隧道管節(jié)防水層對(duì)砂流法地基處理的影響

隧道管節(jié)防水層對(duì)砂流法地基處理的影響

0砂流法基地法在河流隧道工程中，沉管隧道具有比預(yù)制隧道和采礦隧道更有效的性能，而且在世界上得到了廣泛的發(fā)展。沉管隧道沉放完畢后需對(duì)其進(jìn)行地基處理,砂流法工法因優(yōu)越性而逐漸成為主流地基處理工法之一。砂流法地基處理的效果直接決定了沉管隧道砂盤地基處理的成功與否以及沉管隧道的運(yùn)營安全。工程建設(shè)中為防止混凝土沉管隧道管節(jié)結(jié)構(gòu)滲漏水,一般采取結(jié)構(gòu)自防水措施或者在管段表面外包防水層。本文利用砂流法足尺模型試驗(yàn),通過在模型板底面涂抹環(huán)氧樹脂來研究隧道底面涂層對(duì)砂流法地基處理的影響。1砂流法模型試驗(yàn)1.1隧道底板模型板和模型板砂流法足尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)包括:模型板———8.2m×15.2m現(xiàn)澆鋼筋混凝土板,架設(shè)于試驗(yàn)水池中以模擬水下環(huán)境中的單個(gè)壓砂孔等效范圍內(nèi)的沉管隧道底板。試驗(yàn)水池———10.5m×17.2m現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池,高2.5m,模型板容納其中。循環(huán)水池等———3.0m×4.0m現(xiàn)澆鋼筋混凝土水池,高2.0m,與試驗(yàn)水池相連,起循環(huán)用水的作用。試驗(yàn)設(shè)備———由水泵、輸砂皮帶機(jī)、儲(chǔ)砂器、砂料分配器、砂水混合器、砂泵、控制柜等設(shè)備組成,為試驗(yàn)提供砂水混合流。1.2試驗(yàn)設(shè)備的布置和布置利用砂盤探測(cè)器探測(cè)試驗(yàn)砂盤的擴(kuò)展數(shù)據(jù)。砂盤探測(cè)器安裝在混凝土模型板面上,布置圖如圖1所示。試驗(yàn)設(shè)備中的水壓力分別由水壓表和水壓力計(jì)監(jiān)測(cè)。砂盤中的水壓力由水壓力計(jì)測(cè)得。1.3模擬基槽間隙試驗(yàn)中設(shè)定試驗(yàn)砂水比為1∶8,模型板與地面之間預(yù)留0.8m空隙,模擬基槽間隙。試驗(yàn)前首先打磨模型板底的起伏不平處,然后分三次進(jìn)行表面涂層及打磨處理,形成較光滑的環(huán)氧樹脂涂層底面。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1砂盤擴(kuò)展至模型板角部圖2所示為砂盤半徑的擴(kuò)展曲線圖。據(jù)圖2可知,各軸向砂盤擴(kuò)展半徑數(shù)據(jù)可進(jìn)行二次曲線回歸,擬合參數(shù)匯總于表1。R2在0.98以上,各軸向的砂盤半徑隨時(shí)間擴(kuò)展符合二次曲線關(guān)系。同時(shí),砂盤半徑越大,擴(kuò)展速率越慢,這與砂水混合流的泵送特點(diǎn)及基槽間隙的高度和砂盤形狀等因素有關(guān)。試驗(yàn)砂水混合物通過流縫、流槽輸送。由于環(huán)氧樹脂涂層模型板底消除了混凝土面的凹凸面及孔洞,這既避免了砂水混合物沖入蜂窩中導(dǎo)致動(dòng)能損失,又減小了其表面的流動(dòng)摩擦系數(shù)。當(dāng)砂盤半徑較小的時(shí)候,模型板底下的砂水混合物流動(dòng)路徑短,模型板底對(duì)砂水混合物的影響不明顯;而當(dāng)砂盤半徑較大時(shí),模型板底的砂水混合物流動(dòng)路徑增長,模型板底對(duì)砂水混合物的影響不斷累積,故此時(shí)模型板底面涂層對(duì)砂盤擴(kuò)展的影響增大,圖3為砂盤擴(kuò)展至模型板角部時(shí)的狀態(tài)。據(jù)表1中的擬合參數(shù)可知,砂盤在X、N、L、Y、M軸向的半徑擴(kuò)展關(guān)系式均有一定差異,即隨砂盤半徑的增大,砂盤各向擴(kuò)展速度及形狀逐漸不均勻,但砂盤最終充滿度能達(dá)99.3%。工程實(shí)踐中,可在預(yù)制沉管隧道的管節(jié)時(shí)盡量采用摩擦系數(shù)小的防水涂層以保證管節(jié)的底面光滑,這將有利于砂盤的擴(kuò)展。試驗(yàn)砂盤最大半徑可達(dá)879cm,基本能滿足常規(guī)設(shè)計(jì)半徑(5.0～7.5m)。2.2模型板內(nèi)水壓力變化規(guī)律圖4為模型板底面各半徑處的不同方向水壓力曲線。據(jù)圖4可知,試驗(yàn)開始后,模型板底水壓力的擴(kuò)展趨勢(shì)總體上隨時(shí)間而增大。試驗(yàn)砂水混合物噴入基槽間隙時(shí),過流面積增大導(dǎo)致水流速度和水壓力急劇降低,砂顆粒沉積而水流向模型板四周,模型板底水壓力基本維持不變。在基槽間隙中形成砂盤的過程中,壓砂口下部的基槽間隙空間減小,逐漸形成半封閉空間,使得流體水平流動(dòng)的過流斷面逐漸減小。隨著砂盤半徑的擴(kuò)展,已成型砂盤和模型板之間半封閉空間的密閉性增大,流縫、流槽路徑也不斷增長,使得流體的阻力不斷增大,從而導(dǎo)致砂盤范圍內(nèi)水壓力持續(xù)升高。池內(nèi)噴口處的各方向水壓力曲線重疊,各方向水壓力差異很小;而半徑越大處的各向水壓力差異越大。分析認(rèn)為,樹脂涂層板底下的流體上邊界光滑,流體在模型板底面紊流程度較小,產(chǎn)生的水渦較少,砂顆粒容易輸送,砂盤擴(kuò)展速度較快,這導(dǎo)致輸送砂水混合物的流縫、流槽因砂盤擴(kuò)展而改向的時(shí)間更短;同時(shí)也導(dǎo)致模型板底水壓力峰值較大。3砂盤擴(kuò)展設(shè)計(jì)(1)環(huán)氧樹脂涂層模型板底條件下的砂流法形成砂盤半徑擴(kuò)展趨勢(shì)為二次曲線。光滑的樹脂涂層對(duì)砂盤擴(kuò)展有利,且在砂盤半徑較大時(shí)的影響較明顯。工程實(shí)踐中,采用光滑的防水涂層有利于砂盤的擴(kuò)展。試驗(yàn)砂盤半徑基本能滿足現(xiàn)階段常規(guī)設(shè)計(jì)半徑。(2)樹脂涂層板底下的流體上邊界光滑,流體在模型板底面紊流程度較小,產(chǎn)生的水渦較少,砂顆粒容易輸送,砂盤擴(kuò)展速度較快,這導(dǎo)致輸送砂水混合物的流縫、流槽因砂盤