某库岸防护技术示范工程旋喷注浆试验

库岸防护技术示范工程研究1．试验机具设备本次试验单用单管法注浆，主要机具设备如下表所示：表4-6主要机具设备设备名称规格型号性能动力数量备注钻机XJ-100100m7.5kw1台

高压泥浆泵DZJB-30030Mpa55kw1台

浆液搅拌机NJ-6000.6m37.5kw1台

清水泵BW100

1台

专用工具：单管管注浆管（φ42mmm,30m）、导导流器（1个）、喷喷头（2..0mm、2.5mmm、2.4mmm、2.8mmm、3.0mmm各两个个）、高压压胶管5根50m。2．施工工艺本次旋喷试验及声波测试施工，从8月1日至9月14日，共计44天，主要工序如下：施工准备包括开挖泥浆池及清水池各1个（1.0m3），接通施工用水及动力用电，设备调试安装，水泥、塑料管等施工材料准备到位等。放线定孔位按照任务书要求，如图1所示。正式试验施工前，布一排直线试验孔共4个，间距2m，正式试验分两个点进行，每点布钻孔7个。本次试验主要工序包括放孔、成孔、试喷、旋喷成桩、检测等工序。（1）成孔采用普通合金回转钻进，成孔口径φ75mm，清水钻进，上部土层采取干钻，泥岩用小水量清水钻进，成孔孔深10m左右。孔内塌孔，则进行干钻捞砂，直至孔内清洁，确保插管时孔内畅通，钻孔垂直度较好。（2）旋喷注浆试验工艺流程图成孔后配喷头喷咀，连接注浆管、高压胶管、导流器等高压管路系统，下放φ42mm注浆管（带喷头）至孔内，检查管路无泄漏后试喷注浆，定喷2分种，逐渐调节压力至设计值。（3）高压旋喷注浆待试喷压力、流量正常后，再根据设计参数提升、旋转注浆管，自下而上连续喷射到距地面约0.5m左右，浆液用普硅425水泥，施工中，冒浆未进行再利用，施工较为顺利，各孔使用的施工参数如下表4-7。表4-7施工参数序号孔号压力（Mpa）孔深（m）喷咀（mm）转速（r/min）水灰比1试-12410.02×2.4201.5:12试-22010.12×2.4201.0:13试-3249.82×2.8201.5:14试-42310.12×2.5201.5:15Ⅰ-224.510.31×2.8161.0:16Ⅰ-42210.11×2.8161.5:17Ⅰ-62410.01×2.8201.5:18Ⅱ-2209.72×2.4251.5:19Ⅱ-41310.02×2.4201.5:110Ⅱ-62110.02×2.4201.5:1注：提升速度在20~30cm/min。3．检测情况1）效果开挖检查旋喷结束达一定龄期后，对试-1、试-2、试-3、试-4、Ⅰ-2、Ⅱ-6共计6孔进行了开挖检查。通过开挖检查来看，桩径在φ400~φ750mm，详见表4-8，正常情况下均在φ650~φ750mm之间，成桩大小较为均匀，桩体与周围土体有较明显分界线。表4-8效果开挖检查孔号开挖桩径开挖情况试-1φ630~φ70000~1.3m为为压实崩积积体层，桩桩径φ650~φ700；1.3~~2.6mm为泥岩，桩桩径φ630~φ680。均为较较规则圆柱柱体。试-2φ400因设备原因，00~2.88m未旋喷喷，2.88m以下为为泥岩，提提速较高约约30cmm/min，桩不规规则。试-3φ650~φ70000~1.5m崩崩积体，桩桩径φ650；1.5~~2.3mm，崩积体体，桩径φ700；2.3~~2.8mm泥岩，φ700；2.8mm以下，泥泥岩φ660。成桩较较为规则。试-4φ6500~2.8m崩崩积体，桩桩径φ650；2.8mm以上泥岩岩最小φ400，估计与与提速有关关，成桩不不甚规则。Ⅰφ650~φ7000喷咀用1个φ22.8mmm单喷咀，22.5m以以上为土层层，以下为为泥央，成成桩较规则则、均匀，桩桩径均φ650~φ700。Ⅱφ700~φ7550桩较规则，局部部有凹凸，块块石对桩影影响。

2）声波测试本次声波测试采用武汉岩土力学研究所生产的数字声波仪RSMSY5型，它由地面仪器和井下仪器组成，仪器分辨率为0.1μs，完全满足测试求，通过对试验区岩土体在注浆前后岩体的波速及动弹模测试，提供VP、VS、EP等参数。通过声波测试报告分析知：注浆后测得的参数（Vp、Vs、E、κ）比未注浆的钻孔剖面测得的参数有明显的提高，E提高30%以上。测试还显示泥岩较致密、完整，详见《声波测试报告》。3）室内试验注浆一定龄期后，对旋喷桩固结体进行钻孔取心，从岩心样看，水泥浆与土体拌合均匀，浆液与块石整体固结致密。岩心样轻，有微小气泡。对试－3#孔、I－2#孔、II－6#孔分别取4组、3组、3组样品进行了常规力学试验及抗拉、抗剪（三轴）强度试验，从试验报告知，固结体密度较小，在1.53~2.06g/cm3之间，天然抗压强度平均值为1.99Mpa，最大值为2.53Mpa。Φ值在26°12′~28°42′之间，详见《检测报告》。4．效果评价综上所述，三峡库区地质条件较为独特，通过高压旋喷注浆对崩积体地层进行改性技术试验后，岩土体工程力学性能有较大提高，旋喷固结体强度平均值1.99Mpa，远远高于岩土体强度，随工艺技术调整，强度应能较大提高；旋喷固结体采用纯水泥浆，具有稳定的加固效果并有较好的耐久、耐侵蚀性能；声波测试显示灌浆孔周围动弹模量有明显提高；施工通过钻一口径为φ75mm钻孔，便可旋喷出直径为φ650~φ750mm直径的旋喷固结体，施工简便，旋喷固结体还具有重轻、透水透气性差等特点，具有一定的防渗能力。旋喷固结体抗剪性能较差，设计时应扬长避短。高压旋喷注浆技术基本适应于库区内所有第四系地层，适宜作普通构筑物基础、边坡挡墙基础等等，主要用于增加地基强度、增加土的摩擦力及固着力、防止洪水冲刷、降低土的含水量和防渗帷幕等工程。巴东组易滑地层工程地质特性研究项目的基本任务包括：(1)对巴东、巫山、等地紫红色黏土岩进行工程地质调查;(2)研究紫红色泥岩的野外工程地质特征;(3)紫红色泥岩室内物理力学、化学特征分析;(4)研究改性后的紫红色泥岩物理力学和化学特性。根据项目的要求，本次主要开展了如下内容的研究工作：1.紫红色泥岩的区域分布规律及其主要工程地质特征;2.紫红色泥岩风化剖面分带及主要工程地质特征与边坡开挖和改性关系;3.不同工程环境下，紫红色泥岩风化（崩解）速率与边坡稳定性关系试验研究;4.紫红色泥岩的微观特征及其对高压注浆的影响;5.强风化紫红色泥岩与水泥及石灰材料的相互作用机制及其对旋喷加固效果的影响。围绕上述研究内容,我们以巫山地区为重点,并适当兼顾到巴东和等地区(如照片1-1~1-5所示),在充分收集已有研究工作成果基础上,对其分布的紫红色泥岩进行适当的补充地质调查，以查明该套地层的分布规律及其主要工程地质特征和主要地质灾害。在此基础上,我们在巫山地区(胡家包)选择了一个典型的紫红色泥岩剖面，并进行了详细的工程地质调查和风化分带，对各带还进行了详细的工程性质描述、面波测试和岩土样品采集。样品分块样和散样两种。前者为基岩样，其大致规格是30x30x30cm3,多由取石工具在新鲜的剖面上挖掘得到;后者为残积土样，其结构性多已破坏，呈土状散布于坡面上，随手可得。采得的样品均采用塑料袋密闭包装，以保持其天然含水量。运输时以纸箱包装,到站后及时送样试验。三个场地的采样情况如表1-1所示。为进行岩石力学试验，对采得的大多数块样进行了分割并制成底面直径为5cm、高10cm的圆柱，以作为单轴抗压试验、三轴剪切试验等的试件。试件的分布情况如表4-9所示。表4-9样品分布情况地点场址层位编号块样(30x30x330cm))散样（扰动样）小计备注巴东码头

Tb2B-J2

5

雷家坪B-L3

巫山

胡家堡残积土WH-0

3

25本剖面还做了面面波测试全风化带WH-I2

强风化带WH-II4

中风化带WH-III6

弱风化带WH-IV3

其它WH-A、B、C7

三马山风化土F-T

2

5

Tb2基岩F-Y3

合计35表4-10样品加工情况

巫山巴东合计码头雷家坪WH-IWH-IIWH-IIIWH-IVWH-AWH-BWH-CWH-DB-JB-LF-Y大样数量2733222123322原计划加工量3999303030336实际制样数量091393010711753差额-30+4000-20+4+11+4+18为达到前述的研究目标，对采集的岩土样品按不同的地层和风化单元进行了如下项目的工程地质性质室内试验研究工作：·岩土矿物成分分析：重点查明膨胀性矿物类型与含量;·岩土物理化学性质分析：重点研究化学组成对水和水泥等材料的亲和性;·岩土微观结构定量分析：重点研究微观结构对其特殊工程性质形成的主要作用及其对高压注浆效益的影响;·岩土样品压汞试验：研究岩土空隙性及其对注浆工艺的影响;·岩土物理性质测试：掌握岩石和土的主要物理性状及其相关指标，为评价岩土体工程性质、进行边坡稳定性分析和加固设计提供依据;·岩土力学性质测试：以常规项目测试为主，掌握岩土的主要力学性质指标，为评价岩土体工程性质、进行边坡稳定性分析和加固设计提供依据;·岩土风化速率测试：针对不同工程环境（有荷和无荷载、有水和无水）条件下的岩石风化（以物理的和化学的崩解为主），在室内加载系统中进行相应条件的崩解试验，以测定其风化速率，并建立相应的风化评价和预测模型，以指导边坡工程的设计与施工;·岩土与水泥相互作用机理分析：将采集的强风化岩土与不同比例的水泥和石灰进行搅拌、混合，制成新的合成材料，并测定其物理力学性质、评价其土质改良状况，最后优选合理的水泥（石灰）配比和注压方案，为现场高压旋喷桩设计提供参考依据。具体的试验项目及其完成情况如表4-11所示。表4-11试验及其完成情况序号项目类别巴东巫山码头雷家坪残积土IIIIIIIV其它残积土基岩

1

粘土矿物鉴定XRD

△▲▲

▲▲DTA

▲▲

▲▲蒙脱石

▲▲▲▲▲▲▲▲▲2岩土化学成分测测定全分析▲△▲▲▲▲▲▲▲▲3

岩石物理性质含水量▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲比重▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲容重▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲4常规土工试验土常规

△

△

5岩石力学试验单轴抗压▲▲

▲▲▲▲

▲预湿压缩

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浸放压缩

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三轴剪切

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6膨胀-崩解试验膨胀判别

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▲▲▲▲▲

▲反复崩解

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▲▲▲▲▲

▲7压汞试验▲△

▲▲▲

▲8微结构定量分析析SEM▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲MIPS△△△△△△△△△△9岩土与水泥相互互作用机理理测试

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注：△待完成试验▲已完成试验由上表可见，项目的大部分试验任务已经完成，剩下的试验项目以微观分析和岩土与水泥相互作用试验两大类。整个试验预计到十月中旬前可以全部完成。以下各节将根据已有的试验结果对取得的有关成果做一简要的报告。5．结论（1）巴东组地层为一套以紫红色泥岩为主、间夹紫红色砂质泥岩、灰绿色泥灰岩的三迭系地层。（2）巴东组紫红色泥岩蒙脱石含量一般为1.27-6.01之间，但含有一定数量的混层矿物（约30%左右），为，中-强胶结，具弱膨胀性。（3）本套地层的单轴抗压强度在6.74-24.81mPa左右，属较软岩石。（4）岩石的风化以机械风化为主，因此沿剖面的化学成分变化不大。（5）沿剖面物理力学性质的变化除受风化作用制约外，受岩性的影响更为明显，因此可能出现深度异常现象。（6）水对岩石力学性质的影响十分敏感，可能出现强度的大幅度下降。但这种下降的持续性并不大。（7）饱水条件下，岩石的性质将随时间的推移而发生变化。但这种变化与