软土路基注浆流动范围研究

温国春

摘要：注浆工程广泛应用在治理路基沉降、补填充岩洞等各个工程领域，但是在目前的研究进展中，注浆工程的实验研究较少。本文通过压力-流速可调的高压多孔注浆试验装置，开展了不同注浆压力下浆液在土体中的扩散模型试验，以探究浆液在土体中的扩散规律。结果表明，浆液在土体中的扩散形状近似为花瓣型。注浆加固体在注浆压力越大时，产生劈裂的效果更加明显，注浆浆液的扩散区域也会表现出更加远，其浆液的扩散范围也存在逐渐增大的规律，且注浆压力在0.1MPa时，其浆液的扩散不以劈裂注浆为主。

关键词：注浆工程；路基病害；注浆试验；浆液扩散；室内试验

Study on grouting flow range of soft soil subgrade

Wen Guochun

（Yongan Works Section, China Railway Nanchang Bureau Group Co., LTD, Yongan 366000, China）

Abstract: Slurry injection engineering is widely used in various engineering fields such as managing road foundation settlement and filling cavities, but in the current research progress, experimental studies on slurry injection engineering are rare. In this paper, a model test of slurry diffusion in soil under different injection pressures was carried out to investigate the diffusion law of slurry in soil by means of a high-pressure multi-hole grouting test device with adjustable pressure-flow rate. The results show that the shape of the slurry diffusion in the soil is approximately petal-shaped. The greater the injection pressure of the slurry plus solid, the more obvious the effect of splitting is produced, and the diffusion area of the injected slurry will also show more distant, and the diffusion range of its slurry also has a gradually increasing law, and the diffusion of its slurry is not dominated by splitting slurry when the injection pressure is 0.1 MPa.

Keywords: Slurry injection engineering; roadbed disease; slurry injection test; slurry diffusion; model test

0引言

注浆技术是在工程领域常用的加固措施，然而，由于土体的隐蔽性和复杂性，以及注浆过程是一个复杂的物理过程，涉及到岩土研究和流体研究的诸多研究方向[1]。

目前，在注浆加固技术研究手段通常有理论研究、数值模拟与模型试验。在理论推导方面，Maag[2]发展了基于牛顿流体的注浆浆液球形扩散半径公式。杨秀竹等[3]在Magg 公式的基础上，并且基于达西定律，推导了幂律性的浆液扩散公式。在数值模拟方面，有限元和离散元是在研究注浆浆液扩散的主要方法[4]。雷金山等[5]在有限单元法基础上，考虑大位移大应变情形,采用套叠屈服面模型对饱和砂土振动注浆进行了数值模拟和分析。卢海峰[6]等设计一种含内缺陷试样的制备方法,进行一系列含内缺陷固结体试样的力学特性试验,并通过PFC2D数值方法对含内缺陷固结体进行数值对比试验。也有很多学者通过注浆试验来研究注浆过程中浆液的流动规律和试件的力学性能。董红娟等[7]研究了破碎岩块粒径、注浆液水灰质量比与注浆压力对注浆体试件抗压强度、轴向变形与横向变形的影响机制,分析了岩浆界面过渡区矿物成分,探讨了不同注浆体试件基本失稳模式。白明洲等

[8]在高速铁路注浆施工现场选择典型地段,结合钻孔勘查,分别应用不同频率雷达,以测线和测网方式,进行岩溶注浆效果雷达图像判识试验。

综上所述，如何确定注浆过程中浆液的扩散范围，是目前亟待解决的关键技术问题。基于此，本文通过开展室内试验，研究土体在不同注浆压力下浆液的扩散范围。研究发现，浆加固体在注浆压力越大时，产生劈裂的效果更加明显，注浆浆液的扩散区域也会表现出更加远，其浆液的扩散范围也存在逐渐增大的规律，且注浆压力在0.1MPa时，其浆液的扩散不以劈裂注浆为主。

1模型试验

在压力-流速可调的高压多孔注浆试验装置中，开展了不同注浆压力下浆液在土体中的扩散规律模型试验。探究注浆时浆液的流动范围。如图1所示，注浆箱体尺寸为1.2m×1.2m×1.2m，共计体积为1.728m³，四周和上下顶部均采用透明塑料玻璃板组成完整的注浆箱体。

图1注浆箱体示意图

本次试验采用的注浆材料为纯水泥浆液，采用水灰比0.6:1的水泥浆液进行试验。本次试验中在拌水泥时，采用手持轻型转机将水泥浆液拌匀，在该注浆机中，不能将浆液拌得的太干，太干的水泥浆液在机器中容易造成堵管，也使得其很难清理，从而实现二次使用。故在本次试验中，注浆浆液主要采用0.6:1水灰比的水泥浆液进行试验，且在本次注浆试验中，考虑到模型箱的尺寸，每次的注浆量都采用相同体积的流量，即总流量都为0.1m³。

2试验结果分析

本文在进行试验研究的过程中，考虑到各种不利情况，故在设计和制作注浆钢管时，制作了四排注浆孔。但是在实际的试验过程中，由于试验的需要和试验的准确性，在试验过程中，只开放了1排孔，共6个孔进行注浆，即对单排孔浆液的劈裂范围进行研究。

图2注浆浆液的劈裂浆脉（依次为0.12MPa、0.17MPa、0.27MPa、0.41MPa和0.51MPa）

图2展示了将注浆之后在土体中凝固之后的注浆加固体仔细挖出之后所呈现的效果，从图片也可以粗略的看出，注浆加固体在注浆压力较大时，产生劈裂的效果更加明显，且随着注浆压力的注浆增大，而其注浆浆液的扩散区域也会表现出更加远。

图3 测量注浆加固体的浆脉长度

本次试验的单排孔的注浆加固体的测量工作主要进行了三项测量，从图3中可以看到分别是加固体的总体扩散长度、加固体的凝固宽度以及发生了劈裂现象加固体劈裂支脉的长度。图3也可看出，在注浆压力较小时，浆液的扩散以挤压为主，且在土体中挤压不动时，其注浆浆液都在重力的作用下，全部顺着注浆管的周围直接沉到注浆管底部。在注浆压力为0.4MPa时，浆液开始在周围产生浆液支脉。

表1 单排孔注浆加固体测量数据

注浆压力（MPa）	加固体长度（cm）	加固体宽度（cm）	劈裂支脉长度（cm）
0.1	10.3	5.8	0
0.2	16.7	5.7	0
0.3	19.5	7.5	8.9
0.4	26.2	5.6	9.5
0.5	32.8	8.1	10.5

表1展示了不同注浆压力下的注浆加固体的浆液扩散宽度、扩散长度和浆液劈裂时浆液的劈裂长度。对数据进行进一步处理，将此五组数据分别展示在折线图中，如图4所示。

图4单排孔不同注浆压力下的浆液扩散范围

图4展示了不同注浆压力下的单排孔的注浆浆液扩散范围的发展规律，在其中可以看出随着注浆压力的增大，其浆液的扩散范围也存在逐渐增大的规律，且可以看出与注浆压力存在一种幂指数的关系。且注浆压力在0.1MPa时，其浆液的扩散不以劈裂注浆为主。从加固的宽度方面可以看出，不同的注浆压力在浆液扩散宽度上的影响相差不大，其加固体的宽度范围一般为5.6—8.1cm，在本次试验注浆压力最大的时候产生了最大的浆液扩散宽度为8.1cm，可能是注浆压力过大，影响到了浆液的扩散宽度。

3.结论

通过自主设计研制压力-流速可调的高压多孔注浆试验装置，开展了不同注浆压力下浆液在软土中的扩散规律模型试验得到以下结论。

（1）注浆加固体在注浆压力越大时，产生劈裂的效果更加明显，注浆浆液的扩散区域也会表现出更加远。

（2）随着注浆压力的增大，其浆液的扩散范围也存在逐渐增大的规律，且注浆压力在0.1MPa时，其浆液的扩散不以劈裂注浆为主。

参考文献

[1]孔令伟,陈正汉.特殊土与边坡技术发展综述[J].土木工程学报,2012,45(05):141-161.

[2]张顺金.砂砾地层渗透注浆的可注性及应用研究[D].中南大学,2007.

[3]杨秀竹,雷金山,夏力农,王星华.幂律型浆液扩散半径研究[J].岩土力学,2005(11):112-115.

[4]许宏发,耿汉生,刘伟东,王晨.基于BQ的破碎岩体注浆加固强度增长理论[J].岩土工程学报,2014,36(06):1147-1151.

[5]雷金山,阳军生,杨秀竹.饱和砂土振动注浆的有限元模拟[J].振动与冲击,2010,29(09):235-237+254.

[6]卢海峰,曹爱德,刘泉声,张晗,吴月秀,魏志超.含内缺陷注浆固结体力学特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2020,39(08):1560-1571.

[7]董红娟,张金山,姚贺瑜,辛亚军,董帅.不同参数大尺度注浆体试件力学特性与失稳机制[J].中国矿业大学学报,2021,50(01):79-89.

[8]白明洲,谢晋水,张爱军,许兆义,王鹏程,王成亮.高速铁路路基工程岩溶注浆效果无损检测评估方法研究[J].铁道学报,2012,34(07):89-95.