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1、岩土工程界第11卷第11期探讨与分析压密注浆加固抬升效应与机理的探讨冯旭海(煤炭科学研究总院)摘要从正面利用的角度研究了压密注浆的抬升效应,提出了加固抬升模型并进行了力学分析;通过试验,进一步探讨了注浆抬升力在土体中的分布变化规律,验证了抬升效果,并获得了具有参考价值的试验参数和试验数据。关键词压密注浆加固抬升压力分布土层注浆的抬升效应是指注浆过程中在土体内式中h为注浆孔深,取注浆段的平均深度,m;产生的上抬力以及由此带来的地表隆起、建(构)筑hcw是因浆液黏性带来的管阻等比能损失,m;Pp是物基础上抬等现象,它多数情况下被认
2、为是注浆加注浆泵压力,Pa;Pg是受注点浆液压力,Pa;T1是浆固的一种负面的伴生效应,设计、施工时都尽量消除液的初始速率,m/s;T2是浆液进入浆泡的速率,m/32或减少这种影响。但利用加固抬升效应进行建s;Q是浆液密度,kg/m;g取918m/s;Ai是动能修(构)筑物托换、纠偏和沉陷地表治理等却可能收到正系数。[1-3]良好效果,国内外已有相关工程实践和研究。在能量上,式(1)右边的比能/Pg/Qg+A2T22/加固抬升机理、注浆附加应力的传递与分布、孔位布2g0部分代表使土体加固和抬升的能量,它通过浆置与注浆顺序对注浆
3、效果的影响等成为注浆加固抬液对土体的作用最终完成对土体的压缩和抬升。可升应用需要认真研究的问题。以看出,与总能量紧密相关的是注浆压力和注浆速率。浆液进入土体后,直至浆液完成对受注土体的1加固抬升机理作用、固结后,忽略浆液的水化能量,根据能量守恒(1)物质能量分析:注浆的加固抬升效应的物原理,注浆消耗能量E应满足如下方程:质来源是浆液,能量来源是由注浆系统提供的机械E=Ers+Erf+Eps+EG(2)能,浆液的运动及对土体的作用实现了这一能量形式中Ers是土体弹性应变能,Erf是浆液结石体弹性应式的转变(图1)。浆液在土体中的
4、作用由最初的鼓变能,Eps是致使土体产生塑性变形的能量,EG是土密挤压为主逐渐转化为网状浆脉的挤压作用。体被抬升后增加的重力势能。在物质上,土体压缩和位移留下的空间被浆液体替代,如果浆液由液相向固相转变时间可控、结石率较高,在保证注浆压力的前提下,持续注浆可以实现建(构)筑物基础或者沉陷地表的有效抬升。(2)注浆加固抬升模型:根据已有的工程实践和研究,实现土层注浆加固抬升一般要经过三个阶图1注浆示意图段。首先是注浆区底部的有效加固;其次是注浆径向挤密加固;再次是注浆抬升阶段,浆液对土体的作较为理想的状况下,根据伯努利方程(Be
5、rnoulli用方式从径向挤密转变为水平浆脉对土体的竖向作[4]Equation),注浆压力和出浆口位置浆液内压力关用,土体中的竖向压力超过水平压力成为最大主应系(能量方程)如下:力,宏观表现为向上抬升力)))引起基础和地表的22ppv1pgv2抬升。+h+A1=+A2+hcw(1)Qg2gQg2g1收稿日期22008-04-0227探讨与分析GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL111No1111RH=[(1-sinU)(Pg+C#ctanU)2机理分析1+sinU2sinUr1+2sinU211径向
6、挤密加固0-C#(ctanU+cosU)](6-2)r(1)基本方程:浆液在压力的作用下,挤向土利用Pc=Pg进而可得:层,并在土层中形成圆球状或者是圆柱状的浆液体,2sinUr1+2sinU现以圆柱状(图1)的浆液体进行分析。从垂直方向P=(1+sinU)(P+CctanU)p-CctanUg0上看,以注浆管为中心,形成了三个区域(图2)。浆r0液在土层中作用方式主要是水平方向的膨胀挤压,(6-3)可以简化为轴对称的平面应变问题,运用圆孔扩张利用体积平衡条件并忽略注浆管的截面积可得如下理论进行分析。关系:22222Pr0=P
7、rp-P(rp-urp)+P(rp-r0)$(7)其中v为塑性区的体积应变。展开(7)式,忽略极小二次项,结合边界条件,整理可得Pg=(1+sinU)(P0+C#ctanU)#2sinU(1+$)G1+2sinU-CctanU(8)P0sinU+CctanU+$G图2浆液挤密截面图将上式返回(6-1/2)式中即可得出土体中水平压力基本方程为:分布表达式。dRrRr-RH塑性区,按照Tresca准则,其屈服条件为:+=0(3-1)grrRr-RH=2K(9)2E=du=1-T(R-TR)(3-2)式中K为试验常量。结合边界条件求
8、解基本方程,rrHdrE1-T可得:2u1-TTEH==(-Rr+RH)(3-3)r0rE1-TRr=2Kln+Pg(10-1)r式中E为压缩模量,M为泊松比,最大主应力R1=r0Rr,最小主应力R3=RH,有RH<0
