分析补强法设计（精选4篇）
分析补强法设计 篇1
引言
随着社会不断的发展,化工压力容器在化工生产中扮演着越来越重要的角色,容器的选材和补强的设计关系到容器的安全运行。在化工压力容器的材料选择和补强分析工作中,熟练运用相关国家和行业标准,并辅以实际经验,才能保证所选材料具有较高的准确性,并可在化工压力容器中使用。化工压力容器的设计单位和制造单位在化工压力容器的标准与规范的运用中还存在着一定的不足,在运用时稍有不慎就会埋下威胁人们生命健康财产安全的隐患。要解决这一问题,就需要做好化工压力容器材料选择与补强设计工作,从而保证化工压力容器顺利运行,促进我国工业快速发展。
1 化工压力容器主体材料
1.1 选用原则
化工介质本身具有易燃、易爆、有毒等特性,对环境、人体等有着严重潜在隐患。因此,在化工压力容器设计过程中做好材料选择工作,才能保证化工产品的生产使用安全,防止对环境、人体的危害。现阶段,化工压力容器在材料选择过程中按照国家指定要求进行,并根据化工压力容器的实际情况制定对应的设计方案[1]。
化工压力容器的材料选择需与工作压力、使用年限、工作环境等联系起来。结合化工介质本身特点分析,如介质具有较高的硫化氢浓度,就应慎重选择材料以防止硫化氢应力腐蚀;由于有些化工介质还具有一定腐蚀性,在选材时还应结合使用年限确定腐蚀裕量合理的选材,高强度高抗腐蚀性的材料不一定适用所有的压力容器,要结合容器本身的特点在安全性、经济性上做出平衡选择[2]。
1.2 补强材料的选择
化工压力容器的补强分为补强圈补强、整体壳体加厚补强和厚壁接管补强,补强圈补强一般选择与本体相同的材质,若补强圈材料的许用应力与壳体材料的许用应力不同,则补强面积应按壳体材料与补强材料许用应力比而变化。同时还可以选择厚壁接管代替补强圈进行补强,壁厚之比控制在0.5~2为宜。而整体壳体加厚补强较少选用。由此可见,化工压力容器的补强材料应根据化工压力容器压力、温度、介质和本体材质选择[3]。
2 化工压力容器补强设计
2.1 补强设计分析
在化工压力容器补强设计过程中,需事先设置相应的化工压力容器接管图,如图1所示。然后选择合适的开孔补强设计方法,方法包括等面积法和分析法,再选择适当的补强方式。设计方案选定后,才能对补强设计工作有一个准确的把握。现阶段,化工压力容器在补强设计过程中,常常会使用厚壁接管补强、整体壳体加厚补强、补强圈补强三种方式[4]。
2.2 化工压力容器开孔补强的设计
在化工压力容器补强设计过程中,开孔补强最主要的是截面的选取,通过对补强面积的确定和计算,求得开孔所需补强面积,再选择适当的补强方式。补强方式之一的补强圈的厚度情况主要有以下三种:补强圈厚度比壳体小、补强圈厚度与壳体厚度一致、补强圈厚度大于壳体这三种。其中,补强圈厚度与壳体厚度相一致在化工压力容器补强设计中得到较多应用,而厚壁接管补强在其设计制造中显现出的优势使其得到广泛的应用。
3 化工压力容器材料选择的注意要点
3.1 化工压力容器材料选择的变化及其影响因素
在传统的化工压力容器设计过程中,在选择材料时主要根据材料的品质、尺寸大小选择。一些高强度的材料确实要比一些的低强度的材料更为优秀,但随着社会不断的发展,这种材料选择方式已跟不上社会发展的脚步,并未在化工压力容器中得到广泛应用。虽然高强度的材料和较大的容器壁厚可在一定程度上保证化工压力容器的力学和使用性能,但并非所有的工作环境都适用,以免既浪费又埋下安全隐患,要结合压力容器的工作压力、温度、介质和使用年限等合理选材,有些条件下可选择复合板设计,力求在安全性和经济性上做出较优化的选择[5]。
3.2 化工压力容器运行温度对材料选择的影响
现阶段,在对化工压力容器设计过程中,不仅仅要考虑压力和化学产品影响的问题,同时还要考虑化工压力容器在运行过程中温度对于材料的影响,以保证所设计制造出的化工压力容器产品具有较高的安全性。以碳锰钢和碳素钢为例,在温度较高的环境下,这些材料在化工压力容器运行过程中会产生石墨化现象,其主要原因就是这两种材料中自身含有大量的碳元素。石墨化现象在化工压力容器中会破坏这两种材料的整体性能,其强度与塑性显著降低而引起脆断,使化工压力容器承受不住其中的压力出现损坏现象,严重的会产生爆炸,对人们的生命财产安全造成极大的危害。因此,在对化工压力容器进行温度设计的过程中一定要选择合适的材料,并根据化工压力容器的工作状态和环境制定对应的操作方法,保证在设计的环境中化工压力容器的安全正常运行[6]。
化工压力容器是化工企业化工产品生产的重要设备,做好化工压力容器材料选择与补强设计工作可有效保证化工行业的发展,保障化工产品的质量。因此,在选择材料时要考虑到材料的成分、组织、性能、标准等,同时结合压力容器的工作压力、温度、介质和使用年限,并严格遵守国家指定要求选用,从根本上保证化工压力容器选材与补强设计工作的高效进行。
4 结语
在化工压力容器设计过程中,根据压力、温度、介质选用适当的材料,从而保证化工压力容器安全运行。传统的材料已逐渐无法满足化工压力容器的需求,只有跟上社会发展的脚步,结合设计经验,不断地创新、完善选材过程,才能做好化工压力容器选材和补强设计工作。
参考文献
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分析补强法设计 篇2
随着社会经济的快速发展,压力容器由于具有储量大,运输简单等明显优势,在各领域的应用越来越广泛。通常,压力容器的开孔设计可满足补强的需要,同时也为后期压力容器设备检修、维护等提供便捷的条件。在压力容器的实际的运用过程中,大多数的压力容器的外接管环节需通过开孔满足实际需要。
但压力容器由于其性质特殊,一旦发生安全事故,造成的社会危害极大,因此压力容器设计过程中对开孔补强的设计便显得尤为重要。科学合理的补强设计能保证压力容器的安全性能,减少容器的破坏,保证容器使用的顺利。
1 压力容器设计中开孔补强设计
1.1 开孔补强概述
压力容器在开孔处理后,破坏容器原有的压力平衡状态,造成压力的受力面积减小,开孔边缘的应力增大,导致强度在原有容器的基础上大大削弱,因此,必要的开孔补强能保证容器整体的压力处于技术要求范围内。GB150-2011中对于圆筒、凸形封头和锥壳(或锥形封头)等不同类型压力容器的开孔直径做出明确的规定,从根本上讲,就是为了保证压力容器开孔的补强效果能满足容器的强度设计要求。因此,压力容器开孔后的补强设计是整个压力容器设计过程中的关键环节。
1.2 整体补强和局部补强
在具体的实践操作中,通过综合考量开孔的数量、位置和压力容器的一些其他要求,可使用不同的开孔补强方法,大体可以分为以下两种。
第一,整体补强。这种补强方法操作较简单,适用的补强位置广泛。适用于面积较大的开孔,而且一般容器的整体强度较欠缺。在一些局部操作受限制的特殊容器中也可考虑采用整体补强的方法。采用整体补强,可以大大节约补强耗材,提高整个补强工作的效率,具有明显的优势。
第二,局部补强。由于局部补强针对压力容器的某个特定的开孔进行,补强工作的操作面积小,这种补强方法具有较强的针对性。相较于整体补强,局部补强是通过有针对性补强操作补充压力容器壁上的开孔强度,可节约工作成本,缩短工作时间。这种补强方法的应用范围比整体补强更大。
2 不同的开孔补强方法在压力容器设计过程中的应用
开孔补强就是将开孔处的强度加以补充,提高开口处的强度等级,从而更好地强化被开孔压力容器的完整性和整体质量。实际生产和应用中,开孔补强的设计应用一般分为以下三种。
2.1 补强圈补强设计在压力容器设计过程中的应用
在容器开孔的周围通过贴焊一圈钢板进行补强的方法较为常见,用于贴焊的铁板就是补强圈,常见的补强圈补强设计一般采用两种模式,如图1所示。
目前,补强圈的生产和使用已标准化。在选择和使用补强圈时,应使用与容器壁相同的材料,具体的补强圈设计尺寸可参照相关的标准,也可依据等面积补强的原则计算。应注意的是,当补强圈的厚度大于等于8mm时,应将其全部焊透,才能使补强圈与容器壁一同受力,否则就失去了补强的意义。补强圈补强时,放置于压力容器的内外表面都可以,但通常为焊接方便,一般将补强圈放置在容器壁外侧进行单面补强。
由于补强圈具有结构简单,制造简便的特点,应用较为广泛。但同时,补强圈补强后,由于补强圈与壳体间有一层静止的气隙存在,导致传热效果差,二者间形成温差与热膨胀差,易产生温差应力。另外补强圈与压力容器壁焊接时,由于形成的结构不是整体受力,有可能造成局部压力过大,容器壁产生变形或破坏等,导致整体的抗疲劳性能下降。
2.2 整体锻件补强设计在压力容器设计过程中的应用
与补强圈的特定部位补强不同,整体锻件补强方法是通过最大限度地降低容器壳体的整体强度水平避免出现新的集中应力,补强效果相对更好一些。但整体锻件补强设计对于整体锻件和压力容器壁间的过渡性有着更高的要求,因此在实际生产、操作过程中对于过渡焊的工艺技术的要求更高,不可避免地提高了生产加工成本。所以,对于整体锻件补强设计通常是在压力容器使用环境相对恶劣或对于容器补强精度要求较为严格、苛刻的压力容器的设计中。
2.3 厚壁接管补强设计在压力容器设计过程中的应用
厚壁接管补偿应用中,正确选择厚壁接管材料是关键,一般会遵循压力容器的材料特征和使用条件进行选择,选择的材料强度等级应与母体基本一致,既不能过高也不能过低。因为强度等级过高就会影响焊接的质量,导致补强后的整体效果不佳。如果强度等级低于母体材料则有可能会对接管流通面积产生影响,间接的导致焊接效果不佳补强后的压力水平降低。给加工误差带来的不利影响,可通过使用无缝钢管或锻件加工最大限度地减少。当设计的容器压力较高水平时,一般采用整体锻件的加工方法,相反,设计容器的压力水平较低时,可采用无缝接管补强方法。
3 结语
开孔补强设计是压力容器设计中的关键组成部分。在设计过程中,合理应用开孔补强方法,最大限度地避免压力容器壁的应力集中,减少压力容器的疲劳破坏,能较好地提升压力容器整体的安全使用性能。如何减少开孔补强的不同设计方法的负面影响,进行更合理的优化和改良,还需要相关的行业主管部门和专家学者不断地探索和研究。
参考文献
[1]马涛.压力容器设计中开孔补强设计的应用分析[J].工业:268.
溶液法丁基橡胶的补强体系研究 篇3
丁基橡胶的生产工艺有淤浆法与溶液法两种。溶液法IIR生产工艺相比淤浆法IIR具有:1) 运转周期长;2) 溶剂安全环保;3) 卤化工艺简易;4) 反应温度相对提高, 能耗低的特点。世界上只有俄罗斯陶里亚蒂合成橡胶公司一家拥有该技术, 于1982年建成装置, 年生产3.5万t丁基橡胶, 产品主要用于汽车轮胎内胎等领域, 并计划扩建至10万t, 产品用于市场多年[4]。为了提高丁基橡胶轮胎的磨耗性能, 在橡胶中加人炭黑, 不但能够降低成本, 减少橡胶用量, 却能够获得同样的机械性能, 而且通过添加炭黑, 可提高轮胎等制品的耐磨性, 从而延长轮胎的使用寿命[5]。粉体填料的粒度小, 微孔多, 表面有大量的活性基团, 表面活性高, 与橡胶有很高的相容性。炭黑和白炭黑是重要的补强填料, 关于炭黑对橡胶补强作用的研究已有一系列文献报道, 但关于炭黑和白炭黑复配对丁基橡胶补强方面的文献报道较少[6,7]。
以补强体系作为研究对象, 分别考察了炭黑N330、N550、N660及其用量, 以及炭黑 (N330) 与白炭黑复配时对溶液法IIR主要力学性能的影响, 找出了针对溶液法IIR的合适的补强体系。
1实验部分
首先考察了炭黑品种及其用量对溶液法IIR性能的影响, 在IIR中分别加入炭黑N330、N550、N660, 比较力学性能, 选择效果好的N330, 然后考察炭黑用量为30～70质量份时的效果, 以及白炭黑复配对溶液法IIR性能的影响。实验是在开炼机温度40℃下, 按照配方中的先后顺序加料。
1.1原料
丁基橡胶:溶液法工业品, 市售工业级;硫磺:分析纯, 贵州宏泰化工有限责任公司;201树脂 (松香改性酚醛树脂) :分析纯, 津南大化工厂;炭黑:分析纯, 山西远征化工有限责任公司;白炭黑:沉淀法, 山东海化股份有限公司;其他试剂均为工业品。
1.2仪器设备及测试方法
门尼粘度计 MN-2000, 上海D&G仪器设备有限公司, 门尼粘度执行标准GB/T 1232.1-2000;无转子硫化仪 GT-M2000A , 高铁检测仪器有限公司, 硫化特性执行标准GB/T 16584-1996;拉力试验机 GT-TCS-2000, 高铁检测仪器有限公司, 拉伸性能按照GB/T528-1998测试, 试样厚2mm, 形状为1号哑铃状试片, 拉伸速度为500mm/min;邵氏橡胶硬度计 LX-A型, 江都市明珠试验机械厂, 邵尔A硬度测量执行标准GB/T531-1999;气动冲片机 MZ-4102B 江都市明珠试验机械厂;双辊筒开炼机S (x) K-160A, 湖州宏桥橡胶机械有限公司;平板硫化机XLB-D400×400, 浙江湖州东方机械有限公司, 硫化工艺执行标准GB/T 6038-93。
2结果与讨论
2.1炭黑对溶液法IIR力学性能的影响
2.1.1 炭黑品种对溶液法IIR性能的影响
炭黑品种是影响丁基胶性能的重要因素, 炭黑种类不同, 其粒径不同, 比表面积不同, 在胶料中的分散状态不同, 对橡胶的补强作用也不同。在标准配方下, 考察3种常用炭黑对丁基胶性能的影响, 结果见表1。
配方/份:溶液法IIR 100, 硬脂酸1, ZnO 3, TMTD 1, S 1.75, 炭黑50。
炭黑补强橡胶时, 由于炭黑表面的精细结构, 橡胶分子以牢固的次价力或分子间作用力与炭黑结合在一起, 且随着炭黑粒径的减小, 物理交联密度增加的幅度增大。物理交联密度主要包括混炼胶中大分子的缠结, 填料之间的相互作用以及填料与橡胶之间的相互作用。从表中1可以看出, 填充N330的胶料有较高的撕裂强度、拉伸强度和扯断伸长率, 主要是由丁基橡胶与炭黑之间的物理交联密度增加引起的。在所研究的3种炭黑中, 其粒径大小顺序为N660>N550>N330。一般来说粒径越小, 比表面积越大, 活性点越多, 结合橡胶数量越多, 力学性能也就越好。结构性高的炭黑如N330, 粒径最小, 因此经其补强的丁基橡胶有较高的撕裂强度、拉伸强度和扯断伸长率;而N550和N660结构性低的炭黑粒子, 因为炭黑粒径较大, 比表面积较小, 所以吸附在丁基橡胶大分子链上的炭黑粒子较少, 在橡胶中的分散性差, 容易形成尺寸较大的炭黑聚集体, 损害了橡胶的力学性能。N330是应用最为广泛的高耐磨型炭黑, 补强性能良好, 能赋予胶料较好的强拉伸性能、抗撕裂性能、耐磨性和弹性[8]。
2.1.2 炭黑用量和硫化体系对丁基胶性能的影响
采用炭黑N330, 考察不同炭黑用量和硫化体系对丁基胶性能的影响, 结果见表2。
硫黄硫化体系: 配方/份:溶液法IIR 100, 硬脂酸 1, ZnO 3, TMTD 1, S 1 .75, 炭黑 (变量) 。
树脂硫化体系:配方/份:溶液法IIR 100, 硬脂酸1 , ZnO 5 , 树脂201 12, ZDA 5, 炭黑 (变量) 。
在胶料中加入炭黑进行混炼时, 线性橡胶分子受炼胶机的机械剪切作用, 分子链缠绕在炭黑突出的纳米结构上。硫化时, 这些线性橡胶分子交联生成三维网络结构, 把炭黑网在中间, 橡胶分子网上的分子链则无规则地“挂”在炭黑的纳米结构上, 并呈现出各向同性分布。橡胶靠炭黑的纳米结构所赋予的对橡胶分子链活动范围的限制来抵御外力的作用, 从而使橡胶制品获得较高的300%定伸应力和拉伸强度, 即炭黑对橡胶产生了补强作用。从表2可以看出, 随着炭黑用量的增加, 硫化胶的永久变形增大, 但炭黑用量超过50份后开始逐渐减小;撕裂强度、硬度邵尔A、100%定伸和300%定伸逐渐增加, 扯断伸长率减小;硫磺硫化体系的永久变形则先增大而后减小, 而树脂硫化体系不断增大。正好相反, 硫磺硫化体系拉伸强度不断增大, 而树脂硫化体系先增大后减小。因为树脂硫化和硫黄硫化2种交联类型不同所致, 树脂硫化交联键主要是碳碳键或碳氧键, 而硫黄硫化主要为双硫键或单硫键, 所以树脂硫化的交联网络更加致密, 填充胶的硬度更高[9]。随着添加炭黑用量的增加, 丁基橡胶的硬度不断增大, 说明炭黑在橡胶中均匀分散能提高橡胶制品的硬度。综合看来树脂体系炭黑50份时, 综合性能较好。树脂类硫化体系的硫化胶耐高温性优异, 可用于硫化水胎、隔膜、硫化胶囊等制品。
2.2白炭黑对IIR性能的影响
白炭黑作为仅次于炭黑的补强填料, 可提高橡胶的物理性能和降低成本。通常, 两者复配, 能起到更好的补强效果, 见表3。
配方/份:溶液法IIR100, 硬脂酸 1, 氧化锌 5, 环烷油 20, 白炭黑 (变量) , N330 20, N550 30, TMTD 1, S 1.5, ZDC 1。
从配合的角度看, 双相填料与相同含量的白炭黑和炭黑物理混合物相比, 聚合物—填料间的相互作用较高, 填料—填料间的相互作用较低, 使得填充后的弹性体具有一系列优异性能。采用白炭黑与N330进行复配, 在标准配方下考察白炭黑及其用量对IIR性能的影响, 实验结果见表3。添加白炭黑作为复配补强填料, 橡胶与填料表面形成“有机高聚物-无机填料复合材料”, 补强能力的大小是丁基橡胶与炭黑和白炭黑3种不同性质的物质通过复合界面之间相互作用的宏观表现。从表3中数据可以看出, 当保持填料总量不变, 仅改变炭黑 (N330) 和白炭黑的加入比例, 当白炭黑用量为10～20份时, 白炭黑均匀分散于丁基橡胶分子中, 扯断伸长率逐步提高, 拉伸强度最大。进一步增加白炭黑用量, 拉伸强度和撕裂强度均开始减小。由于白炭黑表面含有亲水性硅醇基团对促进剂有强烈的吸附作用, 会延迟硫化, 使硫化时间变慢[10]。因此, 通过综合考虑本实验选择炭黑与白炭填充比为30/20时为最佳复配比。
3结论
1) 填充N330的胶料与填充N550和N660的胶料相比, 有较高的撕裂强度、拉伸强度和扯断伸长率, 随着炭黑填充量的增加, 胶料的力学强度和定伸应力增加, 扯断伸长率降低, 填充50份炭黑时, 补强效果较好。
2) 硫黄硫化体系补强效果好, 但永久变形大, 而树脂类硫化体系的硫化胶耐高温性优异, 可应用于硫化水胎、隔膜、硫化胶囊等制品。
3) 白炭黑的加入可以提高溶液法IIR的撕裂强度, 降低定伸应力, 白炭黑较佳的加入量为10～20份, 20份时拉伸强度和撕裂强度最大。
摘要：对溶液法丁基橡胶补强体系进行了研究, 考察了炭黑N330、N550、N660对溶液法丁基橡胶的影响, 结果N330比其他两种炭黑有更好的补强性能, 用量为50质量份时, 补强效果最好。当N330与白炭黑复配时, 补强效果更为显著, 白炭黑最佳用量在10-20质量份。同时, 对于溶液法丁基橡胶, 树脂硫化体系比硫黄硫化体系的硫化效果好。
关键词：溶液法丁基橡胶,IIR,补强体系,树脂硫化体系,硫黄硫化体系
参考文献
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静压注浆法在某桩基补强中的应用 篇4
1 工程概况
某桥上部结构为5x20m预应力混凝土简支空心板桥,下部结构为柱式墩,钻孔灌注桩基础,桩径为D160cm,桩身混凝土强度等级为C25,单桩设计桩顶力为5400kN。桩基施工完成后,进行了抽芯检验,发现右幅4#桩桩底出现了25cm～30cm的软弱夹层,如下图所示:
根据设计时所用的地质勘探报告,该桩位处的地质情况为:
(1)素填土:厚3.8m,黄色土质松散,主要为碎石、粉质粘土充填。
(2)强风化泥质粉砂岩:厚11.2m,灰色,半岩半土状,夹中风化碎石,手易捏碎,中风化岩石敲击易碎,含少量炭质,雨水崩解。
(3)强风化泥质粉砂岩:厚12.00m,灰色夹褐黄色。呈半岩半土状,夹中风化碎石或薄层中风化。
(4)中风化泥质粉砂岩:厚8.7m,灰色,局部黄褐色,粉砂质粒状结构。厚层状构造,岩质较软,节理裂隙发育,岩芯呈碎块儿状。
成桩后的桩顶高程为27.0m,桩底高程为0m,桩长27.0m。根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007第5.3.3条计算该桩的单桩竖向受压承载力容许值为8067kN,设计单桩竖向力为6200kN,桩的承载力富余值为30%。按照设计时的地址勘探报告可知该桩的承载力是满足要求的,但是通过抽芯检测发现在桩底存在25cm～30cm的软弱夹层,由于设计时所用的地址勘探报告所提供的钻孔资料是桩位附近20m的钻孔资料,不能充分反映桩位处的实际地质情况,因此在桩位附近30cm处重新钻孔,则桩位处的地层描述为:
(1)素填土:厚2m,灰色,稍湿,欠压实,主要由砂土、粘性土等组成。
(2)强风化粉砂岩:厚10.6m,灰色,局部不均匀夹褐色,岩芯呈土夹石状、碎石状、局部为半岩半土状,节理裂隙极发育,质软,裂隙面见较多铁锈,局部含少量炭质。
(3)中风化粉砂岩:厚2.9m,灰色,岩芯破碎,粉砂质结构,层状构造,节理裂隙极发育,含少量炭质,略污手,节理裂隙面见铁质浸染,质较软。
(4)强风化砂岩:厚5.5m,灰褐、褐色,岩芯极破碎,呈石夹土、碎石碎块状,碎块状为砂质结构,偶夹粒状结构,硅、钙质胶结,质软,裂隙极发育,且多被铁质浸染,不均匀见中风化夹层、薄夹层。
(5)强风化粉砂岩:厚1.9m,灰褐、褐色,土夹石状、碎石状,质软,钻进快,顶部20cm含少量炭质。
(6)强风化炭质粉砂岩:厚5.1m,灰黑色,土夹石状,粉砂质结构可辨,碎石部分可见页理发育,部分手可捏碎,含炭质,质较软;炭质发育较多,为劣质煤夹层。
(7)中风化炭质粉砂岩:厚5.5m,灰色,岩芯较破碎,偶见短柱状,局部硅质胶结,粉砂质结构,层状构造,节理裂隙极发育,整体炭质含量较少。
根据桩的终孔高程,按照桩位30cm附近的地质情况,根据《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007第5.3.3条计算该桩的单桩竖向受压承载力容许值为6400KN,设计单桩竖向力为6200KN,桩的承载力富余值为3.2%。桩的富余值太小,因此需要采取合理有效的方法来提高桩的承载力。
分析表明,造成桩的承载力不足的主要原因是由于场地地质情况比较复杂,岩层起伏变化较大,部分持力层间夹杂了劣质煤夹层,充分说明了布孔的局限性。
根据实际情况分析,如果采用增加桩基个数的方法,相应的会提高基础工程的造价,并且会延长工期、影响竣工时间。经过对高压旋喷注浆法、静压注浆法、复合注浆法等各种桩基加固处理方案的比较,决定采用静压注浆法对该桩进行加固处理。
2 基本原理
静压注浆是指利用液压、气压和电化学原理,通过注浆管把浆液顺利地注入被注载体中并以填充、渗透和挤密等方式,赶走岩石裂隙中或土颗粒间的水分与空气后占据其空间,经人工或自动控制一定时间后,浆液与原本非连续的裂隙或松散的土粒胶结成一个整体,形成一个新结构、抗水和化学稳定性好的结石体。又称静压灌浆。
静压注浆主要适用于以下范围:(1)地铁的灌溉加固。通过静压注浆用以减少施工时地面位移,限制地下水的流动和控制施工现场土体的位移等。(2)坝基砂砾石灌浆。静压注浆可作为坝基的有效防渗措施。(3)对钻孔灌注桩的两侧和底部进行灌浆。以提高桩与土间的表面摩阻力和桩端土的力学强度。(4)后拉锚杆灌浆。在深基坑开挖过程中,用静压注浆做成锚头。(5)竖井灌浆。用以处理流砂和不稳定地层。(6)隧道大塌方灌浆加固。(7)用静压注浆纠偏。回升和加固建筑物地基。(8)加固桥索支座岩石。
3 施工工艺
整体思路是先采用高压清水切割清渣,即利用高压水的压力将软弱夹层切割掉,采用空气压缩机将切割下来的沉渣和松散混凝土通过气举排出孔外,使缺陷部位形成“空洞”,待确定基本清理干净后再对缺陷部位进行压力注浆,使空洞部位被水泥浆充满,水泥浆固结后与桩身混凝土及基岩结合成整体,从而达到补强的效果。
(1)根据需要先进行钻孔,亦可使用抽芯检测时的检测孔。一般在基桩钢筋笼内侧均匀布置三个切割、清洗、注浆孔。切割、清洗完毕后利用其中一个做为压浆孔其它两个做为观测孔进行压浆;三个孔依次做为压浆孔、另外两个孔依次做为观测孔循环一次。注浆完毕后应采用水泥浆将施工孔填充。
(2)浆液材料采用425#普通硅酸盐水泥配置而成,浆液中添加微膨胀剂和减水剂,水灰比控制在0.7～1.0之间。每延米的水泥用量约为300kg。
(3)压浆前采用高压水切割清洗软弱层,水流射压不小于20MPa。切割清洗的同时,采用气举清渣工艺将软弱层抽出,直至出水口水变清方可压浆。
先利用低压将浆液注入桩底空洞,等观测孔的出浆与注浆浆液浓度一致时再采用高压注浆,最终的稳压压力为3MPa左右,稳压时间不小于10min。静压注浆结束后,若注浆口冒浆,需对孔口进行封闭处理,防止浆液流出;若注浆结束后孔内浆液有流失,需要补灌浆液到注浆孔内浆液饱满为止。
(4)处理要求
要求采用水泥浆形成的结石体填充桩底与中风化岩层之间的软弱层,填充物28天的单轴无侧限抗压强度标准值不小于20MPa。
(5)注意事项
a、若不出渣或出渣量达2m3出水口的水流仍无变清迹象,应停止反渣,并进一步查清地质情况,以免造成大范围的地下空虚和浪费。
b、若在压浆时注浆量达到估算总量的150%但观测孔无出浆,或达不到稳压压力或稳压时间,请及时通知相关单位协商处理。
结论
4#桩通过静压注浆法对于桩底的软弱夹层进行加固处理后,经抽芯检验,发现软弱夹层中的劣质煤层已经被冲出,且被水泥结石置换,其单轴抗压强度满足设计要求。可见,采用该方法可以有效的改善持力层,从根本上改变了原来岩层的结构,改善其力学性能,提高了桩底的端阻力和桩侧摩阻力,有效的解决了由于岩层的力学性能不理想而导致的桩的承载力不足的问题,为工程的顺利进行创造了条件。
摘要：静压注浆法是改善桩底环境,增加桩基承载力的一种有效方法。本文结合某工程实例,简要介绍了静压注浆法的基本原理、适用范围和施工工艺,为以后类似项目的施工提供了参考。
关键词：静注浆压法,桩基,补强
参考文献
[1]彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].武汉:中国地质大学出版社,1997年8月.