膨胀变形（精选6篇）
膨胀变形 篇1
1 概述
水泥混凝土材料的组成决定了其硬化后具有脆性、收缩变形等属性,如处理不当,将导致混凝土开裂,耐久性下降,影响混凝土结构的正常使用。为了克服混凝土的收缩变形,通过在混凝土中掺入膨胀剂,引入膨胀源以补偿混凝土的收缩。在我国,膨胀剂被广泛应用于补偿收缩混凝土,对提高混凝土防渗防裂性能起到了重要作用。但随着膨胀剂的广泛使用,混凝土结构工程发生开裂、渗漏的事例越来越多。主要原因在于,对膨胀剂的正确使用缺乏深入认识,在使用过程中具有一定的盲目性。本文实验研究了养护条件对掺膨胀剂混凝土自由收缩率的影响,并对硫铝酸钙类膨胀剂的作用机理进行了简要分析。
2 原材料与试验方法
2.1 原材料
水泥:P.O42.5R,重庆拉法基水泥有限公司。
粗骨料:5～25级配碎石,重庆歌乐山。
细骨料:中砂,四川简阳。
膨胀剂:嘉华牌抗裂防水膨胀剂,四川嘉华水泥建材有限公司生产。
矿渣粉:S95级,重庆环亚建材有限公司生产。
混凝土外加剂:FDN缓凝高效减水剂,重庆江北特种建材有限公司生产。
2.2 试验方法
参照GBJ 82-85中混凝土收缩的测试方法,改变养护条件(见表1),考察养护条件对掺膨胀剂及未掺膨胀剂混凝土自由收缩率的影响,试验中采用的混凝土配合比见表2。
kg/m 3
3 试验结果与分析讨论
3.1 试验结果分析
从试验中发现,混凝土中掺入膨胀剂后,养护条件不一样,试验结果截然不同,如图1中的曲线A-1与曲线A-2所示。混凝土掺入膨胀剂,早期如能保证充足的水分供给,膨胀剂效能可以得到发挥,以补偿混凝土的早期收缩,并产生适度膨胀,如图1中曲线A-1所示。同样掺加了膨胀剂的A-2曲线则由于混凝土无法从外界环境中获取足够水分而始终表现为收缩。混凝土收缩率试验结果见表3,图1是根据表3中数据所作曲线。
×10-4
从图1中可以看出,在标准环境(温度:(20±2)℃,相对湿度:(60±5)%)中养护,掺加膨胀剂混凝土(对应曲线A-2)与未掺膨胀剂混凝土(对应曲线B-2)均表现为收缩,在补偿收缩方面,膨胀剂发挥了一定作用,但效果不明显。从试验结果还可以看出,在控制混凝土收缩时,与不正确使用膨胀剂相比,采取其他一些措施(如改善养护条件)却能达到更好的效果。
3.2 膨胀剂作用机理分析
掺入硫铝酸钙类膨胀剂的混凝土混合料加水后,膨胀剂与水泥熟料矿物以及石膏等快速溶解产生Ca2+,SO
3Ca(OH)2+3SO
钙矾石(AFt)晶体中含有大量结晶水,固相体积约增加1.5倍。合理利用AFt的这一特性,可补偿混凝土的早期收缩,这也是补偿收缩混凝土的原理所在。
从式(1)可看出,形成一个AFt需要结合32个水分子。因此,养护条件的湿度对AFt的形成影响很大,当相对湿度小于80%时,钙矾石的形成将受到明显抑制。这解释了试验A-1在14 d中表现为膨胀,而同样掺有膨胀剂的试验A-2却表现为收缩的现象。
4 混凝土掺膨胀剂应注意的问题
1)掺膨胀剂混凝土的养护问题。
工程上使用硫铝酸钙类膨胀剂的混凝土,在水化硬化初期,如果不给予充分的湿养护,将不能形成足够的AFt来补偿收缩,而在混凝土硬化后,未水化的膨胀剂继续从空气中吸收水分水化形成AFt,可能导致混凝土膨胀开裂。
2)掺膨胀剂混凝土因水胶比变化带来的潜在问题。
高强和高性能混凝土的推广,使得混凝土的水胶比降到0.4或0.3甚至于更低,而混凝土中的自由水随水胶比的降低而减少,当掺有膨胀剂时,膨胀剂中的CaSO4的溶出量随自由水的减少而减少。因此当水胶比很低时,膨胀剂参与水化而产生膨胀的组分数量会受到影响,那么,早期未参与水化的膨胀剂组分,在混凝土使用期间在合适的条件下,可能生成二次钙矾石(或称延迟生成钙矾石,DelayedEttringiteFormation,简称DEF)而破坏混凝土结构。这方面的问题目前还缺少试验数据,尚需要进行试验研究。而且由于DEF有较长的潜伏期,对结构的破坏作用是逐渐产生的,而大体积混凝土又往往是隐蔽工程,造成的破坏是难以检查和修复的。
同时,水胶比要影响混凝土的强度,过高的强度特别是早期强度会抑制混凝土膨胀的发展,而较低的强度特别是早期强度会导致更多的膨胀变为无效膨胀消耗在塑性状态的混凝土中,使得有效膨胀率减少。
参考文献
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[5]游宝坤,陈富银,韩立林,等.UEA水泥砂浆与混凝土长期性能的研究[J].硅酸盐学报,2000,8(4):314-324.
膨胀变形 篇2
随着煤矿开采深度的增加,地应力、瓦斯压力和温度不断的升高,在地应力、瓦斯压力和温度耦合作用下煤与瓦斯突出危险性增高,影响煤矿安全高效生产。开采保护层能够使被保护层原岩应力降低、弹性潜能释放,被保护层及围岩产生膨胀变形、裂隙发育、透气性系数提高,使被保护层及围岩的吸附瓦斯解吸、并为瓦斯的流动提供裂隙通道,为瓦斯形成“解吸—扩散—渗流”运动提供条件,即保护层开采具有“卸压增透增流”效应[1,2,3,4,5,6]。因此,开采保护层是解决煤与瓦斯突出的重要区域防突措施之一。
保护层开采过程中卸压煤岩体的透气性主要取决于被保护层的膨胀变形量。国内外学者对卸压煤岩体膨胀变形特征进行了大量的研究,涂敏等[3,7]利用相似模拟实验,对被保护层变形进行了分区研究,得出被保护层产生膨胀变形使其透气性增大的规律。张书金等[8]基于相似材料模拟实验分析了煤层群双重保护层开采煤层膨胀变形规律,得出双重保护层开采后被保护层在倾向方向上膨胀变形曲线呈“M”型分布。马占国等[9]根据物理模拟实验,研究了下保护层工作面推进过程中,采动覆岩结构运动规律及被保护煤层的应力和膨胀变形规律。石必明等[10,11]利用数值模拟分析了保护层开采过程中,被保护层垂直方向变形特征、水平方向变形特征和被保护层煤体应力和变形特征以及保护层与被保护层之间的间距对保护效果的影响。刘三均等[12]运用实验室相似材料模拟试验,分析了远距离下保护层开采上覆煤岩裂隙动态演化规律,多角度地对保护层开采效果进行了系统评价。Valliappan S[13]和Dziurzynski W[14]运用数值模拟的方法,对保护层开采引起的覆岩卸压变形进行了分析与研究。
上述研究主要针对保护层开采过程中被保护层卸压膨胀变形特征及其对保护效果的重要影响进行研究,且对于膨胀变形特征分析多是通过在被保护层的顶、底板的法线方向上布置一定量的测点,并计算保护层开采前后被保护层沿法线方向上的两个测点之间的距离变化来反应被保护层的膨胀变形特征。这种从“两个定点”距离变化角度分析膨胀变形的方法只考虑保护层开采过程中被保护层在法线方向上的变形特征,计算结果不能反应被保护层的横向变形,因此,不能全面、准确的反应煤岩体的膨胀变形特征。事实上,在保护层开采过程中被保护层煤岩体在倾向和法线方向上均发生了拉伸蠕变。因此,论文基于被保护层膨胀变形特点,提出了“四个定点围域面积”分析法,通过分析保护层开采前后被保护层面积变化表征膨胀变形特征。在工程实践和相似材料实验模拟中,在被保护层上用四个不变的测点确定一个四边形围域面积,通过分析“四个定点围域面积”在保护层开采前后的变化量分析被保护层的膨胀变形规律。研究结果较沿法线方向上的两个测点之间的距离变化分析法更加合理、切合实际。
1 膨胀变形“两个定点”距离变化分析法
目前,被保护层膨胀变形通常采用“两个定点”距离变化来分析,通过分析保护层开采前后被保护层在法线方向上两个定点距离的变化来表征卸压煤岩体的膨胀变形[15,16,17,18,19]。
在工程实践中,一般在保护层工作面顺槽或底抽巷内施工穿透被保护层顶底板的测量钻孔,在被保护层的顶底板中各安装一个位移测点,测定被保护层的膨胀变形,如图1所示。通过记录的数据绘制被保护层顶、底板法向位移随时间、工作面位置的变化曲线,确定被保护层的膨胀变形特征。
在相似材料模拟实验中,在被保护层顶底板上布置等距离的测点,随着保护层的开采利用位移计或通过摄影利用软件处理技术测量被保护层顶、底板上的测点在法线方向上移动变形,同一垂线上一对测点随着工作面推进在法线方向上的前后位移变化差值即为被保护煤层的膨胀变形量[9],如图2所示。
2 膨胀变形“四个定点围域面积”分析方法
2.1 被保护层膨胀变形“四个定点围域面积”测量方案与理论计算
2.1.1 工程实践中“四个定点围域面积”测量方案设计与计算
1)工程实践中“四个定点围域面积”测量方案设计
通过在保护层工作面顺槽或底抽巷内向被保护层顶底板中布置两组“两个定点”测线,这样能够在被保护层中确定四个定点,分析保护层开采前后“四个定点围域面积”的变化量,实现“四个定点围域面积”测量(图3)。
2)工程实践中“四个定点围域面积”计算方法
通过测量钻孔的布置位置及其在被保护层中的布置长度,分析得到“四个定点围域面积”在膨胀变形前沿倾向方向的边长l1、l2以及四个定点的坐标,将各点坐标值带入“计算不规则多变形面积”软件V2.0.4,得到被保护层膨胀变形前“四点围域面积”s,如图4所示。由于保护层开采前后被保护层膨胀变形率较小,可近似地认为“四个定点围域”为规则四边形。通过左侧1#测孔的顶底板测量变形锤的位移得到左侧测线中煤层顶部的位移量m1和煤层底部的位移量m2;同理,可测定2#测孔上下两点的位移量m3和m4。由于工程实践中被保护层膨胀变形量较小,近似认为膨胀变形后围域面积的上下边界分别为上部两个定点和下部两个定点之间的连线。以围域面积内的左下角测点为坐标原点,通过计算得到膨胀变形后四个定点的坐标值。根据不规则多边形面积软件计算得到被保护层膨胀变形后的围域面积s'。根据“四个定点围域面积”的前后变化值得到被保护层膨胀变形率为:
2.1.2 相似材料模拟实验中“四个定点围域面积”测量方案设计与计算
1)相似材料模拟实验中“四个定点围域面积”测量方案设计
基于相似材料实验模型的可视化特征,为了便于监测保护层开采过程中被保护层的膨胀变形,在被保护层上选择合理的尺度布置位移监测点,监测点处粘贴非编码标志点。选取四个定点围域为研究对象,使围域面积为正四边形,利用XJTUDP软件中工具测点距离及测点坐标的功能,测量出被保护层在膨胀变形前后编码点在煤层倾向和法线方向上的位移量及四个定点的坐标,如图5所示。在被保护层膨胀变形前,在被保护层上随机选取四个定点分别为A1、A2、A3和A4,假定变形后四个点分别为A'1、A'2、A'3和A'4(图6)。
在实验室相似材料模拟过程中,还可以运用细钢钉在被保护层及围岩中按照规则的四边形布置不同尺度的“四个定点”,记录“四个定点围域面积”在保护层开采过程中的变化情况,进而分析被保护层的膨胀变形率。由于保护层开采过程中被保护层的膨胀变形率较小,为了简化计算过程,在被保护层膨胀变形计算过程中,将“四个定点围域面积”计算模型视为四边形,将四边形中每两个测点之间的边长应用游标卡尺直接读取,通过计算分析被保护层膨胀变形前后“四个定点围域面积”的差值得出被保护层膨胀变形率。
2)相似材料模拟实验中“四个定点围域面积”计算方法
受采动影响,被保护层膨胀变形后四个定点围域为不规则四边形,随着保护层的开采,将“四个定点围域面积”用数码相机拍照,通过对图像进行分割、边界提取及跟踪,得到图像的边界及边界的每个像素点的坐标值pixl[i]·x、pixl[i]·y(i表示第i个像素点,i=0,…,N-1)。根据目标边界跟踪习惯算法,设以目标的左下方元素为目标起始点,如图7所示。以Freeman链码的方式表示边界目标相邻点位置的矢量关系,将边界曲线上相邻两像素点之间可能的八个连接方向定义为0、1、2、3、4、5、6、7八个方向符,分别表示0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°八个方向。根据Freeman链码的矢量关系标注原则对每个像素点进行前后两次矢量标注,即分别定义为前一像素点与本像素点的位置关系和本像素点与下一像素点的位置关系。经过对前后矢量标注进行对应相加和VC程序计算可以最终得到变形后四边形A'1A'2A'3A'4面积:
式中,N1表示为B[i]为1的个数,B[i]表示Freeman链码的矢量关系标注原则,其中:
通过被保护层膨胀变形前后的面积差值得到被保护层膨胀变形率为:
式中:n2为膨胀变形率;S为膨胀变形前被保护层四个定点围域面积,即尚未进行开采的四边形面积其值为固定值,S'为膨胀变形后四个定点围域面积。
2.2“四个定点围域面积”的合理尺度分析
由于被保护层厚度不同,为了精确计算被保护层膨胀变形率,在工程应用和相似材料模拟实验中应选取合理的“四个定点围域面积”尺度。为此,初步建议以被保护层厚度的1倍、1/2倍、1/4倍、1/8倍等不同尺度的“四个定点围域面积”为基本单元分析被保护层的膨胀变形率,如图8所示。
在工程实践中,需要应用开采保护层进行防突和增透的煤层通常都是厚煤层(煤层厚度为3.5~7.99 m)或特厚煤层(煤层厚度≥8 m)。为了便于“四个定点围域面积”的选取,提高相应的计算精度,将厚煤层按着煤层厚度的1倍、1/2倍或1/4倍几何尺度进行单元划分计算;将特厚煤层按着煤层厚度的1/2倍、1/4倍或1/8倍几何尺度进行单元划分计算。以煤层厚度的1/2倍为几何尺度进行单元格划分,可将煤层厚度1倍尺度围域内的“四个定点围域面积”划分为4个面积单元格;同理,以煤层厚度的1/4倍尺度划分,可得到16个面积单元格;以1/8倍尺度划分,可得到64个面积单元格。煤层厚度1倍尺度围域内划分的面积单元格越多,计算精度越高。
3 两种方法计算精度对比分析
以沙曲矿多煤层开采相似材料模拟实验模型为研究平台,如图9所示。沙曲矿区共含三层可采煤层,从上之下依次为2煤、3+4煤和5煤。由于3煤和4煤之间只有一层很薄的一层泥岩,将两层煤合成为一层煤进行开采。其中,2煤平均厚度为1.07 m,埋深平均425.25 m;3+4煤平均厚度为4.02 m,埋深平均441.30m;5煤平均厚度为5 m,埋深平均449.40 m。试验应用平面模型模拟煤层的走向,相似材料实验台的长、宽和高分别为3 000 mm、300 mm和2 000 mm,模型的几何相似比为1/100,在实验中工作面每次推进3 cm,每次推进间隔为1 h。实验采用下行开采的方式,由于2煤较薄在相似模拟实验中不作为开采煤层,所以实验首先选择3+4煤进行开采。
为了对比分析“两种方法”确定的膨胀变形的精度,在3+4煤层采场覆岩裂隙带内布置测区。在距3+4煤上部45 m,离开切眼50 m的位置处选择一四边形区域进行测点布置。运用细钢钉在该区域,按照该区域厚度的1倍、1/2倍和1/4倍等尺度布置“四个定点围域”(1/8倍尺度单元格测量工程量太大,故没有布置)。分别记录不同尺度的“四个定点围域面积”在保护层开采过程中的变化情况,如图10所示。其中,ABCD围域为1倍区域厚度的“四个定点围域”,AEFG、EBNF、FHCI和OFID围域为1/2倍区域厚度的“四个定点围域”,共计4个,AJKL和MNLO围域为1/4倍区域厚度的“四个定点围域”,共计16个。对于1/4倍区域厚度的“四个定点围域”,在实验中对16个小的四边形边长进行逐一测量所需要的时间较长,所以选取左上角四边形AJKL和右下角四边形MNCO两个区域为代表进行测量,并求得平均膨胀变形率值作为整个区域在下部煤层工作面推进过程中的膨胀变形率。
为了消除边界效应,在3+4煤层的始采线和停采线处分别选择留取宽度为40 cm的保护煤柱。为了有序的测量四边形各边的长度,按着逆时针的方向将四边形中每两个测点之间的边长应用游标卡尺直接读取,部分四边形边长见表1。通过多边形计算软件求出上覆岩层选定区域膨胀变形前后“四个定点围域面积”,并带入式(1)得出膨胀变形率。
随着工作面的推进,当工作面推进到93 cm时,上覆岩层保护区域出现离层裂隙,如图11所示。此时区域内“四个定点”围成的四边形面积有一定的膨胀变形;当工作面推进到96 cm时,上覆岩层保护区域内的裂隙达到充分发育,如图12所示。区域内“四个定点”围成的四边形面积膨胀变形进一步加大;当工作面推进到105 cm时,上覆岩层保护区域处于重新压实区,此时离层裂隙发生重新压实,区域内“四个定点”围成的四边形面积膨胀变形减小。实验过程很好的再现了3+4煤层开采过程中,上覆岩层在采动应力影响下经历的裂隙初次发育、裂隙充分发育和裂隙重新压实的过程。
通过对四边形各边长测量、计算,分别得到工作面在推进93、96、105 cm时,工作面上覆岩层保护区域内1倍区域厚度、1/2倍区域厚度和1/4倍区域厚度的“四个定点”围域面积,见表2。
通过膨胀变形率计算公式,求得1倍区域厚度的“四个定点围域面积”在裂隙发育阶段(工作面分别推进93 cm)、裂隙充分发育阶段(96 cm)和裂隙重新压实阶段(105 cm)的膨胀变形率分别为49.4‰、174.5‰和11.2‰;同理,求得1/2倍围域厚度的“四个定点围域面积”在不同阶段的膨胀变形率分别为51.3‰、195.5‰和20.5‰;1/4倍围域厚度的“四个定点围域面积”在不同阶段的膨胀变形率为91.7‰、196.9‰和20.6‰。其中,通过传统的“两个定点”距离变化分析法求得的在不同阶段膨胀变形率分别为42.9‰、166.2‰和8.1‰。
“两种方法”膨胀变形率测试精度对比如图13所示,由图可知:选定的膨胀变形研究区域在3+4煤层工作面推进过程中,分别经历了裂隙发育阶段、裂隙充分发育阶段和裂隙重新压实阶段。由于受采动应力的影响,研究区域在保护层工作面前方和正上方时,研究区域的膨胀变形率的发展趋势为从裂隙发育阶段到裂隙充分发育阶段逐步增加,到裂隙充分发育阶段达到最大值;随着保护层开采后应力降低,上覆岩层得到重新压实,裂隙得到重新压实;当裂隙从充分发育阶段到重新压实阶段,研究区域的膨胀变形率逐渐降低。通过“两种方法”比较得知,使用“四个定点围域面积”分析法测得的上覆岩层保护区域内的膨胀变形率较“两个定点”垂直距离变化分析法更加精确。其中,选定区域内划分的面积单元格越多,计算精度越高。
对于上保护层开采,被保护层膨胀变形率较下保护层开采小,应用“四个定点围域面积”分析法较“两个定点”距离分析法测试效果更加真实。但是,在上保护层开采工程实践中,在下伏被保护层布置“四个定点”较困难,所以对于上保护层开采,应当主要分析下伏被保护层的应力变化来表征渗透特性的变化。
4 结论
1)被保护层膨胀变形特征是保护效果考察的主要指标之一,论文首次提出了“四个定点围域面积”分析膨胀变形的方法,通过面积膨胀变化分析被保护层膨胀变形特征,综合考虑被保护层在倾向方向和法线方向上的变形影响,分析结果更准确、更切合实际。
2)设计了工程实践中应用“四个定点围域面积”分析被保护层膨胀变形的考察方案和面积计算方法;提出了实验室条件下,基于Freeman链码矢量分析法,确定被保护层变形后不规则“四个定点围域面积”的理论计算方法,以及应用游标卡尺直接量取四边形的边长来计算面积变化的方法。
3)探讨了“四个定点围域面积”的合理尺度,以煤层厚度1倍、1/2倍、1/4倍、1/8倍尺度建立“四个定点围域面积”。初步建议被保护层为厚煤层的,按其厚度1倍、1/2倍或1/4倍尺度进行面积单元划分;被保护层为特厚煤层的,按其厚度1/2倍、1/4倍、1/8倍尺度进行面积单元划分。
膨胀变形 篇3
玉蒙铁路旧寨隧道, 里程DK118+465～DK122+925, 隧道分为两口掘进, 岩性为第三系 (N) 泥岩、砂岩、砾岩夹煤层, 岩层破碎, 节理裂隙水发育, 掌子面水呈淋雨状, 岩层呈左倾, 现场施工时, 喷射混凝土很难附着岩面。泥岩遇水由胶结状变成淤泥。掌子面及拱顶频繁坍塌, 初支后围岩膨胀造成变形, 处于高风险施工状态。
2施工状态
进口上台阶施工至DK118+990, 下台阶掌子面支护里程为DK118+965, 仰拱施作至DK118+922, 二次衬砌施作至DK118+803。初期支护表面有地下水渗出, DK118+895～DK118+940段初期支护发生较大变形, 现场明显可见钢架C, D单元接头处外鼓, 纵、环向裂缝。根据实测断面资料及监控量测资料, 初期支护侵限发生在线路左侧和拱顶, 拱顶钢筋变形呈“Z”字形。侵限20 cm～50 cm, 而且还有加速变形趋势。立即停止掌子面上下台阶施工。
3施工动态处理
1) DK118+895～DK118+940段变形较大及初支开裂部位增设ϕ150钢管横撑, 每断面增设两根, 纵向间距1 m, 加强横撑端头的施工工艺。2) 在线路左侧拱墙设ϕ42径向钢花管注浆加固地层, 钢花管每根长4 m, 纵、环向间距1 m, 注水泥—水玻璃浆液, 水灰比0.5∶1～0.8∶1, 在可注范围内尽量稠密, 缩短硬结时间。3) 钢花管注浆加固完成并达到强度后, 对侵限的格栅钢架单元予以置换, 由小里程往大里程方向逐榀拆换, 置换前必须确保锁脚锚管的施工质量。4) 拆换完成后, 尽快封闭初支成环, 尽早跟进仰拱。5) 及时调整前方施工方法为短台阶法, 加强监控量测及数据分析, 适时调整预留变形量。当实测变形量已达到预留变形量的2/3时, 应及时补强初期支护。6) DK118+990以后段加强支护:全环架设格栅钢架, 纵向间距0.8 m;拱部设ϕ42小导管, 每根长3 m, 环向间距0.2 m, 纵向间距1.6 m。7) 禁止向前掘进, 坚持和加强瓦斯检测和各项量测工作, 待开挖的地段全部二衬完成后再往前掘进。8) 前方施工方法为短台阶法, 上台阶高度调整到钢架B, C单元连接处。
4置换工艺及技术参数
1) 小导管注浆设计。
对初期支护变形采用注浆加固, 单孔注浆量按V=3.14×R2×N×L=3.14×0.52×0.3×3=0.706 5 m3控制, 注浆终压值暂定为1 MPa。
2) 拱架加工根据置换范围需要单独设计。
5施工工艺
5.1 注浆加固
1) 超前小导管布设在圆心角约100°范围内的隧道拱顶。
2) 在边墙设ϕ42径向钢花管注浆加固地层, 钢花管每根长4 m, 纵、环向间距1 m, 每次施工3 m～5 m。
3) 注浆加固地层流程图见图1。
注浆施工要点:a.浆液拌制:水泥浆搅拌在拌合机内进行, 根据拌合机容量大小, 严格按要求投料, 水泥浆与水玻璃的体积比先按1∶1, 根据岩层情况和胶凝时间要求作适当调整。搅拌水泥浆的投料顺序为:先加水, 后将水泥投入并搅拌3 min。b.注浆前要检查注浆设备, 其性能要良好, 工作压力要满足注浆压力要求, 并进行现场试运转。c.注浆顺序为先注无水孔, 后注有水孔, 从拱顶顺序向下进行。如遇窜浆或跑浆, 可间隔一孔或几孔注浆。d.注浆:注浆口最高压力严格控制在1 MPa以内, 以防压裂工作面。控制进浆速度, 一般每根导管双液总进量控制在30 L/min以内。每根导管内注浆量由计算确定, 若压力上升, 流量减少, 虽然注浆量未达到计算值, 但孔口压力已达到1 MPa, 结束注浆。利用止浆阀保持孔内压力, 直至浆液完全凝固并要做一定数量的钻孔, 检查注浆效果, 如未达要求, 应进行补浆。e.注浆结束后及时清洗泵、阀门和管路, 保证机具完好, 管路畅通。f.注浆后应至少等待4 h～6 h方可置换。
5.2 开挖及置换
隧道开挖和置换, 软弱围岩地段施工始终坚持“管超前、弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的原则。开挖用风镐从下往上施工, 并利用YT-28风钻探测围岩松弛圈, 实际发现左侧围岩松弛大约1 m～3.5 m, 右侧围岩松弛范围小。
钢架加工制作及架设施工工艺:
1) 钢架加工制作和安置工艺要求:a.按设计图和实际尺寸放格栅拱架大样;b.架立钢架时清除浮渣;c.按设计焊接定位筋及纵向连接筋, 段间连接安设垫片拧紧螺栓, 确保安装钢架质量;d.严格控制净空几何尺寸。2) 钢架架设施工工艺图见图2。
6隧道施工中监控量测
隧道施工中监控量测程序见图3。
根据掌子面揭露地质情况为第三系 (N) 泥岩、砂岩、砾岩夹煤层。因此必须对围岩实行监控量测, 其目的在于掌握围岩动态, 对围岩稳定性作出评价;确定加强支护结构形式、支护参数和支护时间;监测项目包括:洞内观察、净空位移量测、拱顶下沉量测、围岩松弛范围 (见表1) 。洞内观察分为开挖工作面观察和支护状况观察两部分。开挖面及支护状况观察应在每次开挖后每天至少进行一次, 内容包括:喷射混凝土、锚杆、钢架的变形状况。
6.1 应及时对现场量测数据进行处理和分析
1) 在隧道开挖和置换后, 根据施工观察、现场地质调查、现场监控量测及时整理量测资料, 分析研究各项施工信息, 对施工前预设计的结构形式、支护参数、预留变形量、施工工艺、施工方法以及各工序施作时间等做检验和修正。
2) 当出现异常现象时, 应立即采用加强支护、改变施工方法、及早形成闭合环等技术措施, 使可能发生的塌方或大变形防患于未然, 以保证隧道施工安全。
3) 隧道开挖和置换后, 确认围岩类别、工程地质条件、水文地质条件有明显好转;初期支护全部施作完毕, 位移量远比设计和规范要求小, 可征求各方意见, 降低初期支护措施, 以求经济。
6.2 初支变形量测结果和二衬关系
初支变形量测结果和二衬关系如图4所示。
7结语
对于膨胀岩隧道施工过程中, 上下台阶不宜太长, 及时封闭成环并加强监控量测, 采取可行方案适当加固地层, 二衬紧跟, 可以阻止初支变形增加, 防止侵入二衬, 保证二衬厚度, 从而确保施工安全和施工工序正常进行。
摘要：针对玉蒙铁路旧寨隧道膨胀岩初期支护变形问题, 根据现场实际处理情况, 总结了膨胀岩隧道初支变形处理技术, 指出膨胀岩隧道施工中上下台阶不宜太长, 应及时封闭成环并加强监控量测, 从而确保施工顺利进行。
关键词：膨胀岩,隧道,初期支护,处理
参考文献
[1]TB10204-2002 (J163-2002) , 铁路隧道施工规范[S].
[2]TB10104-2002 (J159-2002) , 铁路工程水质分析规程[S].
[3]TB10119-2000 (J72-2001) , 铁路隧道防排水技术规范[S].
[4]TB10401.2-2003 (J260-2003) , 铁路工程施工安全技术规程 (上) [S].
膨胀变形 篇4
我国高速公路的不断建设和发展,为全国经济高速发展提供了有利条件的同时,在修建过程中也遇到了很多问题,如红黏土、膨胀土地区。这两类特殊土在我国分布广泛,而特殊土的危害也给我国路桥的建设带来了很多困难,对于特殊土各自的特点,有针对性地采取相关处理措施,不仅能节约工程成本而且能使特殊土更充分地发挥作用。
常见的特殊土有黄土、膨胀土、红土等红黏土在物理力学性质指标、矿物成分、工程力学特性等多方面与膨胀土有相似之处[1],由可知,它们的黏粒含量都很高、比表面积大,因此都具有高液限、高塑性指数、天然含水率高;施工过程中难以压实;吸水膨胀,失水收缩,变形较大且反复[2]的特点。根据《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ 112—87[3],第2.3.2条所述,自由膨胀率大于或等于40%的土,应判定为膨胀土;按收缩指标划分(体缩率在16%～23%)属于中等膨胀土,那么江西吉安的红黏土属于中等膨胀土范畴。
由于缺少针对红土地区的施工技术规范,且红黏土又具有一定的弱膨胀性而被套用膨胀土的相关施工规范处理,目前采用较多的是《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ 112—87[3]。被广泛采用的自由膨胀率对膨胀土进行分级的方法存在着一定的局限性,由于自由膨胀率是通过扰动土得来的,因此,它只能反映土的成分,而不能反映其结构和状态变化对其产生的影响[4];西红黏土恰恰是一种结构性很强的土。
通过调查典型红黏土及膨胀土地区路破坏形式,分别进行室内干湿循环变形试验以及水稳性试验来研究这两种土在干湿循环作用下胀缩变形的特点,为更有针对性地处理特殊土地基提供数值依据。
1 红黏土与膨胀土路基破坏形式对比
红黏土膨胀土主要分布在国南方,由于南方地区雨量充沛,温度偏高,存在明显的干湿循环,因此路面结构层通常会在干湿循环后发生破坏[5]。图1、图2为典型红黏土及膨胀土路段路基病害图,图片分别摄于广西南友高速公路和江苏宿沭高速公路[6],广西南友高速是采用红黏土作为路基填料,江苏宿沭高速是采用膨胀土作为路堤填土。
由图1 (a)、(b)看出,红黏土路面出现沿着路面的纵向及弧形裂缝,整个路段出现横向滑移及不均匀沉降现象,路面的破坏裂缝虽然经过了修补,但是裂缝还是在不断地扩大,而弧形裂缝包围的区域有向外侧倾斜的现象,表明该填方边坡已经出现滑坡迹象。由图2(a)、(b)看出,膨胀土路基的破坏形式不同于红黏土,其在路面表现出来的是波浪式的变形特征。
因此,用未经任何处理的红粘土填筑路基在经历数次干湿循环以后所产生的路基病害的特点与膨胀土有很大的区别。因此,有必要通过室内变形试验和水稳性试验研究导致这一区别的原因,有利于更好地运用这两类土。
2 红黏土与膨胀土变形特性的室内试验研究3.1试验材料
本文所采用的试验用土分别来自江西吉安的红黏土,红褐色,所含杂质较少以及南京高淳的膨胀土,颜色呈黄褐色,其中混有钙质结核。红黏土及膨胀土的基本物理力学指标以及颗粒分布见表1和表2。
2.2 红黏土及膨胀土的干湿循环变形试验
为了能够更好地模拟现场工程实际,将土体放置于地下室(温度15℃、湿度90%),在恒温恒湿条件下进行干湿循环变形试验,比较相同条件下干湿循环次数对击实红黏土及膨胀土胀缩变形的影响,根据《公路土工试验规程》JTG E40—2007[7],采用质量控制法按照表3中制样参数制备环刀样。
将制好的环刀样放入膨胀仪,分三次加水使土样泡水膨胀,待变形稳定以后即6 h两次读数间隔不超过0.01 mm时读取百分表读数,随后进行收缩试验,将土样小心移至收缩仪,待土样风干至制样含水率后,读取百分表读数。
图(a)、(b)分别为红黏土及膨胀土竖向变形随干湿循环次数变化曲线,其中峰值为试样膨胀稳定的高度,谷值为试样收缩至制样含水率的高度。
Chen 1995;Chu和Mou 1973;Chen et al.1985;Chen和Ma1987;Subba Rao和Satydas 1987;Dif和Bluemel 1991通过大量试验得出高液限土在干湿循环作用下它的膨胀性会产生疲劳,最后达到一个平衡状态,一般3～5个循环下来就基本上维持在这个平衡状态[8,9]。同样,作为高液限土的红黏土与膨胀土也具有相同的性质,图3(a)、(b)表明,在第一次泡水膨胀后,相同制样干密度和含水率的红黏土的竖向变形量于膨胀土,随着干湿循环次数增加,红黏土的膨胀变形量逐渐减小,最终趋于一个固定值;膨胀土的膨胀变形量则与红黏土规律相反,随着干湿循环次数的增加逐渐增大。图4(a)、(b)表明击实红黏土与膨胀土的绝对膨胀率在干湿循环作用下也呈现出不同的变化趋势,红黏土的绝对膨胀率随着干湿循环次数的增加而减少最终趋于稳定(下降幅度为4.8%);膨胀土的绝对膨胀率随着干湿循环次数的增加而增大最终趋于稳定(上升幅度达8.6%)。图4反映击实红黏土与膨胀土在变形方面最为本质的区别:红黏土的变形是以收缩为主而膨胀土的变形是以膨胀为主。
2.3 红黏土及膨胀土的干湿循环水稳性试验
本试验采用的是部分干燥法,采取常规的浸水饱和——蒸发干燥法,同样将土样放置于地下室(温度15℃、湿度90%)进行试验,每次循环前后用数码相机拍下裂隙分布情况,以试样产生裂缝、剥落的先后次序及其数量等作为衡量标准来评价并比较它们抵抗干湿循环的能力。
在表4中,线缩率与体缩率均为土样在经历5次干湿循环中的平均值。
其中,定义线缩率:。
式中H0-试样原高度(环刀高度)(mm),
Rt-土样第t次膨胀稳定的高度(mm),
Rt'-土样第t次风干至制样含水率的高度(mm)。
定义体缩率:。
V0-土样原体积(环刀容积)(cm3),
Vt-土样第t次膨胀稳定的体积(cm3),
Vt'-土样第t次风干至制样含水率的体积(cm3)。
由图5表明,红黏土随着干湿循环的发展,试样首先在与环刀相接触的四周颗粒破碎,并且伴随着小颗粒的脱落,在经历5次干湿循环以后,土体四周产生细小裂纹,到第8次时环刀样的表面没有长裂缝产生,侧面有细长裂缝产生,土体基本变形稳定,结构比较完整,主要的变形体现为横向的收缩。膨胀土随着干湿循环的发展,试样从第1次循环后与环刀接触的四周土颗粒的破碎脱落到经历5次循环以后,土体表面的细裂纹贯通,最后在第8次循环后土体表面的长裂缝贯穿至土体底面,土体彻底破坏。表4是两类土在干湿循环中的变形参数,在相同密度含水率条件下,膨胀土的无荷膨胀率大于红黏土红粘土的体缩率、线缩率均大于膨胀土,再次验证了红黏土是以收缩变形为主而膨胀土是以膨胀变形为主。
2.4 试验结果分析
在首次干湿循环后,相同干密度、含水率条件下的红黏土的无荷膨胀率小于膨胀土,主要原因是这两类土组成矿物成分不同,红黏土矿物成分以高岭石为主,而膨胀土的粘土矿物成分主要有蒙脱石、伊利石等。在蒙脱石、高岭石与伊利石3种粘土矿物当中,蒙脱石属于亲水矿物,而高岭石与伊利石的亲水性则相对较弱,蒙脱石矿物晶层靠分子间相互作用力(范德华力)相互连接,连接力很弱[10],层间距相对较大,易随着含水率的变化而胀缩;高岭石和伊利石则与之相反,晶层之间以氢键连接,间距小,强度高因此,膨胀土的膨胀能力大于红黏土。
在经历首次干湿循环以后继续进行循环,组成膨胀土的主要矿物蒙脱石的吸水能力与持水能力明显高于组成红黏土的主要矿物高岭石和伊利石,而红黏土又有其特殊性,土颗粒中含有大量铁铝氧化物[11],这种游离氧化物以“包膜”[12]的形式分布在粘土颗粒整个或部分表面上,并将它们胶结起来。由于游离氧化物具有含水的胶态特征,因此土样在失水以后,胶态的游离氧化物脱水固结增强了土粒间的连结强度,且此过程在复浸水后不具有可逆性[13],从而影响到红黏土的水理性质指标,这是导致红黏土的绝对膨胀率随着干湿循环次数的增加而减小以及水稳性明显优于膨胀土的主要原因;而膨胀土吸水膨胀,在第一次泡水后由于水膜的楔入作用将颗粒推开,增大粒间距离使土的体积膨胀,在风干到制样含水率以后,体积是不能完全恢复的,孔隙比的增大以及组成矿物蒙脱石层间键能的减弱使得土体在复浸水后吸水量增大,绝对膨胀率随着干湿循环次数的增加而增大。
3 结论
本文通过对比红黏土和膨胀土用于路基填料时的破坏形式,研究了击实红黏土及膨胀土在干湿循环作用下的变形及水稳性方面的异同。红黏土与膨胀土作为路基填料时,路基病害有很大的区别,红黏土路面主要产生沿着路面的纵向及弧形裂缝,而膨胀土路面主要产生波浪式变形。
击实红黏土的绝对膨胀率随着干湿循环次数的增加而减小,表现为以收缩为主的胀缩特性;而膨胀土的绝对膨胀率随着干湿循环次数的增加而增大,表现为以膨胀为主的胀缩特性。
击实红黏土的水稳性明显优于膨胀土。在经历数次干湿循环后,红黏土的线缩率及体缩率均大于同等初始条件下的膨胀土,而其无荷膨胀率却小于膨胀土。
通过研究得出,红黏土与膨胀土之所以在用作路基填料时表现出不同的破坏形式,原因在于干湿循环条件下,击实红黏土与膨胀土的变形趋势具有显著的区别。具有良好水稳性的红黏土在经历首次膨胀以后便表现为整体的收缩,路面结构层失去下卧膨胀土的支撑,路面中央易出现纵向贯通裂缝,同时边坡的失稳易导致路面一侧出现弧形裂缝;水稳性较差的膨胀土经历干湿循环以后,膨胀量的增大使得路面结构层要承受来自土体不断向上的膨胀力,加之土中含水率的不均,导致路面出现波浪式变形,同时,反复的干湿循环效应使得土体中产生大量裂缝,其强度急剧下降,最终导致破坏。因此,当这两类土用作路基填料时需针对其变形的不同特点,将这两类土区别处理。
摘要：调查了典型击实红黏土及膨胀土用作路基填料时的破坏形式。比较了红黏土及膨胀土在干湿循环条件下的胀缩变形特性的异同,得出干湿循环作用下,红黏土是以收缩为主,而膨胀土是以膨胀为主,这两类土呈现的不同变形趋势是导致它们产生不同路基病害的原因同时进行了红黏土和膨胀土的水稳性研究,得出红黏土的水稳性明显优于膨胀土。区别对待这两类土可以更好地利用特殊土作为路基填料,使特殊土的工程危害降到最低。
膨胀变形 篇5
1 非饱和膨胀土弹塑性本构模型研究现状
目前本构模型比较认同的是Alonso的G-A模型[2],该模型主要描述了重塑膨胀土在干湿循环过程中的反复胀缩特性,但该模型必须计算微观变形和宏观变形,较复杂。曹雪山简化和改进了G-A模型。陈正汉提出了结构损伤模型在土坡多场耦合分析中的应用理论[4]。下面介绍几种变形情况。
1.1 弹性变形
其中,p,q,s分别为净平均应力、偏应力和基质吸力;dε
1.2 湿胀变形
其中,dε
1.3 塑性变形
膨胀土的宏观屈服特性可以用加载屈服面(LY)和剪切屈服面(SY)表示。
其中,p*0为饱和状态下的屈服净平均应力;M为临界状态线(CSL)的斜率;ps为某吸力下临界状态线在p轴上的截距;k为反映粘聚力随吸力增长的参数;pc为参考应力;λ(s)为某吸力下净平均应力加载屈服后的压缩指数,当土饱和时,即为λ(0);r为与土最大刚度相关的常数,r=λ(s→∞)/λ(0);β为控制土刚度随吸力增长速率的参数;a为反映剪胀性强弱的参数;M2为比M略大的参数;ε
虽然该模型得到工程界普遍认可,但参数难以精确得到。龚晓南[5]认为可重建立实用模型。本文引用邯郸市某膨胀土侧限有荷膨胀试验数据[6],得到反映该地区岩土体主要性状,且用之进行工程计算能够获得较好分析结果的应用型本构模型。
2 有侧限荷载膨胀试验
2.1 有荷膨胀率试验
该试验采用固结仪、环刀、位移计等仪器设备,分级或一次连续施加所要求的荷载,直至变形稳定,测记位移计读数,计算特定荷载下的膨胀率。数据如表1所示。
2.2 膨胀率与竖向压力的关系
从图1可以看出,膨胀率εp与压力P成负对数相关,即随竖向压力的增大而减小,反之亦然。
2.3 膨胀率与初始含水量的关系
从图2可以看出,膨胀率εp与初始含水量ω成负线性相关,随含水量增大而减小。
2.4膨胀率与干密度的关系
由图3可知,对于同一种膨胀土,土的干密度越大,土样中个体颗粒数量就越多,比表面积越大,吸附水膜的能力越强,水膜增厚,膨胀率也随之增大。
3有侧限荷载膨胀本构模型
综合上述,膨胀率εp与压力P成负对数相关,可将表达式写为:εp=-mlnP+n,m,n为相关系数,由式(10),式(11)可知膨胀率与含水量和干密度有正比关系,因此可以拟用下式来表达:
则非饱和膨胀土的简单应力应变的本构模型如下:
其中,a,b,c,e,f,g均为与含水量和干密度、膨胀率及竖向压力相关的相关系数,此结论与文献[3]中式(1),式(2),式(3)相似。由于本次试验数据组数较少,仅提出了理论,还有待进一步研究验证。
4结语
1)侧限有荷膨胀率试验中膨胀率随γd的增大而增大,随ω和竖向压力的增大反而减小;而与P成半对数线性关系;2)利用室内常规试验建立的膨胀土本构模型简单明了,便于工程应用,但还有待于提出更合理的试验方案。
参考文献
[1]李生林.中国膨胀土工程地质研究[M].南京:江苏科学技术出版社,1992.
[2]Alonso E E.Modeling the mechanical behaviour of expansive-clays[J].Engineering Geology.1999(54):173-183.
[3]韦秉旭,周玉峰,刘义高,等.基于工程应用的膨胀土本构模型[J].中国公路学报,2007,20(2):18-22.
[4]卢再华,陈正汉,方祥位,等.非饱和膨胀土的结构损伤模型及其在土坡多场耦合分析中的应用[J].应用数学和力学,2006,27(7):780-788.
[5]龚晓南.21世纪岩土工程发展展望[J].岩土工程学报,2000,22(2):238-242.
膨胀变形 篇6
佛山怡翠玫瑰园小区地下室顶板以上为组团式高层商住楼,地下室一层,为整合一体形式,并联通各组团单元。地下室底板面为-5 m,平面面积约30 000 m2,变形缝长1 300 m。2009年6月,地下室变形缝多处渗漏,积水难以控制,严重影响地下室的正常使用。对该变形缝多次进行止水堵漏,但效果都不理想。
2 堵漏设计方案的选用
2.1 地下工程变形缝常用堵漏止水技术类型
1)充气膨胀密实法
将充气膨胀式橡胶止水条安装在变形缝内,采用专用环氧树脂粘结剂粘贴橡胶止水条,然后对橡胶止水条进行充气。橡胶止水条由于充气膨胀而产生预压力,使得橡胶止水条两侧的粘结剂能充分紧贴缝壁,待粘结剂固化成型后,整个橡胶止水条安装系统就可达到密实止漏的目的。
2)表面粘贴法
采用特殊粘结剂,将聚氯乙烯卷材粘贴在变形缝顶两侧200～300 mm部位,待粘结卷材的粘结剂固化后,即可对抗缝体内部的地下水。
3)填充密实法
将缓膨型遇水膨胀橡胶止水条嵌填在变形缝体内。当缝体中的水浸泡橡胶止水条时,橡胶止水条产生膨胀,从而与缝壁紧贴密实,达到止漏的目的。
4)灌浆堵漏法
采用发泡聚氨酯、丙凝等化学注浆材料,对变形缝进行加压灌注。注浆材料遇水会膨胀,发生固化反应,可起到止水堵漏的目的。
2.2 各技术类型分析对比
2.2.1 各技术类型应用性能对比
各技术类型应用性能对比见表1。
2.2.2 各技术类型分析
1)充气膨胀密实法:
能满足较大变形的各类建筑、构筑物变形缝的止水堵漏,可长期抵御较大水头压力;使用周期长,环境适应性好,可以超长距离连续驳接施工,且接头灵活多变可满足各种复杂情况;应用广泛,可在住宅、公路、桥梁、码头等新建或维修变形缝工程中应用。
2)表面粘贴法:
可满足一般的工业与民用建筑的止水堵漏要求;能适应复杂的施工环境,对曲线或曲面部位也能很好地适应;施工简易,维修容易。不太适合水头较大的地下建筑的止水堵漏。
3)填充密实法:
可满足一般的工业与民用建筑的止水堵漏要求;对建筑结构的变形有一定的适应能力,对曲线或曲面部位也能很好地适应。对复杂体型、多向分支的变形缝适应较差,且不适合连续长向施工;对施工的工艺要求较高,维修麻烦。
4)灌浆堵漏法:
适用于低水头、建筑结构稳定或变形较小的渗漏水情况;施工灵活简易。可能需要二次或多次灌浆方可实现止水堵漏,工程效果也需中长期观察。
2.3 堵漏方案的确定
本工程地下室变形缝有3个主要特点:(1)变形缝纵横交错,存在大量双柱、四柱,以及平面转角、十字、三岔等复杂接头情况;(2)地下室局部区域不在同一平面,变形缝不仅有平面设置,还有立面连通,增大了整治难度;(3)变形缝渗漏点漏水速度约为0.8～1 L/min,且一条缝体有多处渗漏点。根据工程特点,经多次论证,决定采用充气膨胀密实法作为主要整治技术方案。
3 充气膨胀密实法介绍
3.1 材料介绍
充气膨胀式橡胶止水条由优质氯丁橡胶制作而成,通过充气膨胀及特制的环氧树脂粘结剂安装到位。橡胶止水条正确安装后,与变形缝的缝隙侧面完全粘结紧密,在建筑物周期伸缩运动或沉降发展中,不会出现脱落、突出、滑移等情况。
充气膨胀式橡胶止水条有多种型号,可适应不同缝宽尺寸的变形缝,满足不同工程项目的要求。本工程采用具有±50%位移能力的“W”型40 mm宽的橡胶止水条,与之相配套的材料有:环氧树脂粘结剂、胶条接合胶水、封堵胶板、通气软管等。“W”型40 mm宽的橡胶止水条较适用于位移活动活跃的工程部位,安装构造见图1。
3.2 充气膨胀密实法的特点
充气膨胀密实法止水堵漏的特点主要有以下几方面:
1)充气膨胀式橡胶止水条,经久耐用,能较好地抵抗臭氧、风蚀、油脂和大多数化学物质的侵害。
2)安装到位后,不仅能防水密封,同时还能适应建筑物结构三维方位的位移和旋转,包括水平移动、旋转、纵向剪切和横向剪切等。施工前,可根据工程项目的现场特点和要求,对橡胶止水条进行纵向和横向的改变,将其制成如“┌、⊥、┼、Y、Z”等形状的交叉接头(图2)。多样化的交叉接头可实现多转折、带水压情况下变形缝的背面防水堵漏。
3)该型号橡胶止水条单节长度最大可达150 m,驳接后可满足现场实际长度要求。
4)设计合理的橡胶止水条密封系统,可有效缩短施工期限,提高施工效率,从而使建筑物在最短的时间内恢复正常使用。
5)橡胶止水条两旁特有的侧棱,可使环氧树脂粘结剂的表面粘结区域增大(图3)。通过充气膨胀和环氧树脂粘结剂密封,橡胶条止水条外表面与缝隙表面可达到100%的密封粘结。
6)环氧树脂粘结剂为双组分无溶剂、无流挂型。经防渗水性能测试,该环氧树脂粘结剂在混凝土接缝中可承受30～55 m的水位差,能保持良好的防渗性能。
3.3 主要材料性能指标
充气膨胀式橡胶止水条主要性能指标见表2,环氧树脂粘结剂主要性能指标见表3。
4 施工工艺
4.1 基面处理
1)对渗(涌)水严重的变形缝,采用局部灌浆堵漏和引流疏导的方法,进行临时止(导)水,以减小流量过大的地下水对施工缝体的影响,确保变形缝处于干净、临时无水浸泡的状态(图4)。
2)缝壁的混凝土应具有C20以上的强度,强度不足的部分应剔除并进行修复。裂缝的深度及宽度尺寸应符合设计图标示的要求。否则,缝壁必须根据设计图进行调整或安装角钢使其达到要求。
3)为防止混凝土边角破碎,缝隙的侧面边缘应剔切成斜面,以免安装橡胶止水条时因拖动而产生混凝土小碎片及细屑。
4)对缝壁两侧的凹陷、大气孔洞、蜂窝等各种缺陷,采用环氧乳液水泥胶进行嵌实修平,确保缝壁平行无破损、缝隙开口尺寸一致。
5)为了形成粗糙且没有杂质的混凝土侧面,对缝壁表面应采用砂轮圆盘进行打磨,并用洁净空气吹去缝隙开口处的灰尘(图5),然后用清水擦拭干净。处理后的变形缝部位应无积水,干净、干燥,没有任何油脂、油漆、锈迹、结晶物等缝体杂质。
4.2 橡胶止水条的制备
4.2.1 工具及辅料
施工所用工具及辅料见表4。
4.2.2 橡胶止水条的制作
1)切割
根据变形缝的长度,采用切割刀(手工锯)并配合造型锯槽切割橡胶条(图6)。橡胶条的末端应切成用于连接的45°弯角,或用于密封的90°角。切割之前让橡胶条处于松弛状态,切口应准确、平顺。
2)打磨
采用角磨机及砂轮对橡胶止水条的切口部位进行仔细打磨(图7),确保每个连接面都光滑、平整,并用干净棉纱和丙酮擦拭,做到表面无粉尘。打磨不合格可能会造成密封不良、无法保持空气压力而影响到橡胶止水条的安装质量。
3)接合
先将橡胶止水条的一个连接面涂上胶条接合胶水,仔细调整另一连接面,确保橡胶条没有出现扭曲或变形,然后进行粘结并压紧,并在端头粘贴封堵胶板(开通气小孔)及通气软管(图8)。
4)检验
在橡胶止水条框架制作完成30 min后,对橡胶止水条进行充气并进行接头密封测试。如连接部位没有出现漏气现象,就可以进行下道工序的施工。
5)修复
如果测试时发现橡胶止水条存在漏气现象,应立即进行修复。先用小刀将橡胶止水条的漏气部位割开,将已凝固的接合胶水刮掉,然后重新涂抹胶水进行粘结,并再次进行密封测试,直到不再出现漏气现象为止。
4.3 橡胶止水条的安装
1)先用丙酮擦拭变形缝的缝壁两侧,然后将环氧树脂粘结剂均匀涂在缝壁两侧(图9)。涂抹粘结剂的厚度应为1.5～3 mm,深度应与橡胶止水条的齿形区域深度相等,涂刷应饱满、不漏涂。
2)将环氧树脂粘结剂涂抹在橡胶止水条两侧的齿形区域,涂抹应饱满、连续(图10)。
3)采用夹具将橡胶止水条仔细放在变形缝内,注意必须放置在缝壁两侧涂胶的范围内,同时要求橡胶止水条低于变形缝混凝土顶部约3 mm(图11)。
4)待橡胶止水条准确放入变形缝内后,对其进行充气。首先,通过气泵和进气管对橡胶止水条进行充气,然后塞住充气管保持气压(气压应在0.10～0.15MPa之间)约24 h(图12)。对橡胶止水条充气时,注意不要过度充气,以免橡胶止水条膨胀过度,挤出缝壁。
5)采用清洁剂将橡胶止水条顶部及缝壁混凝土顶部擦干净,并清理现场。待橡胶止水条保压期过后,打开气阀排气。
4.4 验收
将独立单跨(或每部分)缝体进行封闭,对其进行注水试压试验。恒压0.3 MPa、24 h后,观察变形缝体接驳部位、缝壁与橡胶条、橡胶条自身连接部位是否有渗漏现象。
5 结语