預(yù)拌水泥基盾構(gòu)注漿料的研究與應(yīng)用

引言目前,全國(guó)已有44座城市批復(fù)建設(shè)城市軌道交通線路,總投資2.4萬(wàn)億元,規(guī)劃建設(shè)線路總長(zhǎng)度也將超過(guò)運(yùn)營(yíng)線路總里程。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平的不斷提高與城市人口規(guī)模上升,全國(guó)軌道交通建設(shè)將進(jìn)入新的高峰期。盾構(gòu)法施工在地鐵隧道等暗挖工程中得到廣泛應(yīng)用,在盾構(gòu)法施工中,盾構(gòu)注漿是一項(xiàng)必不可少的施工程序[1-5]。盾構(gòu)管片拼裝好后,為防止盾構(gòu)管片周圍土體的松動(dòng),同時(shí)加強(qiáng)土體對(duì)盾構(gòu)管片襯砌結(jié)構(gòu)的包裹作用,避免管片結(jié)構(gòu)因缺少抗力作用出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象,需在管片與土體間的間隙灌入盾構(gòu)注漿料進(jìn)行填充。等待注漿料固結(jié)硬化后,注漿料起到填充壁后空隙并能提供一定的承載能力來(lái)穩(wěn)定管片襯砌的作用,從而提高盾構(gòu)隧道在施工過(guò)程中的穩(wěn)定性及地表環(huán)境的安全性[6-9]。目前常用的盾構(gòu)注漿料均由施工單位現(xiàn)場(chǎng)拌制,為了進(jìn)一步推進(jìn)建筑業(yè)技術(shù)進(jìn)步和施工方式轉(zhuǎn)變,提高城市文明綠色施工程度,盾構(gòu)注漿料由現(xiàn)場(chǎng)拌制轉(zhuǎn)化為預(yù)拌生產(chǎn)將是必然趨勢(shì)[10-11]。與現(xiàn)場(chǎng)攪拌注漿料相比,預(yù)拌盾構(gòu)注漿料具有較多優(yōu)勢(shì):預(yù)拌盾構(gòu)注漿料的生產(chǎn)有科學(xué)的實(shí)驗(yàn)室試配,

嚴(yán)格的性能檢驗(yàn),精確的計(jì)量設(shè)備,大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn),全程電腦控制,攪拌均勻度高,質(zhì)量穩(wěn)可定靠;在施工中使用預(yù)拌盾構(gòu)注漿料,不需要水泥、砂的運(yùn)輸,也不需要原材料堆放場(chǎng)地,施工場(chǎng)地占用小,噪聲小、粉塵排放量小,減少了對(duì)道路和周邊環(huán)境的污染,有利于文明綠色施工;不存在水泥、砂遺漏問(wèn)題,也沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)攪拌的損耗,材料和成品的損耗、浪費(fèi)將大大減少。因此,本文對(duì)預(yù)拌水泥基盾構(gòu)注漿料進(jìn)行研究,并將其成功應(yīng)用到天津市地鐵10號(hào)線一期工程中。1、試驗(yàn)原材料與方法

1.1

原材料

水泥:天津地區(qū)常用的振興P·O42.5水泥;粉煤灰:天津海得潤(rùn)滋生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰;膨潤(rùn)土:

細(xì)度為200目的鈉基膨潤(rùn)土;河砂:細(xì)度模數(shù)1.3;外加劑:液體,具有減水、引氣、保塑等作用。

1.2

試驗(yàn)方法(1)流動(dòng)度試驗(yàn):參照

GB/T50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

(2)泌水率試驗(yàn):參照按JTS/T236—2019《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》中10.20節(jié)灌漿用新拌水泥

(砂)漿膨脹和泌水試驗(yàn)中泌水試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

(3)表觀密度試驗(yàn):參照J(rèn)GJ/T70—2019《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。(4)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn):參考JGJ/T70—2019《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)進(jìn)行。2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1

水泥摻量對(duì)注漿料強(qiáng)度的影響

為了滿足盾構(gòu)法同步注漿工藝要求,注漿料應(yīng)盡可能早地獲得高于地層的早期強(qiáng)度,而水泥摻量是影響注漿料強(qiáng)度的關(guān)鍵因素,因此配制不同水泥摻量的注漿料,具體配合比見(jiàn)表1。如圖1所示,隨著注漿料水泥摻量增加,其抗壓強(qiáng)度逐漸增加。水泥摻量由25%增加到37%

時(shí),注漿料3d、7d及28d抗壓強(qiáng)度分別增加了183%、138%及85%。表1

注漿料配合比圖1

水泥摻量對(duì)注漿料強(qiáng)度的影響2.2

膨潤(rùn)土摻量對(duì)注漿料性能的影響

配制不同膨潤(rùn)土摻量的注漿料,具體配合比見(jiàn)表2,研究膨潤(rùn)土摻量對(duì)注漿料性能的影響。如圖2所示,雖然注漿料的水膠比逐漸增大,但隨著膨潤(rùn)土摻量的增加,其流動(dòng)度及泌水率逐漸降低。分析其原因:膨潤(rùn)土為類似蒙脫石的硅酸鹽,為溶脹材料,可吸附8~15倍于自身體積的水量,體積膨脹可達(dá)數(shù)倍至30倍,因此,隨著膨潤(rùn)土摻量的增加,注漿料的流動(dòng)度降低。此外,

膨潤(rùn)土可以減緩漿液的材料分離,進(jìn)而降低注漿料的泌水率。表2

不同膨潤(rùn)土摻量注漿料配合比圖2

膨潤(rùn)土摻量對(duì)注漿料性能的影響2.3

外加劑摻量對(duì)注漿料性能的影響

配制不同外加劑摻量的注漿料,具體配合比見(jiàn)表3,研究外加劑摻量對(duì)注漿料性能的影響。表3

不同外加劑摻量注漿料配合比

如圖3所示,由于外加劑具有減水、保塑性能,隨著注漿料中外加劑摻量的增加,其流動(dòng)度及3h流動(dòng)度逐漸增加;如圖4所示,由于外加劑具有引氣性能,隨著注漿料中外加劑摻量的增加,其表觀密度及28d抗壓強(qiáng)度逐漸降低。圖3

外加劑摻量對(duì)注漿料工作性能的影響圖4

外加劑摻量對(duì)注漿料表觀密度及強(qiáng)度的影響2.4

細(xì)骨料對(duì)注漿料性能的影響

試驗(yàn)中,用相同細(xì)度模數(shù)的機(jī)制砂代替河砂,研究機(jī)制砂對(duì)注漿料性能的影響。由于機(jī)制砂密度比河砂大,因此相較于河砂,機(jī)制砂配制的注漿料表觀密度大;機(jī)制砂棱角分明,在新拌注漿料中易機(jī)械咬合,產(chǎn)生較大內(nèi)摩擦力,導(dǎo)致注漿料的流動(dòng)度降低;相較于河砂,機(jī)制砂的總級(jí)配合理,骨料與漿料間的填充不充分,進(jìn)而導(dǎo)致注漿料的強(qiáng)度降低,見(jiàn)表4。表4

注漿料配合比及性能

2.5

天津地鐵應(yīng)用天津地鐵10號(hào)線一期工程柳林路站

(不含)—環(huán)宇道站

(不含),共1區(qū)間。區(qū)間線路自柳林路站出發(fā),沿規(guī)劃沙柳路東西兩側(cè)敷設(shè),穿越天津市精神衛(wèi)生中心、航道處柳林基地、下穿規(guī)劃臺(tái)兒莊路、海河、海河?xùn)|路后,

最后到達(dá)環(huán)宇道路,

左線區(qū)間長(zhǎng)1093.331m,

右線區(qū)間長(zhǎng)

1031.102m。區(qū)間采用盾構(gòu)法施工,區(qū)間縱斷面為V字形坡,線路最大縱坡28‰,最小縱坡3‰,

區(qū)間結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度為10.8~21.1m,下穿海河段覆土最小埋深為9.4m。擬采用直徑6.41m

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)。由于存在穿海河的工程作業(yè),該地層含水量豐富,滲透系數(shù)大,自穩(wěn)性差、承載能力低,盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中,易出現(xiàn)涌水等施工風(fēng)險(xiǎn)。在此地層環(huán)境下進(jìn)行盾構(gòu)同步注漿施工,存在盾構(gòu)注漿料不易凝結(jié)、注漿量大、注漿強(qiáng)度低、注漿填充效果差等問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化配合比,配制出滿足盾構(gòu)法同步注漿工藝要求的注漿料,具體配合比及性能見(jiàn)表5。表5

注漿料應(yīng)用配合比及性能

圖5為預(yù)拌水泥基盾構(gòu)注漿料的生產(chǎn)及運(yùn)輸過(guò)程,該預(yù)拌盾構(gòu)注漿料在混凝土攪拌站實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn),全程電腦控制,攪拌均勻度高,質(zhì)量穩(wěn)定可靠,施工過(guò)程中減少了二次灌漿的可能,滿足了施工單位的相關(guān)技術(shù)要求。

圖5

盾構(gòu)注漿料生產(chǎn)及運(yùn)輸3、結(jié)論

通過(guò)對(duì)預(yù)拌水泥基盾構(gòu)注漿料的研究及應(yīng)用,得到以下結(jié)論:(1)隨著注漿料中水泥摻量的增加,其抗壓強(qiáng)度逐漸增加。水泥摻量由25%增加到37%時(shí),

注漿料3d、7d及28d抗壓強(qiáng)度分別增加了183%、138%及85%。(2)隨著注漿料中膨潤(rùn)土摻量的增加,其流動(dòng)度及泌