黃土地區(qū)高等級(jí)公路建設(shè)中,路線遇到黃土山梁時(shí)基本上是采用隧道方案通過(guò),黃土山梁通常是由第三紀(jì)泥巖和上覆的第四紀(jì)黃土組成,隧道穿越時(shí)大多是進(jìn)出口段位于黃土地層,中間為第三紀(jì)泥巖地層,即所謂的󰀁泥巖夾心󰀁地層。由于黃土的垂直滲透性很強(qiáng),而第三紀(jì)泥巖基本上不透水,地下水滲流受阻,黃土與泥巖分界帶附近,形成了一層厚約10m的飽和黃土層,土體呈軟塑~流塑狀,強(qiáng)度較低。同時(shí),由于隧道的開(kāi)挖,改變了地下水的滲流方向,隧道成為地下水的排泄通道,水分向隧道圍巖富集,使圍巖的工程性質(zhì)進(jìn)一步惡化。在這種󰀁泥巖夾心󰀁的復(fù)雜地質(zhì)條件下,黃土與泥巖交界處的隧道圍巖自承能力極差,坍方時(shí)有發(fā)生,不但施工難以進(jìn)洞,就是成洞后,隧道洞身的承載力和穩(wěn)定性嚴(yán)重不足,沉降無(wú)法控制,后期病害多且難以處理,是黃土隧道建設(shè)中有待解決的技術(shù)難題。筆者針對(duì)黃土隧道圍巖的特點(diǎn),通過(guò)室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),并結(jié)合工程實(shí)例,旨在探討黃土隧道水泥󰀁水玻璃雙液注漿的主要技術(shù)參數(shù)及施工工藝,供廣大同行參考。 1 水泥󰀁水玻璃漿液性能 1.1 水泥󰀁水玻璃漿液固化機(jī)理 水玻璃是一種粘稠液體,水解后呈堿性。當(dāng)這 種液體壓入黃土中,水玻璃便與黃土中的堿土金屬發(fā)生作用,生成一種堿金屬水合硅酸鹽和二氧化硅凝膠,如下述反應(yīng)式所示 Ca 󰀁Na2O󰀁nSiO2+MgCl2+xH2O 2NaCl+ SrBa Ca 󰀁MgSiO3󰀁xH2O+(n-1)SiO2 SrBa這種二氧化硅凝膠和堿金屬水合硅酸鹽充填了黃土中的孔隙,增加了粒間的膠結(jié)力,使土體硬化,強(qiáng)度增加。 水玻璃能加快水泥的水化作用,其主要原理在于:水玻璃能與水泥漿中的氫氧化鈣反應(yīng),生成具有一定強(qiáng)度的膠凝體󰀁󰀁󰀁水化硅酸鈣[1] 。反應(yīng)機(jī)理為󰀁Ca(OH)2+Na2O󰀁nSiO2+mH2O CaO󰀁󰀂󰀂󰀁nSiO2󰀁mH2O+NaOH 水泥中的硅酸三鈣與硅酸二鈣水化后生成氫氧 化鈣, 由于氫氧化鈣在水中的溶解度不高,很快就達(dá) 到了飽和,從而限制以后的硅酸三鈣與硅酸二鈣的水化。加入水玻璃后,水玻璃與漿液體系中的氫氧化鈣反應(yīng),消耗了漿液體系中的氫氧化鈣,使溶液中的氫氧化鈣含量未達(dá)到飽和,從而加快了硅酸二鈣與硅酸三鈣的水化作用,宏觀上表現(xiàn)出水泥漿液初凝時(shí)間加快,結(jié)石體早期強(qiáng)度增長(zhǎng)。1.2 水泥󰀁水玻璃漿液特點(diǎn) (1)水泥󰀁水玻璃漿液膠凝時(shí)間短,且可在幾秒 鐘到幾十分鐘內(nèi)準(zhǔn)確控制。膠凝時(shí)間與水泥品種、水泥漿水灰比、水玻璃溶液濃度、水玻璃溶液與水泥漿的體積比和漿液溫度有關(guān),如圖1和表1所示,其主要規(guī)律表現(xiàn)為,在同一條件下,水泥中含硅酸三鈣越多,水泥漿水灰比越低,水玻璃溶液濃度越低(Be󰀁=30~45時(shí)),水玻璃溶液與水泥漿的比例越小、溫度越高,漿液的膠凝時(shí)間越短。 

圖1

水泥漿與水玻璃漿液不同體積比的膠凝時(shí)間(測(cè)定溫度23󰀁C) Fig.1Gelationtimeofcement󰀁silicateliquorwithdifferent ratiobyvolume(measurementtemperatureunder23󰀁C) (2)水泥󰀁水玻璃漿液凝固后的結(jié)石率高,達(dá)98%以上[2,3],且結(jié)石體的早期強(qiáng)度增長(zhǎng)很快,抗壓強(qiáng)度較高,水泥󰀁水玻璃漿液結(jié)石體強(qiáng)度見(jiàn)表2。(3)水玻璃對(duì)強(qiáng)度的影響存在一個(gè)峰值,即水泥 漿與水玻璃溶液有一個(gè)合適的配合比,在這種配合比下,結(jié)石體強(qiáng)度最高。試驗(yàn)表明:水泥漿與水玻璃溶液(Be󰀁=30~45)的合適體積比為1:0.5。

                                                         本文摘自《中國(guó)公路學(xué)報(bào)》第17卷第2期

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