注漿時(shí)間為10s、15 s、20 s時(shí)，高聚物注漿材料在碎石、天然砂和石英砂中擴(kuò)散直徑分別為10.14～13.10 mm、5.13～5.83 mm和5.63～8.40 mm；擴(kuò)散長(zhǎng)度分別為16.54～18.87mm、20.87～26.83 mm和17.20～20.63mm。