检验钙质砂注浆可注性试验装置及测试方法

本发明涉及一种检验钙质砂注浆可注性试验装置及测试方法，属于钙质砂地基加固。

背景技术：

1、岛礁工程地基以钙质砂为主，主要由贝壳、珊瑚、藻类等海洋生物沉积形成的碳酸钙等不溶性碳酸盐组成。钙质砂具有易破碎、易胶结、孔隙率高、形状不规则等特点。为保证岛礁地基的安全稳固，需要对其采取必要的加固手段。钙质砂地基常用桩基础、冲振、夯实或挤密等扰动方式进行加固处理，微生物固化技术也是如今的主要研究方向。桩基础施工复杂、成本高、工程量大，扰动加固对提高砂体的承载力和抗渗性能有限，对于钙质砂地基的加固效果有限。而微生物固化在工程应用上面还不够成熟，难以应用到实际工程中。

2、目前，注浆加固技术成熟，成本低廉。然而，注浆加固技术在钙质砂地基注浆加固方面的应用研究还很少；尤其是针对钙质砂地层可注性这方面，目前还没有相关报道。

3、因此，亟需开发一种钙质砂可注性模拟测试装置，以帮助确定注浆材料对于实际工程的可注性分析和注浆加固效果分析，这对于注浆技术应用于钙质砂地基加固的可行性分析至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种检验钙质砂注浆可注性试验装置及测试方法。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

3、检验钙质砂注浆可注性的试验装置，包括测试试验系统、注浆系统和数据收集系统；

4、所述测试试验系统包括：

5、动无水测试注浆管体，其顶部具有注浆入口，其底部具有浆液出口；

6、静水测试注浆管体，其顶部具有注浆入口和浆液出口；所述静水测试注浆管体与所述无水测试注浆管体位于同一高度；

7、动水测试注浆管体，其顶部具有注浆入口，其底部具有浆液出口，其上部具有进水口；所述动水测试注浆管体与所述无水测试注浆管体位于同一高度；

8、注浆花管，其一端开口，其另一端密封，其管壁上开设有若干注浆通孔，其数量为三个；三个所述注浆花管，其开口端朝上地分别竖向设置在所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体内，其开口端分别与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体、和无水测试注浆管体的注浆入口连通；

9、水箱，其进水口与水龙头连通；

10、稳压容器，其进水口与所述水箱的出水口连通，其出水口与所述动水测试注浆管体的进水口连通；

11、所述注浆系统包括：

12、搅拌桶；

13、储浆桶，其进料口与所述搅拌桶的出料口连通；

14、气动注浆泵，设置于所述储浆桶的上部，其进料口与所述储浆桶的出料口连通，其出料口与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体的注浆入口分别连通；

15、空气压缩机，其出气口与所述储浆桶内部连通，将所述储浆桶内的浆液压至所述储浆桶的出料口；

16、所述数据收集系统包括：

17、计算机；

18、摄像机，与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体位于同一高度，将拍摄到的图像传输给所述计算机；

19、土压力计，设置在所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体内，将监测到的信号传输给所述计算机；

20、孔隙水压力计，设置在所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体内，将监测到的信号传输给所述计算机。

21、根据本发明公开的一些实施例，所述搅拌桶的数量可以为两个，所述储浆桶的数量可以为两个，所述气动注浆泵的数量可以为两个；其中一个所述搅拌桶与一个所述储浆桶连通，另一个所述搅拌桶与另一个所述储浆桶连通，其中一个所述气动注浆泵，其进料口与一个所述储浆桶的出料口连通，其出料口与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体的注浆入口分别连通；另一个气动注浆泵，其进料口与另一个所述储浆桶的出料口连通，其出料口与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体的注浆入口分别连通。

22、根据本发明公开的一些实施例，所述注浆系统还包括搅拌管；所述搅拌管，其进料口与所述气动注浆泵的出料口连通，其出料口分别与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体的注浆入口连通；所述搅拌管中设有搅拌扇叶，所述搅拌扇叶随所述搅拌管内浆液的流动而转动。

23、根据本发明公开的一些实施例，所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体的浆液出口处设有滤网。

24、根据本发明公开的一些实施例，所述空气压缩机的出气口通过第一管路分别与所述储浆桶内部连通，所述第一管路上设置有压力表和电控空气阀；所述储浆桶的出料口通过第二管路与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体的注浆入口连通，所述第二管路上依次设有压力表、伺服流量阀和流量监测装置。

25、根据本发明公开的一些实施例，所述气动注浆泵的出料口处设有电磁流量计和注浆压力表。

26、根据本发明公开的一些实施例，所述注浆花管的密封端呈圆锥体形状，所述圆锥体形状的锥顶朝下。

27、根据本发明公开的一些实施例，所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体均为透明材质。

28、根据本发明公开的一些实施例，所述注浆系统还包括浆液收集桶；所述浆液收集桶的进料口与所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体的浆液出口连通，所述浆液收集桶的出水口与所述水箱内部连通。

29、钙质砂注浆可注性测试方法，采用本发明公开的所述检验钙质砂注浆可注性的试验装置，包括以下步骤：

30、步骤一：在所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体中分别分层装入试验所需要的颗粒级配的钙质砂，将多个孔隙水压计和土压力计分别设置在钙质砂样中的不同高度位置；

31、步骤二：向所述水箱中注水，控制水箱中的水的高度以调整所述动水测试注浆管体内的压力，使所述动水测试注浆管体的浆液出口有水流出，形成动水环境；向静所述水注浆测试管体中注满水，形成静水环境；

32、步骤三：待所述动水测试注浆管体内的压力稳定后，记录此时所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体中钙质砂层中土压力计和孔隙水压力的数据，通过所述摄像机拍下此时的测所述试试验系统的状态，作为试验初始数据；

33、步骤四：将试验浆液装入所述搅拌桶中，用搅拌机将浆液搅拌均匀；将所述空气压缩机设置到需要的注浆压力值与注浆速率，开始进行注浆；

34、步骤五：用所述摄像机记录注浆过程，实时记录渗漏水、砂量和浆液渗出,用所述计算机收集孔隙水压与土压力数据，用所述电磁流量计记录流量；对于无水注浆试验，注浆过程中，所述无水测试注浆管体的浆液出口流出浆液时，结束注浆，对于静水以及动水实验，保持注浆时间5min后结束注浆，如果发现注浆压力超过预定压力，应立即停止注浆；注浆完毕后，关闭所述空气压缩机，待所述动水测试注浆管体、静水测试注浆管体和无水测试注浆管体内的水泥浆液凝结后，取出钙质砂注浆结石体观察水泥砂浆的注入情况。

35、钙质砂层的可注性测试表现出完全可注、注入不充分和不可注三种情况。在完全可注的情况下，注浆浆液完全进入了被注介质骨架的孔隙中，与钙质砂砂层充分混合并凝结。在注入不充分的情况下，部分浆液颗粒会被砂层颗粒阻拦，导致注入介质的渗透性逐渐降低，并出现浆砂分层现象。如果出现不可注情况，注浆浆液无法进入钙质砂砂层中，只能有限度地渗入自由水，从而导致水灰比快速减小，浆液颗粒快速团聚，最终形成水泥滤饼，并只有少部分水泥凝固，砂层基本不受影响。

36、钙质砂可注性试验中钙质砂层颗粒粒径、注浆压力、水灰比成正相关，与相对密实度、黏性细砂颗粒含量呈负相关。对钙质砂可注性数据进行拟合，得出钙质砂可注性判别公式：

37、

38、其中，dr为相对密实度，θ为黏性细砂颗粒含量，w/c为浆液水灰比，p为注浆压力，d为砂层颗粒粒径，d为水泥浆液粒径

39、通过对比分析各工况下钙质砂层可注性情况和n值，得出了二者之间的基本关系式:当n＜30时，钙质砂层不可注；30≤n≤32，钙质砂层注入不充分；当n＞35时，钙质砂层完全可注。

40、本发明的有益效果是：

41、1、本发明可以在一套实验设备上实现钙质砂注浆浆液的制备、输送、灌注并对注入效果进行评价，使用方便，极大地降低了时间与成本。

42、2、本发明可以改变单一研究单一因素或多因素组合下钙质砂可注性的可行性的影响条件，以及对土体的土压力、渗孔隙水压力、注浆压力以及注浆流速等因素进行单独研究，无需重复制作实验模型。

43、3、本发明可以实现同时对动水、静水以及无水环境下的钙质砂可注性进行研究，也可对其中一种或两种环境单独研究，可以对可注性进行详细系统分析。

44、4、本发明的可以同时进行钙质砂可注性试验的复注试验，可以实现同时进行两种浆液的注入，并均匀搅拌，提高研究效率。

45、5本发明可以在一套试验装置上实现研究不同注浆浆液在不同颗粒级配的钙质砂注浆可注性，给出相应的判别准则的功能。