富水砂层高压旋喷桩注浆材料防渗性实验研究_吴凯.pdf

第 19 卷第 2 期地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol192023 年 4 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringApr2023富水砂层高压旋喷桩注浆材料防渗性实验研究吴凯1，陈荣刚1，顾海荣1，袁洁君1，钱夏清2(1江苏省送变电有限公司，南京 211899;2 江苏开放大学 建筑工程学院，南京 210036)摘要:目前富水砂层高压旋喷桩止水帷幕水泥浆流失严重、成桩质量差。如何有效防止水泥浆流失、保证成桩质量是富水砂层地下止水帷幕施工的关键。本文依托张家港 220 kV 晨阳至晨港线路工程 电缆土建工程，选取高聚物+水泥、地聚物+水泥、赤泥+磷石膏+水泥作为注浆材料，开展富水砂层高压旋喷桩现场试桩实验，监测试桩注浆流量和注浆压力，龄期 60 d时，对试桩取芯并制作试样，开展试样的渗透实验和无侧限抗压强度测试，研究富水砂层高压旋喷桩注浆材料防渗性能。结果表明:3 种固化粉砂土抗渗性能均能达到 107量级;3 种固化粉砂土抗渗性能依次为高聚物+水泥固化粉砂土赤泥+磷石膏+水泥固化粉砂土偏高岭土+水泥固化粉砂土，可以满足高压旋喷桩的防渗性能要求。本研究可为富水砂层高压旋喷桩参数优化提供设计依据。关键词:高聚物;地聚物;赤泥;高压旋喷桩;防渗性能中图分类号:TU473文献标识码:A文章编号:1673-0836(2023)02-0533-08Experimental Study on Seepage Control Performance of High PressureJet Grouting Pile Using Grouting Material in Waterich Sand LayerWu Kai1，Chen onggang1，Gu Hairong1，Yuan Jiejun1，Qian Xiaqing2(1Transmission and Distribution Company in Jiangsu Province，Nanjing 211899，P China;2 School of Civil Engineering，Jiangsu Open University，Nanjing 210036，P China)Abstract:At present，the cement slurry of the water-proof curtain of the high-pressure jet grouting pile in thewater-rich sand layer is seriously lost and the quality of the pile is poor How to effectively prevent the loss of cementslurry and ensure the quality of piles is the key to the construction of underground water-stop curtains in the water-richsand layer This paper relies on Zhangjiagang 220 kV Chenyang to Chengang line project-cable civil engineering，selects polymer+cement，geopolymer，red mud+phosphogypsum+cement as the grouting material，and carriesout the field test of the high pressure jet grouting pile in the water-rich sand layerPile experiment，monitoring the grouting flow and grouting pressure of the test pile When the age is 60 d，the test pile is cored and thesample is made，the permeability test and unconfined compressive strength of the sample are carried out，and theapplication of the grouting material is rich in water anti-seepage performance of sand layer high pressure jet groutingpile The results show that the impermeability of the three kinds of solidified silt soil can reach the order of 107，and the order of the impermeability of the three kinds of solidified silt soil is:polymer+cement solidified silt soilred mud+phosphogypsum+cement Cured silt soil metakaolin+cement-cured silt soil，the application ofgrouting materials can meet the requirements of anti-seepage performance of high-pressure jet grouting piles Thisstudy can provide a design basis for parameter optimization of high-pressure jet grouting piles in water-rich sandsKeywords:high polymer，geopolymer，red mud，high pressure jet grouting pile，impermeability收稿日期:2022-11-27(修改稿)作者简介:吴凯(1989)，男，江苏淮安人，硕士，工程师，主要从事桩基工程施工方面的研究工作。E-mail:wukai202110 126com0引言富水砂层高压旋喷止水帷幕施工可能会因砂层高透水性和地层中水头差等原因，导致水泥浆流失严重、成桩质量差。如何有效防止水泥浆流失、保证成桩质量是富水砂层地下止水帷幕施工的关键。因此，本文提出不同注浆材料的配比方案，开展富水砂层高压旋喷桩试桩防渗性能实验。当前，已有国内外学者对富水砂层止水帷幕施工开展了现场实践研究1-3。注浆材料的选取直接影响成桩的质量4，在注浆材料的选择上，有学者采用超细水泥，沙飞等5 关于超细水泥基注浆材料研究表明，水灰比 15 12 1、粉煤灰 40%50%、超塑化剂 15%20%时，浆液扩散性能和材料强度最优。Krizek 等6 针对超细水泥与水玻璃溶液的混合物进行了一系列研究，探讨了不同配比的水玻璃对浆液性质产生的影响。试验结果表明，浆液性质主要还是受到水灰比的影响。有学者采用聚合物作为注浆材料，聚合物能够弥补水泥砂浆的一些缺点，提升水泥砂浆的力学性能、防渗性能、工作性能等7-10。通常情况下，聚合物改性水泥砂浆的性能随着水灰比和砂浆中的水泥含量的不同而变化。而不少研究表明抗压强度随水灰比增加而略有降低11-13。王红霞14 研究了 SPC 聚合物水泥砂浆在混凝土修补中的作用，将其与普通混凝土修补进行对比，经长期观测认为该新型复合材料具有良好的抗裂性、抗渗性、抗冻性及耐腐蚀性，是一种理想的修补材料。季韬等15 开展 PTB 乳液改善普通水泥砂浆性能的实验研究，结果表明:混合了聚合物乳液的水泥砂浆具有多功能性，其防水性、耐腐蚀性显著提高。本文依托张家港 220 kV 晨阳至晨港线路工程电缆土建工程，选取高聚物(聚丙烯酸盐 AB 组材料)+水泥、偏高岭土+水泥、赤泥+磷石膏+水泥作为注浆材料，制定这 3 种注浆材料的配比方案，开展富水砂层高压旋喷桩现场试桩实验，应用高压旋喷桩施工信息化监测系统监测试桩注浆流量和注浆压力等施工参数，龄期大于 28 d 时，对试桩取芯并制作试样，开展试样的渗透实验和无侧限抗压强度试验，分析研究应用注浆材料富水砂层高压旋喷桩防渗性能。1工程概况张家港 220 kV 晨阳至晨港线路工程 电缆土建工程位于苏州张家港市金港镇，施工区域为典型富水砂性土层。11工程地质条件施工区域表层局部分布人工堆积成因的素填土，地基土由第四系全新统冲积成因的粉质黏土、粉土夹粉砂、淤泥质粉质黏土、粉砂等组成，地勘剖面如图 1 所示。地层在勘探深度 20 m 范围内可划分为 8 个岩土体单元，土层性质见表 1。表 1土层性质一览表Table 1List of soil layer properties层序岩土名称状态厚度/m岩性描述素填土松散稍密09-24杂色，以黄褐色粉质黏土、粉土为主，局部混建筑垃圾、砖块、碎石、植物根茎和生活垃圾等，结构较松散，未经碾压或稍经碾压。局部地段为杂填土。粉质黏土流塑软塑06-20灰色、灰褐色，很湿，干强度及韧性中等。局部夹粉土薄层。淤泥质粉质黏土流塑0520灰色、灰黑色，等级中，饱和，含少量有机质和云母碎屑，具水平层理，稍有光泽，干强度和韧性中等低。粉土夹粉砂稍密0933粉土为灰褐色、灰黄色，很湿，含云母碎屑，颗粒组成中等均匀，干强度和韧性低;粉砂为灰色，饱和，松散，矿物成分主要由石英、长石及云母组成，颗粒组成不均匀。粉砂稍密中密37143灰色、青灰色，饱和，矿物成分以石英为主，长石、云母次之，颗粒组成中等均匀。粉砂中密4996灰色、青灰色，饱和，矿物成分以石英为主，长石、云母次之，颗粒组成中等均匀。435地 下 空 间 与 工 程 学 报第 19 卷续表 1层序岩土名称状态厚度/m岩性描述粉砂稍密中密1128灰色、青灰色，饱和，矿物成分以石英为主，长石、云母次之，颗粒组成中等均匀。粉质黏土可塑4363灰色、黄灰色，等级中，很湿，含少量氧化铁和氧化铝，混铁锰斑纹，稍有光泽，干强度及韧性中等。图 1地勘剖面图Fig1Geological prospecting section12水文条件张家港市属北亚热带南部湿润性气候区，气候温和，四季分明，雨水充沛。地下水位呈现季节性变化规律，其常年稳定水位埋深在 050250 m，常年变化幅度在 050100 m。地下水主要赋存在填土、粉质黏土、粉土、粉砂层中，其富水性、渗透性较好。2应用新型注浆材料高压旋喷桩试验21注浆材料选取211高聚物亲水性高聚物材料具有易溶于水、快速固化、不透水性等特点，将其与水泥联合使用可起到快速封堵砂层的效果。本试验所用高聚物材料是由上海固恩防水建材有限公司生产的，主成分是丙烯酸盐 AB 料，其中 A 料为主剂，B 料为辅剂。A 料主要成分是丙烯酸钙、丙烯酸镁等丙烯酸盐单体，是一种水溶性有机电解质。B 料包括交联剂、引发剂、促进剂。交联剂主要成分是乙二醇二丙烯酸酯;引发剂又称氧化剂，采用硫酸铵;促进剂又称还原剂，主要是三乙醇胺和四甲基乙二胺。如图2(a)所示。图 2注浆材料Fig2Grouting material212地聚物地聚物(Geopolymer)主要由 SiO4、AlO4四面体构成，结构上具有空间三维网状键接结构的新型绿5352023 年第 2 期吴凯，等:富水砂层高压旋喷桩注浆材料防渗性实验研究色胶凝材料，具有工作性能好、防渗性能好、早强快硬、体积稳定性好、耐化学腐蚀等优点，同时具有原材料丰富、工艺简单、价格低廉等特点。试验所用地聚物材料为河北省盛运矿业生产的白色粉末状偏高岭土，其型号为 AS2-1250 目，如图 2(b)所示。213赤泥赤泥是生产氧化铝过