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摘要:為研究動水條件下抗分散注漿材料的工程特性，室內(nèi)對不同配比的非水泥基注漿材料展開了單軸抗壓強度試驗、抗沖刷效果試驗以及掃描電子顯微鏡(SEM)試驗。研究發(fā)現(xiàn)，膠凝材料的摻量為300g時，注漿塊石的抗壓強度最大，為41.05MPa;動水沖刷下非水泥基水下抗分散注漿材料的抗動水沖蝕性良好。研究成果為水利工程注漿修復(fù)提供了借鑒作用。

關(guān)鍵詞:水利工程;注漿修復(fù);注漿材料;水下抗分散;非水泥

基傳統(tǒng)的水泥基材料，在未形成膠凝體前，在強動水條件下漿液容易發(fā)生流失，治理效果差，質(zhì)量難以保證，因此采用非水泥基抗分散注漿材料對底板及邊墻進行加固處理具有良好的應(yīng)用前景［1］。王學(xué)偉等［2-3］基于研究工程項目，指出非水泥類膠凝材料在水利工程注漿加固中的應(yīng)用，并詳細對比了水泥基注漿材料和非水泥基注漿材料各自的優(yōu)勢和劣勢，多角度驗證了非水泥基注漿材料在水利工程注漿工作中的特殊優(yōu)勢。部分學(xué)者也試圖通過引入其他材料對水泥基注漿材料的工程性能進行改良，并且取得了一定的效果，但改良后的水泥基注漿材料仍存在一定的局限性，反映出了水泥基注漿材料的共性問題，如水下抗分散性差［4-5］。綜上所述，水泥基注漿材料和非水泥基注漿材料均存在一定的應(yīng)用局限性，本次研究在室內(nèi)制備了不同配比的非水泥基水下抗分散注漿材料，并對其展開了單軸抗壓強度試驗、抗沖刷效果試驗以及掃描電子顯微鏡(SEM)試驗，深入研究了動水條件下抗分散注漿材料的工程特性。

1工程背景本次研究

以新疆塔里木河流域某地排水溝道加固工程為研究對象，對不同配比的新型非水泥基水下抗分散注漿材料的現(xiàn)場應(yīng)用性能展開了研究。根據(jù)現(xiàn)場勘察結(jié)果，該排水溝加固工程的主體結(jié)構(gòu)為漿砌塊石。排水溝的漿砌塊石在長時間動水沖刷作用下，其底板及邊墻出現(xiàn)了嚴(yán)重的損傷問題;此外，在水流沖刷下，膠結(jié)物逐漸流失并失去膠凝作用，內(nèi)部塊石裸露。因此，為保持該工程的長期安全性，需要及時開展工程治理工作，對排水溝底板及邊墻結(jié)構(gòu)進行修補加固。此外，通過對流域某處的水體進行取樣測試，發(fā)現(xiàn)水的pH值為8～8.3，呈現(xiàn)弱堿性?，F(xiàn)場實測動水平均流速約為0.65m/s，動水流速高。

2現(xiàn)場澆筑與試驗檢測

2.1現(xiàn)場澆筑

基于現(xiàn)有關(guān)于水下抗分散注漿材料，室內(nèi)制備了5種不同配比的注漿材料，且控制變量為注漿膠凝材料的摻量。根據(jù)現(xiàn)有關(guān)于水下抗分散注漿材料的試驗研究，可知非水泥基注漿材料的主要成分為膠凝材料、水、水玻璃和黃原膠，且最佳質(zhì)量比為水:膠凝材料:水玻璃:黃原膠=300∶657.3∶240∶2.7。本次試驗中，控制水、黃原膠和水玻璃質(zhì)量不變，設(shè)計5組不同的注漿材料中的膠凝材料的質(zhì)量分別為250、275、300、325和350g(A1～A5)，且所使用的非水泥基膠凝材料為糯米灰漿。試驗場地為開放場地，現(xiàn)場材料配置好后，采用澆筑方式對塊石表面進行加固，無需特殊設(shè)備進行灌漿，將材料均勻地鋪攤在塊石表面后整平。

2.2試驗檢測

為研究不同配比條件下非水泥基水下抗分散注漿材料的綜合工程性能，本次共設(shè)計了3組不同試驗研究，分別為單軸抗壓強度試驗、抗沖刷效果試驗以及掃描電子顯微鏡(SEM)試驗。①單軸抗壓強度試驗。首先，利用巖石取芯設(shè)備在注漿養(yǎng)護28d后的塊石上取樣，取得高度為100mm、直徑為50mm的標(biāo)準(zhǔn)巖芯試樣。其次，室內(nèi)利用巖石力學(xué)萬能試驗機對其開展單軸壓縮試驗，采用位移控制模式，加載速度為0.1mm/min。每個配比的試樣分別開展5次單軸壓縮試驗，篩選去除不合理數(shù)據(jù)后取平均值，得到注漿結(jié)石塊體的單軸抗壓強度均值。②抗沖刷效果試驗。對巖石塊體進行注漿結(jié)塊，并在注漿24h和72h后觀察注漿結(jié)石塊體的表面形態(tài)以及注漿材料的流失情況，確定非水泥基注漿材料的水下抗分散效果。③微觀電鏡掃描試驗。利用S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡對單軸壓縮破壞后的結(jié)石塊體斷裂面進行掃描和觀測，了解非水泥基水下抗分散注漿材料加固塊石及抗水動力沖刷能力的微觀機理。

3注漿加固性能分析

3.1抗壓強度分析

為分析非水泥基抗分散注漿材料動水加固效果，室內(nèi)對不同配比注漿材料注漿養(yǎng)護后的塊石開展了單軸壓縮力學(xué)試驗，得到如圖1所示的試驗結(jié)果。從圖中可以看出，非水泥基抗分散注漿材料注漿加固后的巖石塊體的單軸抗壓強度較高，不同配比下塊體的單軸抗壓強度分別為35.35、37.26、41.05、38.11、36.33MPa。這表明，隨著注漿材料中膠凝材料含量的增加，注漿加固后塊石的抗壓強度呈現(xiàn)出先逐漸增大后慢慢變小的變化趨勢。注漿加固后，塊石的最大抗壓強度為41.05MPa，此時膠凝材料的摻量為300g;塊石的最小抗壓強度為35.35g，此時膠凝材料的摻量為250g。分析認為，當(dāng)膠凝材料含量較少時，其在注漿加固過程中不能起到有效的凝結(jié)作用，因此加固后的塊石強度低;而當(dāng)膠凝材料含量過高時，其流動性變差，不能有圖1注漿結(jié)石塊體單軸抗壓強度效地充填塊石中的縫隙，因此，注漿加固后的塊石的單軸抗壓強度也會降低。綜上所述，當(dāng)注漿材料中膠凝材料摻量為300g時，其對塊石的注漿加固效果最好、力學(xué)性能最強。

3.2抗沖刷效果分析

基于單軸壓縮試驗結(jié)果，對A3組試樣展開動水條件下注漿材料的水下抗分散試驗，將試驗材料澆筑在塊石表面后，將其置于動水(流速為0.65m/s)條件下，分別經(jīng)過24h和72h的沖刷后，對其表觀形態(tài)進行觀測。由圖2可知，在動水的持續(xù)沖刷下，成型后的注漿材料在外觀形貌上未發(fā)生明顯改變。由此可見，動水沖刷下非水泥基水下抗分散注漿材料具備優(yōu)秀的抗動水沖蝕能力，其能夠為注漿加固后的塊石提供較好的基礎(chǔ)參數(shù)。

3.3微觀結(jié)構(gòu)分析

為了解非水泥基水下抗分散注漿材料加固塊石及抗水動力沖刷能力的微觀機理，對單軸壓縮破壞后的A3組試樣進行取樣、切割并展開掃描試驗，得到斷面的微觀掃描結(jié)果，如圖3所示。從斷面的微觀掃描結(jié)果可以看出，A3組非水泥基水下抗分散材料能夠有效填充塊石層空隙，且膠結(jié)物致密。分析認為，非水泥基水下抗分散材料在水下的良好注漿效果主要來自漿液吸附和漿液充填作用。非水泥基水下抗分散材料具有很高的抗動水沖蝕能力，且其注漿后對塊石層加固效果較好，能夠形成水下正常的結(jié)石體;此外，漿液結(jié)石體具有微膨脹性，因此硬化漿體能對塊石層孔隙充填緊密。

4結(jié)論

(1)隨著注漿材料中膠凝材料含量的增加，注漿加固后塊石的抗壓強度呈現(xiàn)出先逐漸增大后慢慢變小的變化趨勢。注漿加固后，塊石的最大抗壓強度為41.05MPa，此時膠凝材料的摻量為300g。(2)經(jīng)過動水24h和72h的持續(xù)沖刷后，成型后的注漿材料在外觀形貌上未發(fā)生明顯改變。微觀試驗結(jié)果表明，非水泥基水下抗分散材料在水下的良好注漿效果主要來自漿液吸附和漿液充填作用。(3)本次研究僅對少數(shù)參數(shù)開展了試驗，而未對注漿材料的凝結(jié)時間、流動性等參數(shù)開展研究，下一步研究應(yīng)當(dāng)考慮更多方面的因素。

作者：周翔 單位：塔里木河流域工程建設(shè)處