一種快速確定最適膨脹劑含量添加的方法及其應用與流程

本發明涉及一種快速確定最適膨脹劑含量添加的方法及其應用，適應于各種錨桿支護及確定與巖體，土體等土木工程中膨脹劑含量添加的工程應用范圍。

背景技術：

目前，伴隨我國經濟的快速發展，基礎建設突飛猛進，出現了各種類型的挖、填方邊坡，為了確保邊坡安全穩定，通常采用錨桿支護技術來對邊坡進行處理，使之達到要求的安全穩定。在現階段對于錨桿支護工程中，利用膨脹水泥漿作為錨桿錨固體，利用其側向膨脹性能應用于實際工程中來提高錨桿抗拔力是錨桿支護工程重點考慮的問題，同時還可以滿足工程實際中的需要及節約原材料，為實際工程應用方面帶來顯著的經濟效益；但不同膨脹劑含量的水泥漿對圍巖體產生的壓應力不同，不同圍巖體的抗拉強度也不盡相同，所以存在實際工程中因膨脹劑過量而使得圍巖體被撐裂或膨脹劑含量過低而使得錨桿抗拔力降低的情況，因此，如何快速準確得出錨桿支護工程最適膨脹劑含量的水泥漿從而提高錨桿抗拔力及節約材料成本是膨脹水泥漿廣泛應用錨桿支護工程中的關鍵問題，針對該問題，目前卻沒有相應的方法解決。

技術實現要素：

本發明專利所要解決的技術問題是提供一種快速確定最適膨脹劑含量添加的方法及其應用，可解決：1、可解決在錨桿支護中由于膨脹性水泥漿體配合比選擇不當或有誤而引起巖體被撐裂，從而使得錨桿松散加固失效。2、可解決在野外施工現場做灌注膨脹水泥漿打錨桿支護時，現場無法獲取或準確獲取巖石的抗拉強度從而無法計算膨脹水泥漿中膨脹劑的含量導致錨桿錨固力達不到預期效果的問題，該發明可在現場快速確定膨脹水泥漿中的最適膨脹劑含量，從而避免了室內實驗獲取巖石抗拉強度的繁瑣流程，提高了工期及膨脹劑含量添加的準確性。

為了解決上述技術問題，本發明提出以下技術方案：一種快速確定最適膨脹劑含量添加的方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：在圍巖(9)上相距一定距離任意鉆取n個直徑m和深度a相同的孔洞(10)，進行孔洞編號，且保證孔洞完整無裂隙，并使用聲波測試儀測試各孔洞，根據波速對孔洞內部巖石進行分類；

步驟2：根據孔洞內部巖石分類初步確定膨脹水泥漿體中膨脹劑的添加范圍，再根據錨固長度L(L＜a)計算出膨脹水泥漿中各成分的質量，以x％(x可取任意正數，根據工程需要精度取值)的增量逐級遞增制成的不同含量的膨脹性水泥漿體；選擇長度為b(b＞a)的錨桿，在距離錨桿一頂端c處向另一端方向開始布置應變片，兩應變片間距為z；

步驟3：將錨桿放入孔洞，用普通水泥漿灌注d深(d＜c)，待普通水泥漿初凝后，將不同含量的膨脹性水泥漿體分別注入有編號的孔洞，記錄不同編號孔洞所對應膨脹劑含量，并用剛性圓盤支撐架進行拖口封面；

步驟4：灌漿完畢后一段時間，接通壓力采集系統采集膨脹壓應力，對應記錄不同編號孔洞的膨脹壓應力數據，同時使用內窺鏡伸入孔洞觀察孔內壁是否出現裂紋，并記錄下不同編號孔洞的脹裂情況；

步驟5：根據步驟4測得數據繪制不同編號孔洞中應力-時間曲線圖，聯合內窺鏡觀察裂紋情況，初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍；

步驟6：在步驟5確定的近似范圍內，使用二分法分多組后重復步驟1、2、3、4、5，得出最適膨脹劑水泥漿配合比，其中，每一次重復步驟中的x取值均要小于上回步驟中x的取值，且鉆孔數和試驗重復次數由工程精度要求確定。

所述步驟1具體操作過程為，在圍巖(9)上任意鉆取n個直徑m深a的孔洞(10)，每兩孔洞相距2米，進行編號為1～n，且保證孔洞完整無裂隙，以便后面進行內窺鏡觀察及壓力采集數據不受影響；使用聲波測試儀測試各孔洞巖石，根據波速對孔洞內部巖石進行分類，再查文獻根據不同巖石的抗拉強度初步確定膨脹水泥漿體中膨脹劑的添加范圍。

所述步驟2具體操作過程為，根據步驟1初步確定膨脹水泥漿體中膨脹劑的添加范圍以x％的增量逐級遞增制成的不同含量的膨脹性水泥漿體，x的取值均為正數，且x％取值由工程精度需要確定，在一般工程中x％的取值都不會超過50％；根據孔洞深度選擇一根長度為b米的錨桿，錨桿伸出孔洞外是便易進行支護等工程活動；距離錨桿一頂端c處開始布置應變片，c取值范圍一般在3cm～10cm，即在0到c的范圍內主要作用是用普通水泥漿將錨桿居中定位于孔洞中；兩應變片間距為z，也可根據工程實際需要精度確定。

所述步驟3具體操作過程為，將錨桿放入孔洞，用普通水泥漿灌注d深，d＜c是用普通水泥漿將錨桿居中定位于孔洞中；待普通水泥漿初凝后，將不同含量的膨脹性水泥漿體分別注入有編號的孔洞，漿體從里至外灌注，為避免水泥漿體傾落流出，使用剛性圓盤支撐架固定。

所述步驟4具體操作過程為，采用壓力采集系統采集膨脹壓應力與內窺鏡觀察內壁脹裂情況相結合，是更加精確的判斷孔壁在不同膨脹劑含量下的脹裂情況，找到孔壁脹裂時所對應最小膨脹劑含量水泥漿一組作為范圍下限和未脹裂中最大膨脹劑含量水泥漿一組作為范圍上限，即初步最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍。

所述步驟5具體操作過程為，根據步驟4測得的壓應力繪制不同編號孔洞中應力-時間曲線圖，按照曲線是否存在突然大幅度下降對所有應力-時間曲線圖進行分類，將存在突然大幅度下降分為第一組，沒有存在突然大幅度下降的分為第二組，對比內窺鏡觀察記錄的裂紋情況，然后在第一組中找出膨脹劑含量最低且已經出現裂紋的一個作為最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍的下限，在第二組中找出膨脹劑含量最高且沒有出現裂紋的一個作為最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍的上限，即可初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍。

所述步驟6具體操作過程為，在步驟5確定的近似范圍內，使用二分法將初步近似范圍分多組后重復步驟1、2、3、4、5，根據工程需要精度要求，最終確定最適膨脹劑水泥漿配合比；在每一回重復步驟2中的x取值均要小于上回步驟中x的取值，且鉆孔數和試驗重復次數由工程精度要求確定。

所述步驟3所述剛性圓盤支撐架由剛性圓盤(1)、帶螺紋軸桿(2)、支撐骨架(3)和固定錐(4)四部分構成，所述支撐骨架(3)固定安裝在剛性圓盤(1)的中心，在支撐骨架(3)上通過螺紋傳動配合安裝有帶螺紋軸桿(2)，所述帶螺紋軸桿(2)采用兩根鉸接而成，在其接頭位置形成固定錐(4)；所述啞鈴狀裝置由螺桿螺帽(5)、橡皮墊(6)、剛性圓盤(7)和圓環軸桿(8)構成，所述圓環軸桿(8)的兩端安裝有剛性圓盤(7)，所述剛性圓盤(7)外端面安裝有橡皮墊(6)，所述橡皮墊(6)的外層通過螺桿螺帽(5)固定安裝有外層剛性圓盤(7)。

所述橡皮墊(6)的直徑比剛性圓盤(7)的直徑大0.5cm～2cm。

本發明有如下有益效果：

1、實現了錨桿支護工程現場快速確定最適的膨脹劑水泥比例，提高錨桿抗拔力，增強了邊坡的穩定性。

2、在錨桿支護工程中提高了錨桿抗拔力，在達到相同抗拔力的前提下，節省了錨桿與灌漿等材料費用。

3、避免了為錨桿支護室內實驗獲取巖石抗拉強度的繁瑣流程，提高了工期及膨脹劑含量添加的準確性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1是本發明剛性圓盤支撐架示意圖。

圖2是本發明啞鈴狀裝置示意圖。

圖3是本發明邊坡鉆孔示意圖。

圖4是本發明實施例一中15％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖5是本發明實施例一中20％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖6是本發明實施例一中25％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖7是本發明實施例一中30％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖8是本發明實施例二中9％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖9是本發明實施例二中12％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖10是本發明實施例二中15％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖11是本發明實施例二中18％膨脹劑下的膨脹壓應力。

圖中，剛性圓盤1、支撐骨架2、帶螺紋軸桿3、固定錐4、螺桿螺帽5、橡皮墊6、剛性圓盤7、圓環軸桿8、坡面9、孔洞10。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施方式做進一步的說明。

實施例一：

步驟1：選擇一塊穩定的邊坡，在邊坡原位上鉆取4個孔洞，用數字對孔洞編號為1-4號，直徑均為50mm，孔深均為1.5m，兩孔間距2m，并使用聲波測試儀測試各孔洞，根據波速對孔洞內部巖石進行判斷分類，初步判定為砂巖。

步驟2：選擇長度為1.8米的錨桿，在距離錨桿一頂端5cm處向另一端方向開始布置應變片，每兩個應變片間距10cm；根據孔洞內部巖石分類初步確定膨脹水泥漿體中膨脹劑的添加范圍為15％-30％之間，再根據錨固長度為1m計算出膨脹水泥漿中各成分的質量，以5％的增量逐級遞增制成的不同含量的膨脹性水泥漿體；即取普通水泥1700g、1600g、1500g、1400g，共6組。再取膨脹劑300g、400g、500g、600g，再稱出4組溫水(50攝氏度左右)，每組700g，并將組號依次標記為1、2、3、4，將所稱取的水泥、膨脹劑倒入攪拌桶攪拌均平后再加入水進行攪拌，配制成不同膨脹劑含量如下的膨脹劑的膨脹水泥漿4組：15％、20％、25％、30％。

步驟3：將錨桿放入孔洞，用普通水泥漿灌注5cm深，待普通水泥漿初凝后，將不同含量的膨脹性水泥漿體分別注入有編號的孔洞，記錄不同編號孔洞所對應膨脹劑含量，并用剛性圓盤支撐架進行拖口封面。

步驟4：灌漿完畢后20分鐘，接通壓力采集系統采集膨脹壓應力，對應記錄不同編號孔洞的膨脹壓應力數據，同時使用內窺鏡伸入孔洞觀察孔內壁是否出現裂紋，并記錄下不同編號孔洞的脹裂情況。

步驟5：根據步驟4測得數據繪制不同編號孔洞中應力-時間曲線圖，如圖所示4-7，在15%和20%膨脹劑下，應力-時間曲線圖保持平穩，在25%和30%膨脹劑下，應力-時間曲線圖在350s-400s間突然出現應力大幅度下降，即在此刻由于膨脹應力過大出現孔洞內壁脹裂情況，同時聯合內窺鏡觀察裂紋情況，將膨脹劑含量為20%作為初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍上限，將膨脹劑含量為25%作為初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍下限，即可初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍為20%-25%。

步驟6：在步驟5確定的近似范圍(20％，25％)內，使用二分法分四組，以1％的增量逐級遞增制成的不同含量的膨脹性水泥漿體，即膨脹劑含量為別為：21％、22％、23％、24％，重復步驟1、2、3、4、5，最終得出最適膨脹劑水泥漿配合比為22％。(注：試驗重復次數由工程精度要求確定)。

實施例二：

步驟1：選擇一塊穩定的邊坡，在邊坡原位上鉆取7個孔洞，用數字對孔洞編號為1-7號，直徑均為50mm，孔深均為1.5m，兩孔間距2m，并使用聲波測試儀測試各孔洞，根據波速對孔洞內部巖石進行判斷分類，初步判定為泥巖。

步驟2：選擇長度為1.8米的錨桿，在距離錨桿一頂端5cm處向另一端方向開始布置應變片，每兩個應變片間距10cm；根據孔洞內部巖石分類初步確定膨脹水泥漿體中膨脹劑的添加范圍為3％-20％之間，再根據錨固長度為1m計算出膨脹水泥漿中各成分的質量，以3％的增量逐級遞增制成的不同含量的膨脹性水泥漿體；即取普通水泥1940g、1880g、1820g、1760g、1700g、1640g、1580g，共7組。再取膨脹劑60g、120g、180g、240g、300g、360g、420g，再稱出7組溫水(50攝氏度左右)，每組700g，并將組號依次標記為1、2、3、4、5、6、7，將所稱取的水泥、膨脹劑倒入攪拌桶攪拌均平后再加入水進行攪拌，配制成不同膨脹劑含量如下的膨脹劑的膨脹水泥漿7組：3％、6％、9％、12％、15％、18％、21％。

步驟3：將錨桿放入孔洞，用普通水泥漿灌注5cm深，待普通水泥漿初凝后，將不同含量的膨脹性水泥漿體分別注入有編號的孔洞，記錄不同編號孔洞所對應膨脹劑含量，并用剛性圓盤支撐架進行拖口封面；

步驟4：灌漿完畢后20分鐘，接通壓力采集系統采集膨脹壓應力，對應記錄不同編號孔洞的膨脹壓應力數據，同時使用內窺鏡伸入孔洞觀察孔內壁是否出現裂紋，并記錄下不同編號孔洞的脹裂情況；

步驟5：根據步驟4測得數據繪制不同編號孔洞中應力-時間曲線圖，如圖所示8-11，在9%和12%膨脹劑下，應力-時間曲線圖基本保持平穩，在15%膨脹劑下，應力-時間曲線圖在3200s左右突然出現應力大幅度下降，在18%膨脹劑下，應力-時間曲線圖在2000s左右突然出現應力大幅度下降，即在這兩種情況下由于膨脹應力過大出現孔洞內壁脹裂情況，同時聯合內窺鏡觀察裂紋情況，將膨脹劑含量為12%作為初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍上限，將膨脹劑含量為15%作為初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍下限，即可初步確定最適膨脹劑水泥漿配合比的近似范圍為12%-15%。

步驟6：在步驟5確定的近似范圍(12％，15％)內，使用二分法分2組，以1％的增量逐級遞增制成的不同含量的膨脹性水泥漿體，即膨脹劑含量為別為：13％、14％，重復步驟1、2、3、4、5，最終得出最適膨脹劑水泥漿配合比為13％。(注：試驗重復次數由工程精度要求確定)。

通過上述的說明內容，本領域技術人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的范圍內，進行多樣的變更以及修改都在本發明的保護范圍之內。本發明的未盡事宜，屬于本領域技術人員的公知常識。