一种室内注浆模拟试验装置及其使用方法与流程

本发明涉及岩土工程专业室内注浆试验领域，特别是涉及一种室内注浆模拟试验装置及其使用方法。

背景技术：

我国基础建设迅猛发展，地下工程日益增多，国际上更是把21世纪作为人类开发利用地下空间的世纪，但同时，在工程施工中，经常遇到富水且承载力较差的软弱土层，这些软弱土层给工程施工带来极其不利的影响，在施工前需对这些土层进行止水加固处理。

比较理想的治理水的方法之一就是注浆法，其施工方便，成本低廉，在岩土工程施工中应用广泛，如地基处理、基坑周边土体加固、隧道超前注浆加固以及矿建中的巷道注浆加固等等。注浆法的原理是利用压力将能够固结的浆液通过钻孔注入岩土空隙或者建筑物的裂隙中，浆液在地层中扩散，与地层介质颗粒胶结并固化，使土体的力学性能得到改善。其中的关键在于注浆材料的选用，在施工前均需对各种浆材的可注性和注浆效果进行测试，室内模拟试验是有效的方法，可以准确的测试浆材的渗透性、胶凝时间、抗压强度、黏度和结实率等各项指标。

现有的试验注浆设备，如中国发明专利(申请号：201510708332.X，专利名称：一种三维注浆试验装置及试验方法)实现了在承压状态下的注浆，消除了装置的边壁效应，实现了连续注浆，并利用渗压传感器对注浆全过程进行监控，且注浆过程可连续开展；又如中国发明专利(申请号：201410125808.2，专利名称：室内注浆模型试验用稳压注浆泵及其安装和使用方法)克服了传统注浆试验浆液流量大、压力不可控的缺点，为注浆提供稳定平缓的压力，泵速较低且流量可控，提高了室内试验数据的精确度；再如中国实用新型专利(申请号：201320064288.X，专利名称：室内模拟注浆试验装置)模拟了现场砂在不同注浆压力、注浆量和浆液条件下的注浆情况，能够分析注浆参数之间的相关关系和注浆效果。

上述现有的注浆模拟实验较为复杂，考虑因素很多，包括实际地层土压力和空隙水压力以及注浆压力的稳定等等，在实验室取得了很广泛的应用，获得了重要的试验数据和参数，是较为精确的实验装置，但安装复杂，实验条件苛刻，对试验人员的专业知识水平要求较高，在现场施工条件下、设备较为简陋的实验室中或者对于注浆的专业知识较为缺乏的一般施工人员，往往难以实现对试验设备的精确操作使用，因此，需要一种简易的注浆室内模拟试验装置，来满足施工现场或实验室的设备需求，以检测浆液的可注性，完成浆液的性能对比等工作。

技术实现要素：

针对现有技术的遗漏与不足，本发明提供了一种室内注浆模拟试验装置及其使用方法，所提供的方案简易可行，能够检测浆液的可注性，完成浆液的基本性能测试和多种浆液性能的比较等工作。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种室内注浆模拟试验装置，包括注浆渗透装置、注浆筒、空压机、压力表、高压软管、气压管、量筒和支架，所述注浆筒通过所述高压软管连接所述注浆渗透装置，所述注浆筒再通过所述气压管连接所述空压机，所述压力表套装在所述注浆筒上。

进一步的，所述注浆渗透装置，包括硬质塑料管、进浆阀、泄流阀、孔软木塞、PVC水管和注浆体，所述硬质塑料管外直径为75-85mm，内直径为65-75mm，厚度为10mm；所述注浆体充填满所述硬质塑料管；所述进浆阀和泄流阀，分别安装在所述PVC水管上，所述PVC水管套入所述带孔软木塞的孔内并密闭良好，将所述进浆阀、泄流阀、PVC水管和带孔软木塞组装好的整体分别套装入所述硬质塑料管的两端并密封连接部位；所述PVC水管孔径20-30mm，所述带孔软木塞的孔口直径为20-30mm，所述带孔软木塞的工作内径为65-75mm。

进一步的，所述注浆筒通过所述高压软管连接所述注浆渗透装置，所述注浆筒为圆柱形钢筒，高度为400-500mm，直径为200-250mm，厚度为2-4mm，所述注浆筒上部开有上部连接孔和注浆孔，直径为5-10mm，所述上部连接孔用于连接所述气压管，所述注浆孔用于试验中浆液的注入，在浆液通过所述注浆孔注入所述注浆筒后，清洗干净所述注浆孔，此时套装所述压力表，所述注浆筒下部开有下部连接孔和排水孔，直径为5-10mm，所述下部连接孔用于连接所述高压软管，所述排水孔用于试验中的排水。

进一步的，所述注浆筒通过所述气压管连接所述空压机，通过所述注浆孔连接所述压力表，所述空压机的最大设计压力值为0.8MPa，所述空压机的型号为W-0.74/14-W-0.9/7，所述压力表的量程为0～1.6MPa。

进一步的，所述高压软管的规格型号能够与所述注浆筒下部连接孔和所述注浆渗透装置中的所述进浆阀密封连接，所述高压软管的主要材料为橡胶管，管径为4-9mm；所述气压管的规格型号能够与所述注浆筒上部连接孔和所述空压机密封连接，所述气压管的主要材料为PVC软管，管径为4-9mm。

进一步的，所述量筒有5-8个，所述量筒的量程为1000mL，所述量筒设置在所述注浆渗透装置下端部的正下方，用于量取所述注浆渗透装置中的泄流量。

进一步的，本发明还提供一种如上所述的一种室内注浆模拟试验装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1)：装置安装，将所述注浆渗透装置中的所述硬质塑料管装满试验测试用土，后将装置各部件安装固定于所述支架上，其中所述注浆筒通过所述高压软管连接所述注浆渗透装置，所述注浆筒再通过所述气压管连接所述空压机同时套装所述压力表；

步骤2)：试验准备，开启所述注浆渗透装置中的所述进浆阀和泄流阀，通过所述注浆孔在所述注浆筒中注入约2/3所述注浆筒高度的水，使水能够通过所述高压软管、进浆阀和PVC水管在装满试验测试用土的所述硬质塑料管内自由渗透，直到水从所述硬质塑料管另一端的所述泄流阀流出，随后关闭所述进浆阀和泄流阀，检查注浆管路系统的密封性，然后打开所述注浆筒下部的排水孔，使所述注浆筒内多余的水排出；

步骤3)：试验过程和记录数据，打开所述进浆阀、泄流阀和空压机，把搅拌好的浆液倒入所述注浆筒内，开始注浆，本试验由三个人共同完成，一个人负责调整控制所述空压机和记录所述压力表的读数，一个人负责记录时间，一个人负责用所述量筒量取所述注浆渗透装置中的所述泄流阀流出的泄流量，每隔一定的时间间隔，即更换所述量筒，完成一次一定时间内泄流量的记录，直至所述泄流阀无泄流时停止试验，本试验需要记录的参数有三个，分别为注浆压力、泄流量和时间。

步骤4)：试验效果，试验结束后，拆除所述注浆渗透装置，观察在所述硬质塑料管内试验用土的注浆效果。

本发明的上升技术方案的有益效果如下：

(1)本发明有效弥补了在模拟现场不同土质、浆液和注浆压力条件下缺少试验设备的缺陷，利用该试验装置可有效检测浆液的可注性及注浆效果。检测比较相同浆液的最佳注浆压力和注浆时间，操作方便，简易可行，实用性强，造价低廉，流程简单，能够广泛应用于各类渗透注浆的施工现场和实验室试验。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明一种室内注浆模拟试验装置示意图

图中，1：注浆渗透装置；2：注浆筒；3：空压机；4：压力表；5：高压软管；6：气压管；7：量筒；8：支架

图2为本发明一种室内注浆模拟试验装置中注浆渗透装置示意图

图中，11：硬质塑料管；12：进浆阀；13：泄流阀；14：带孔软木塞；15：PVC水管；16：注浆体；

图3为本发明一种室内注浆模拟试验装置中注浆筒示意图

图中，21：上部连接孔；22：注浆孔；23：下部连接孔；24：排水孔

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1、图2和图3，本发明提供了一种注浆室内模拟试验装置，如图1，包括注浆渗透装置(1)、注浆筒(2)、空压机(3)、压力表(4)、高压软管(5)、气压管(6)、量筒(7)和支架(8)，注浆筒(2)通过高压软管(5)连接注浆渗透装置(1)，注浆筒(2)再通过气压管(6)和压力表(4)连接空压机(3)，空压机(3)的最大设计压力值为0.8MPa，所述空压机(3)的型号为W-0.74/14-W-0.9/7，压力表(4)的量程为0～1.6MPa，量筒(7)的量程为1000mL。

如图2，所述渗透装置(1)包括硬质塑料管(11)、进浆阀(12)、泄流阀(13)、带孔软木塞(14)、PVC水管(15)和注浆体(16)，硬质塑料管(11)外直径为75mm，内直径为65mm，厚度为10mm，注浆体(16)装满硬质塑料管(11)，进浆阀(12)和泄流阀(13)安装在PVC水管(15)上，PVC水管(15)通过带孔软木塞(14)的孔洞并密封连接部位，带孔软木塞(14)安装在硬质塑料管(11)的两端并密封连接部位；所述PVC水管(15)的孔径为20-30mm；所述带孔软木塞(14)的孔口直径为20-30mm，软木塞的工作内径为65-75mm。

如图3，注浆筒(2)为圆柱形钢筒，高度为400mm，直径为200mm，厚度为3mm，注浆筒(2)上部开有上部连接孔(21)和注浆孔(22)，直径为10mm，上部连接孔(21)用于连接气压管(6)，气压管(6)的主要材料为PVC软管，管径为4-9mm，注浆孔(22)用于试验中浆液的注入，注浆完成后清洗干净孔口，套装压力表(4)，注浆筒(2)下部开有下部连接孔(23)和排水孔(24)，直径为10mm，连接孔(23)用于连接高压软管(5)，排水孔(24)用于试验中的排水，高压软管(5)的主要材料为橡胶管，管径为4-9mm。

同时，要求高压软管(5)的规格型号能够与注浆筒(2)的下部连接孔(23)和注浆渗透装置(1)中的进浆阀(12)密封连接，气压管(6)的规格型号能够与注浆筒(2)的上部连接孔(21)和空压机(3)密封连接。

一种室内注浆模拟试验装置及其使用方法，包括如下步骤：

步骤1)：装置安装，将注浆渗透装置(1)中的硬质塑料管(11)装满试验测试用土，可以为砂土、砂子粉土或黏土等，本实施例为天然细砂土，后将试验各部件安装固定于支架(8)上，其中注浆筒(2)通过高压软管(5)连接注浆渗透装置(1)，注浆筒(2)再通过气压管(6)和压力表(4)连接空压机(3)；

步骤2)：试验准备，开启注浆渗透装置(1)中的进浆阀(12)和泄流阀(13)，通过注浆孔(24)在注浆筒(2)中注入约2/3注浆筒(2)高度的水，使水通过高压软管(5)和进浆阀(12)能够在装满天然细砂土的硬质塑料管(11)内自由渗透，直到水从硬质塑料管(11)另一端的泄流阀(13)流出，随后关闭进浆阀(12)和泄流阀(13)，检查注浆管路系统的密封性，然后打开注浆筒(2)下部的排水孔(24)，使注浆筒(2)内多余的水排出。

步骤3)：试验过程和记录数据，打开进浆阀(12)、泄流阀(13)和空压机(3)，把搅拌好的浆液倒入注浆筒(2)内，开始注浆，本试验由三个人共同完成，一个人负责调整控制压力机(3)和记录压力表(4)的读数，一个人负责记录注浆时间，一个人负责用量筒(7)量取注浆渗透装置(1)中的泄流阀(13)流出的泄流量，每一定的时间间隔，本实施例的时间间隔为15s，即更换量筒(7)完成一次15s内泄流量的记录，直至泄流阀(13)无泄流时停止试验，本试验需要记录的参数主要有三个，分别为注浆压力、泄流量和时间。

步骤4)：试验效果，试验结束后，拆除注浆渗透装置(1)，观察在硬质塑料管(11)内试验用土的注浆效果。

本试验测试浆液的可注性和不同浆液性能的比较方法为：

(1)试验结束后，拆除注浆渗透装置(1)，观察硬质塑料管(11)内的细砂土的注浆凝固效果，来判断浆液是否具有可注性，同时，也可以观察不同浆液的凝固效果，来直观地判断比较不同浆液的注浆效果。

(2)试验中，可以控制相同的注浆压力，如稳定在0.4MPa，在相同的时间间隔15s，即更换一次量筒，记录15s内的泄流量，来比较不同浆液相同时间间隔15s内泄流量的大小，在较短时间内泄流量较大的，其注浆效果显著，是较优的注浆材料。

(3)试验中，可以控制相同时间间隔15s，但对注浆压力进行变化，如0.2MPa，0.4MPa，0.6MPa及0.8MPa，来比较不同注浆压力下各时间间隔内泄流量的大小，以获得最佳注浆压力。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。