粉細砂地層條件下聲頻振動注漿的試驗研究

馬成偉，王貴和，肖曉陽，王 瑜，劉寶林

(1.中國地質(zhì)大學(xué)〈北京〉工程技術(shù)學(xué)院，北京100083;2.國土資源部深部地質(zhì)鉆探技術(shù)重點實驗室，北京100083)

巖土工程

粉細砂地層條件下聲頻振動注漿的試驗研究

馬成偉1，2，王貴和1，肖曉陽1，王 瑜1，2，劉寶林1，2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)〈北京〉工程技術(shù)學(xué)院，北京100083;2.國土資源部深部地質(zhì)鉆探技術(shù)重點實驗室，北京100083)

粉細砂地層加固處理工作一直是工程界研究的重點課題，采用傳統(tǒng)注漿工法很難達到預(yù)期效果。針對此種情況，近年來提出振動注漿法，然而目前的振動注漿模擬試驗與實際工況有較大出入，故創(chuàng)新設(shè)計了試驗裝置，可以滿足自由調(diào)控振動頻率，且振動效果與實際工況接近。通過室內(nèi)靜壓注漿試驗及聲頻振動注漿試驗，對比注漿效果，得出以下結(jié)論:壓力相同條件下，相比靜壓注漿，振動注漿可以有效增大注漿量且加固效果更優(yōu);振動頻率的適當增加可以有效加快注漿速度，增大注漿量，這對于工期緊張的工程具有一定的實際意義，但頻率過高并非完全有利于注漿效果，要根據(jù)實際工況選擇最優(yōu)注漿頻率;高頻振動下，振動時間的延長對注漿效果的增益較小。

粉細砂土地層;靜壓注漿;聲頻振動注漿;模擬試驗;漿液擴散機理

0 引言

注漿作為一種特殊的施工方法，在土木、水利、礦山、交通等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用［1］。目前存在和正在研究的注漿工藝大體可以分為滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿、高壓噴射注漿等?，F(xiàn)有的注漿方法雖然已發(fā)展得較為成熟，但對于一些特定場地，注漿效果還很不理想，如飽和細砂土和粉土地層。針對飽和細砂土和粉土地層不易注入的情況，早前提出一種新的注漿方法——振動注漿法，該法擬通過振動機具的沖擊振動，使得砂土的孔隙水壓力上升，有效應(yīng)力減少，抗剪強度降低，進而在地基內(nèi)形成軟化區(qū)，然后利用注漿管將漿液壓入砂土中，由于注漿管周圍軟化區(qū)的存在，漿液很容易使砂土產(chǎn)生擠壓變形，從而壓密注漿點附近的土體，或容易使砂土的結(jié)構(gòu)破壞，產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，從而增大砂土的可灌性和漿液的擴散距離，達到減小滲透性，防止管涌的目的［2］。振動注漿施工中，利用振動力可以改善注漿環(huán)境。近年來，振動注漿已成為處理軟弱地基的一種新的趨勢。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

振動注漿作為一種新興的注漿技術(shù)，其應(yīng)用范圍正在擴大，國內(nèi)外學(xué)者在這方面也做了大量研究，研究主要包括以下幾方面。

1.1 關(guān)于飽和砂土液化的理論研究

1975年，Ishihara用有效應(yīng)力路徑確定殘余孔壓［3］，能夠清晰地反映飽和砂土由開始振動到初始液化所經(jīng)歷的路徑，有助于理解振動孔隙水壓力的起伏波動性。2005年，Sung-sik Park提出土壤液化分析模型，認為研究分析土體骨架應(yīng)變是最重要的，因為土壤骨架控制其液化反應(yīng)［4］。同年，凌晨引入概率統(tǒng)計法和相似比設(shè)計法，求得了兩個液化判別式，對于大埋深，不確定因素較多的地下土體，能夠滿足精度要求［5］。2011年，李曉廣利用靜力觸探儀測得不同工況條件下粉細砂錐尖阻力，對比分析發(fā)現(xiàn)存在一個臨界液化時間，超過臨界液化時間，液化效果將不會隨之增加;在振動荷載作用頻率與砂土固有頻率接近時，因為存在共振效應(yīng)，此時砂土液化效果最為明顯［6］。2015年，Ecemis Nurhan進行了循環(huán)荷載對砂土再液化的影響研究，發(fā)現(xiàn)在初次液化后，相對密度顯著增加不一定意味著增加再液化的負載周期［7］。

1.2 關(guān)于振動注漿的可行性研究

1997年中南大學(xué)提出振動注漿的概念，2002年，周海林對振動注漿中砂土的振動響應(yīng)以及振動注漿原理進行了研究，認為振動注漿過程中漿液很容易使砂土產(chǎn)生擠壓變形，或使土體產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，從而增大砂土的可灌性和漿液的擴散距離，達到減少滲透的目的［2，8］。2005年，凌晨自行設(shè)計振動注漿器具進行了振動注漿實驗，結(jié)果表明振動液化后確實較先前易于注漿，這驗證了振動注漿這一新思想的可行性［5］。

1.3 關(guān)于振動注漿漿液擴散理論研究

1996年，Ohashi A對細小裂隙的動力注漿進行了試驗研究。研究發(fā)現(xiàn)，在振動注漿中，當使用的漿液較稠時，漿液很難通過劈裂、滲透等形式進入土體，而是以壓密的形式置換土體［9］。2010年，雷金山采用套疊屈服面模型對飽和砂土振動注漿進行了數(shù)值模擬，對被注土體孔壓變化以及變形進行了研究［10］。

1.4 關(guān)于砂土動力特性的研究

2003年，ChiYong Song提出了一種動態(tài)分析飽和顆粒土中波的傳播特性的數(shù)值框架［11］。

2005年，Tong Qiu發(fā)現(xiàn)孔隙水壓力對兩相飽和砂土的動態(tài)響應(yīng)作用主要表現(xiàn)在有效密度和液壓阻尼［12］。2011年，李曉廣研究發(fā)現(xiàn)在高頻振動下粉細砂表觀粘度顯著減小，液化后粉細砂的特性仍屬于非牛頓流體，符合冪律流體［6］。2014年，W.Wang在軸對稱、小應(yīng)變、完全耦合情況下，基于熱滲流力學(xué)(TPM)采用有限元分析飽和砂土土壤結(jié)構(gòu)之間相互作用［13］。

1.5 關(guān)于振動注漿機具的理論研究

2006年，薛淵對振動注漿的激振器力學(xué)問題進行了研究，著重針對載荷的變化引起振幅、激振力、輸入力矩、功率、超前角這些體現(xiàn)振動器輸出特性［14］的參數(shù)進行理論分析。同年，孫斌堂直接針對振動注漿機具振源設(shè)計的需要，根據(jù)實際地震液化資料和室內(nèi)土動力液化試驗資料，基于土體液化影響因素多元擬合相關(guān)性分析結(jié)果，通過概率處理的辦法求解土體動力液化的概率模型判別式［15］。通過該概率模型判別式，可以建立振動注漿機具的振源特性與土的特性和埋深、振動持時之間關(guān)系，從而為振動注漿機具的研制提供必要的振源設(shè)計參數(shù)。

2 聲頻振動注漿的基本理論分析

2.1 粉細砂地層的工程性質(zhì)

粉細砂主要指粒徑＜0.25 mm的顆粒含量占總質(zhì)量的50%以上，且粒徑＞0.075 mm的顆粒也占總質(zhì)量的50%以上的砂土。對粉細砂地層進行注漿加固，主要是通過注漿把松散的粉細砂變得致密、均勻，從而減少滑動面的產(chǎn)生，降低塌方等工程事故的發(fā)生率。在粉細砂地層中注漿的一大特點是地層變形較大且擠密強化作用較小。在注漿時，由于注漿材料的作用，地層會產(chǎn)生變形、破壞。粉細砂地層注漿的另一大特點是注漿材料極易在受壓條件下泌水，致使?jié){液水灰比發(fā)生變化，從而使注漿材料的使用性能也隨之發(fā)生變化。要在粉細砂地層注漿產(chǎn)生較好的注漿效果，需滿足注漿材料在地層中可以形成致密的脈狀結(jié)構(gòu)，且使用性能保持穩(wěn)定。

2.2 粉細砂地層注漿材料的選用

在注漿技術(shù)發(fā)展早期，人們主要運用水泥作為注漿材料進行堵水加固，1920—1940年期間，水玻璃漿材成為新的主要化學(xué)漿材，到1945年以后，化學(xué)漿材發(fā)展迅速，尤其是近幾十年來，有機高分子注漿材料由于具有對環(huán)境污染小、較高的強度以及施工方便快捷的優(yōu)勢，因而得到飛速發(fā)展。

普通水泥由于其顆粒粒徑較大且粗顆粒較多，在滲透系數(shù)較低的粉細砂地層中很難被應(yīng)用，可注性較差。超細水泥是在普通水泥的基礎(chǔ)上進行開發(fā)創(chuàng)新出的一種新型漿材，對于滲透系數(shù)較低的砂質(zhì)地層，可以采用超細水泥，但是考慮到工程造價問題，超細水泥的應(yīng)用范圍并不是很廣。

化學(xué)類漿材具有強度高、可注性好、耐久性好的優(yōu)點，但是大多數(shù)化學(xué)類漿材不僅價格很高，而且容易對周圍的環(huán)境尤其是水環(huán)境造成不同程度的毒性污染，目前很多的國家已禁止使用此類漿材。由于化學(xué)類漿材的優(yōu)點，一些無毒的化學(xué)類漿材仍然存在一定的市場應(yīng)用率。

水玻璃類漿材可分為酸性水玻璃和堿性水玻璃，凝膠時間的調(diào)整范圍較大，少則幾秒，多則數(shù)小時。堿性水玻璃呈強堿性，與膠凝劑混合后，即在堿性條件下發(fā)生凝膠，同時被注漿地層中生成的二氧化硅膠體發(fā)生脫水收縮現(xiàn)象，降低了被注地層的耐久性;酸性水玻璃一般采用單液注漿的方式注入地層，與地層中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和作用，進而凝膠、形成固結(jié)體從而增加了耐久性。凝膠后砂層固砂體強度較低，在0.1～0.6 MPa之間，所以酸性水玻璃漿液不適用于上載結(jié)構(gòu)過于沉重的建筑物基礎(chǔ)加固等。但是對于需要臨時支護的工程結(jié)構(gòu)尤其是隧道在開挖時的臨時加固中，酸性水玻璃漿液具有很大的使用價值。

對比總結(jié)以上3種漿液優(yōu)缺點發(fā)現(xiàn)，酸性水玻璃漿液比較適宜室內(nèi)試驗的研究。其化學(xué)分子式表達為Na2O·mSiO2，分子式中的系數(shù)m稱為水玻璃的模數(shù)。通常情況下，水玻璃的模數(shù)大小一般在1～4之間，而實用價值比較大的水玻璃的模數(shù)一般在1.5～3.5之間。水玻璃模數(shù)的大小對漿液質(zhì)量的好壞具有重要意義，模數(shù)越大，SiO2的含量越高，漿液則越粘稠，膠凝時間越短，固結(jié)體的強度也就越高;相反的，模數(shù)越小，SiO2的含量越低，漿液則越稀釋，膠凝時間越長，固結(jié)體的強度也就越低。注漿時，選擇模數(shù)在2.5～3.5之間的水玻璃最為恰當。2.3 注漿選材的流變性

漿液的粘度值反映了漿液的流變性，漿液的粘度愈小，漿液在滲流過程中所受到的阻力愈小，漿液在土體中擴散的就越遠。反之，漿液的粘度越大，漿液流動過程中所受到的阻力也越大，漿液越難以擴散。由此可知漿液在地層中的擴散規(guī)律與漿液的流變性有非常大的關(guān)系，所以在分析漿液在土體中的滲透模型之前，有必要了解一下漿液的流變性。

振動注漿過程中漿液在地層中會產(chǎn)生3種作用方式，即牛頓流體在地層中滲透注漿、壓密注漿和劈裂注漿，在模擬試驗的過程中，滲透注漿與壓密注漿為主要的注漿作用模式，而劈裂注漿的作用形式少量存在，在此不多做闡述。

2.3.1 牛頓流體在地層中的滲透注漿

牛頓流體在多孔介質(zhì)中具有代表性的滲透注漿理論模型有球面擴散理論模型、柱面擴散理論模型。在滲透注漿中，注漿的方式?jīng)Q定了固結(jié)體的形狀，當單獨采用注漿管端孔注漿時，注漿的固結(jié)體呈球形，適用于球形擴散理論模型;當單獨采用注漿花管注漿時，注漿的固結(jié)體呈柱形，適用于柱形擴散理論模型;當采用注漿花管與端孔聯(lián)合注漿時，漿液將呈柱面－球面擴散，具體參見圖1。

圖1 注漿漿液擴散形式圖

2.3.2 牛頓流體在地層中的壓密注漿

壓密注漿是將密度較大的漿液通過鉆孔注入到土體中，在出漿口形成漿泡。而漿泡會壓縮周圍的土體，并且在其附近區(qū)域形成大的塑性變形區(qū)。而距離漿泡較遠的區(qū)域的土體會發(fā)生彈性形變，因此土的密度會明顯增加(如圖2)。剛開始進行壓密注漿時，漿泡的直徑和體積均較小，且壓力主要是水平方向的。通常形成的注漿體形狀并不規(guī)則，這主要是由所注土層的地質(zhì)條件和所選擇的注漿工藝所決定的;如果單個漿泡的形狀近似于球形，則漿液是從注漿管的底部注入的;如果漿泡不再是球形，而是近似于柱形，則漿液是從注漿花管中的某一段注入的。

3 粉細砂地層的聲頻振動注漿模擬試驗

3.1 漿液配比及測試

3.1.1 漿液配比

試驗所采用的試劑為市售的水玻璃(模數(shù)為3.3，波美度為40')和濃硫酸(質(zhì)量分數(shù)為98%)。試驗時，首先將水玻璃稀釋到30'，將98%濃硫酸稀釋成10%的稀硫酸。根據(jù)試驗需求，凝膠時間需控制在10 min以上。試驗時采用甲液為濃度10%的稀硫酸，乙液為波美度30'的水玻璃溶液，將甲液緩慢倒入乙液的同時運用玻璃棒不斷攪拌直至混合完畢，同時采用倒杯法確定凝膠時間，多次配比進行試驗，最終確定采用的漿液中2種漿材的體積比為稀硫酸∶水玻璃=3∶4時，凝膠時間約為12 min。

圖2 壓密注漿加固機理圖

3.1.2 粘度測試

漿液配制完成之后采用六速旋轉(zhuǎn)粘度計對其進行粘度測試。經(jīng)六速旋轉(zhuǎn)粘度計測試得出，漿液初始粘度約為3.5 mPa·s。

3.2 聲頻振動注漿試驗裝置的研制

國內(nèi)的多位專家學(xué)者在過去10年當中對振動注漿工藝進行相關(guān)室內(nèi)試驗研究，但所用方法以及設(shè)備均與現(xiàn)實施工狀況相差較大，為了更好地模擬實際場地施工條件，需在前人采用振動臺恒定振動頻率且橫向振動的基礎(chǔ)上進行改良，以期將振動頻率可調(diào)，且與現(xiàn)場實際施工情況時的豎向且整體的振動更為接近。

試驗裝置原理如圖3所示，試驗裝備由高位水桶的壓力注漿裝置、球形閥門、振動器、振動鉆桿、砂土容納器等組成。振動器與升降機通過高強螺栓加固，中間夾有橡膠板以緩沖振動器橫向的振動效果，實物圖如圖4所示。試驗用振動設(shè)備為進口森立瑪電機，最大振動頻率為150 Hz，變頻設(shè)備為國產(chǎn)富士5000G11型變頻器，試驗時將變頻器與振動器相連，試驗實物連接如圖5所示。

圖3 聲頻振動注漿試驗裝置原理圖

圖4 聲頻振動注漿試驗裝置實物圖

圖5 聲頻振動注漿所用分頻器實物連接圖

該裝置可模擬粉細砂地層在不同注漿壓力及振動頻率情況下的振動注漿試驗，對于傳統(tǒng)的振動注漿模擬試驗來說，具有極大的改進，更加貼合實際工況，主要優(yōu)點如下:(1)裝置較小，可在較小的室內(nèi)空間中進行試驗;(2)易于安裝，操作簡單;(3)適用性較廣，可模擬不同的注漿壓力以及不同的振動頻率。

3.3 試驗操作流程

(1)調(diào)整鉆架角度:鉆機需平置于牢固堅實的地方，進行水平、垂直校正，鉆桿(注漿管)保證豎直。

(2)下鉆:向?qū)嶒炄萜鲀?nèi)逐步添加粉細砂土，并逐層壓實，直至填至距離桶頂5 cm處;將鉆桿順利置入預(yù)定位置，在下鉆過程中，噴嘴要用塑料布包裹，以免泥土堵塞。

(3)試孔:當鉆桿置入土層預(yù)定深度后應(yīng)用清水試壓，若注漿設(shè)備和管路安全正常，則可配置水玻璃漿液開始實驗。

(4)靜壓注漿模擬實驗:對粉細砂地層進行靜壓注漿模擬試驗，控制注漿管埋深，選用不同注漿壓力，比對注漿體形態(tài)，選出最佳注漿壓力，為振動注漿試驗奠定基礎(chǔ)，并將得到的注漿效果與隨后進行的聲頻振動注漿的效果進行對比。

(5)聲頻振動注漿實驗:進行3組對照試驗從而對振動注漿的效果進行分析，第一組試驗為相同注漿壓力條件下，不同振動頻率對振動注漿效果的影響;第二組為相同注漿壓力條件下，觀察不同振動頻率注入相同漿液量所需時間的變化;第三組為相同注漿壓力和振動頻率條件下，在不同振動時間內(nèi)的注漿量變化情況以及注漿后所凝結(jié)注漿體的擴散半徑。

(6)注漿結(jié)束與提鉆:在注漿過程中往往有一定數(shù)量土粒隨著一部分漿液沿著注漿管冒出地面，通過對冒漿觀察，冒漿量小于注漿量20%為正常現(xiàn)象;超過20%，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)的措施。當砂土表層大幅度冒漿時，注漿即告結(jié)束。

(7)漿液沖洗:當試驗結(jié)束后，及時清洗注漿泵、輸漿管路、注漿管及噴頭。

(8)收集整理實驗數(shù)據(jù):實驗過程中記錄振頻、振動持時、注漿壓力、注漿量，注漿結(jié)束24 h后，將試驗粉細砂土地層小心開挖，獲得固結(jié)的注漿體，測量注漿固結(jié)體直徑，并觀察注漿擴散規(guī)律。

(9)確立砂土的聲頻振動響應(yīng)特性:整理數(shù)據(jù)，分析注漿壓力、振動頻率、土層埋深與擴散半徑及注漿量的變化規(guī)律，建立聲頻振動機具的振源特性與土的特性和埋深、振動持時之間關(guān)系。

3.4 靜壓注漿模擬實驗結(jié)果與分析

3.4.1 靜壓注漿模擬實驗結(jié)果

本次試驗共進行7組，將粉細砂土體分別在60、70、80、90、100、110、120 cm的注漿高度下各進行一次試驗，其對應(yīng)注漿壓力分別為6.6、7.8、8.9、10、11.1、12.2、13.3 kPa。待注漿結(jié)束24 h后，開挖土體，得到注漿固結(jié)體，觀察固結(jié)體的外形并測量其直徑，根據(jù)試驗結(jié)果得出靜壓注漿規(guī)律(見表1)。

表1 靜壓注漿擴散規(guī)律總結(jié)

在靜壓注漿過程中，當注漿壓力達到8.9 kPa時，試驗出現(xiàn)輕微冒漿現(xiàn)象;當注漿壓力繼續(xù)增大時，冒漿現(xiàn)象將會更加明顯，同時冒漿速度也會加快。現(xiàn)將表1中注漿擴散半徑隨注漿壓力的變化用圖6表示出來。通過圖6可以更為直觀地看出漿液擴散半徑隨注漿壓力的增大而不斷增大的趨勢。

圖6 靜壓注漿擴散半徑隨注漿壓力的變化圖

3.4.2 靜壓注漿實驗分析

根據(jù)試驗記錄，可知隨著注漿壓力的不斷變大，注入粉細砂土中的漿液量不斷增多，同時漿液在土體中的擴散半徑也逐漸變大;但當高位漿液桶的高度升到90 cm時，即注漿壓力增大到10.0 kPa時，在鋼桶內(nèi)將會出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，可以確定此時的注漿壓力大于注漿鉆桿在土體內(nèi)的上覆土層的壓力，漿液隨著注漿壓力的增大，冒漿現(xiàn)象也出現(xiàn)的更快。因而選擇60 cm作為振動注漿時的注漿高度，將注漿壓力對注漿擴散效果的影響減小到最小，從而可以更加清晰的觀察振動對于注漿的影響效果。

3.5 聲頻振動注漿模擬實驗結(jié)果

3.5.1 第一組試驗

本組試驗保持注漿壓力為6.6 kPa，在12組不同振動頻率即10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60 Hz的情況下進行注漿工作，達到注漿要求后停止注漿，意在觀察振動頻率對注漿擴散效果的影響。待注漿結(jié)束24 h后，開挖土體，得到注漿固結(jié)體，觀察固結(jié)體的外形并測量其直徑。12組不同振動頻率條件下的注漿數(shù)據(jù)如表2所示，變化規(guī)律見圖7。

表2 注漿壓力相同情況下不同振動頻率注漿規(guī)律

圖7 注漿效果隨振動頻率的變化圖

通過試驗，可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:

(1)當注漿壓力相同時，與靜壓注漿相比，對粉細砂土進行振動，可以增大注漿量并且增加漿液在粉細砂土中的擴散半徑。

(2)隨著振動頻率的增加，漿液的擴散半徑也逐漸增加，可以有效擴大漿液在粉細砂土中的加固體積。

(3)通過具體數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，當振動頻率控制在10 Hz以內(nèi)時，即振動頻率較低時，注漿半徑會擴大，但是擴散效果不是很明顯;在10～40 Hz之間，隨著振動頻率的增加，漿液的擴散半徑會顯著增加，同時注漿速度更快，注漿量也逐漸增多;但是當振動頻率增大到40 Hz以上時，注漿量以及注漿擴散半徑會繼續(xù)增大，注漿速度也會顯著增快，不過注漿時冒漿現(xiàn)象會逐步加快。

另外可以發(fā)現(xiàn)，當注漿壓力為6.6 kPa，振動頻率調(diào)至60 Hz時，其注漿擴散效果與靜壓注漿壓力為13.3 kPa時相差無幾，固結(jié)體如圖8所示。

圖8 壓力6.6 kPa、頻率60 Hz振動注漿與壓力13.3 kPa靜壓注漿固結(jié)體對比圖

3.5.2 第二組試驗

選擇注漿量為260 mL，同時為確保在振動時不冒漿，選擇振動頻率范圍為5～40 Hz，觀察相同注漿量的情況下，振動頻率的增加能否加快注漿速度。根據(jù)試驗，記錄數(shù)據(jù)，將注漿結(jié)束時間隨振動頻率的變化規(guī)律在圖7中表示出來。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知:當振動頻率在10 Hz以內(nèi)時，注漿用時變化較小，只有較小程度加快;當注漿頻率在10～30 Hz之內(nèi)變化時，注漿速度顯著提高;而當注漿頻率增大到一定程度時，即30～40 Hz時，注漿速度又會減緩下來，基本維持不變。

3.5.3 第三組試驗

根據(jù)第一組試驗，已知當注漿壓力為6.6 kPa，振動頻率為40 Hz時注漿結(jié)束時間為99 s?，F(xiàn)保持相同注漿條件，即注漿壓力為6.6 kPa，振動頻率為40 Hz，每次注漿桶內(nèi)漿液量均保持為2100 mL，分別控制注漿時間為20、40、60、80、99 s，觀察漿液在不同時間段的擴散規(guī)律，意在研究振動時間的長短對于注漿體擴散半徑的增大是否有利。整理數(shù)據(jù)，將注漿擴散半徑隨振動注漿時間的變化規(guī)律用圖9表示。

圖9 漿液擴散半徑隨振動時間變化規(guī)律圖

由試驗數(shù)據(jù)可以觀察出，在振動條件下，注漿前期，注漿擴散速度較快，固結(jié)體的半徑增大速度也較快，而隨著振動時間的增長，注漿體擴散半徑會繼續(xù)增加，只是增大速度會相對減緩。從整體來講，振動時間的增加有利于增大注漿量，加大注漿加固面積。3.6 試驗結(jié)果與分析

通過試驗，可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律:

(1)當注漿壓力保持相同時，對粉細砂土進行振動，可以增大注漿量并且增加漿液在粉細砂土中的擴散半徑。

(2)隨著振動頻率的增加，漿液的擴散半徑也逐漸增加，可以有效擴大漿液在粉細砂土中的加固體積。

(3)當振動頻率逐步增大時，注漿速度也會顯著增快，不過注漿時冒漿現(xiàn)象也會更易發(fā)生。

(4)在振動條件下，注漿前期，注漿擴散速度較快，固結(jié)體半徑增大速度也較快，而隨著振動時間的增長，注漿體擴散半徑會繼續(xù)增加，只是增大速度會相對減緩。從整體來講，振動時間的增加有利于增大注漿量，加大注漿加固面積。

4 結(jié)論

選擇酸性水玻璃漿材作為注漿材料，采用自行設(shè)計制作配套振動注漿所需的試驗器具，在不同的條件下進行多組注漿試驗，得出了粉細砂地層在此試驗條件下的注漿擴散規(guī)律:相同壓力情況下，振動注漿可以有效增大注漿量并且注漿加固效果更優(yōu);振動頻率的適當增加可以更有效地增大注漿量，但頻率的一味增大并非完全有利于注漿效果，要根據(jù)實際地層選擇最優(yōu)注漿頻率，否則會出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象，同時振動頻率的增大相當于增大一定的注漿壓力;振動頻率的增加可以有效加快注漿速度，這對于趕工期的工程具有一定的實際意義;相同壓力及不冒漿前提下，振動時間的增加有利于逐步加大注漿量，增大注漿加固面積。

模擬試驗的結(jié)果從多方面驗證了振動法較傳統(tǒng)方法易于注漿，不論是從注漿速度還是注漿效果，均有較為顯著的提高。并且從漿液擴散情況來看，在振動條件下注漿漿液會以滲透、壓密、劈裂等多種方式進入土體，加固土體，這為后面進一步的理論研究奠定基礎(chǔ)。

由于振動注漿問題的復(fù)雜性，目前研究尚存在很多不足，仍有許多方面值得完善、深入和拓展，歸納起來理論研究應(yīng)在如下幾個方面。

(1)室內(nèi)試驗雖然總結(jié)了振動注漿擴散規(guī)律，但對于理論分析方面尚存在不足，不能根據(jù)主要影響因素定量化推斷出漿液在液化后粉細砂土層中的作用范圍。

(2)室內(nèi)試驗不能對土層壓力進行詳細模擬，而這在實際工程中是必然存在的，必須考慮這方面因素，以期得到真實有效的定量分析公式。

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Experimental Study on Audio Frequency Vibration Grouting in Fine Silty Sand Layer

/MA Cheng-wei1，2，WANG Guihe1，XIAO Xiao-yang1，WANG Yu1，2，LIU Bao-lin1，2(1.School of Engineering and Technology，China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.Key Laboratory on Deep Geo-drilling Technology of the Ministry of Land and Resources，Beijing 100083，China)

The reinforcement processing of fine silty sand layer has been the important subject in the engineering field，for it is hard to achieve the desired effect by the traditional grouting method.In view of this situation，the vibrating grouting method is put forward in recent years.However，there are many discrepancies between present vibration grouting simulation tests and the actual working conditions.A test device has been creatively designed，which can satisfy the regulation of freedom vibration frequency and vibration effects is closed to the actual conditions.Comparing the grouting effects of the indoor static pressure grouting test to the audio frequency vibration grouting test，the following conclusions are presented:under the same pressure，the vibration grouting can effectively increase the grouting quantity with better reinforcement effect compared with the static pressure grouting;the appropriate increase of vibration frequency can effectively accelerate the speed of grouting and increase the grouting quantity which has certain practical significance for the project with time limit.However too high frequency is not totally beneficial to the grouting effect，it is crucial to select the optimum grouting frequency according to the actual condition.Under high frequency vibration，the extension of time has less influence to the grouting effect.

fine silty sand layer;static pressure grouting;audio frequency vibration grouting;simulation test;grouting diffusion mechanism

TU755.6;TV543;U445.55;TD353

A

1672－7428(2017)03－0058－07

2016－07－20;

2016－08－28

國家自然科學(xué)基金面上項目“聲頻振動鉆進系統(tǒng)共振機理及能量傳遞規(guī)律研究”(編號:41672366);北京市優(yōu)秀人才項目“聲頻振動鉆進工藝技術(shù)研究”(編號:2013D009015000002)

馬成偉，男，漢族，1992年生，碩士研究生在讀，地質(zhì)工程專業(yè)，研究方向為基礎(chǔ)工程設(shè)計與施工，北京市海淀區(qū)學(xué)院路29號，1530296284@qq.com。