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如何透明土试验直埋保温钢管的方案与工况设计？
作者：河北大东管道防腐保温工程有限公司
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发表时间：2020-05-25 16:39:50
1）相似比设计与考虑本文后注浆微型直埋保温钢管桩，现场工程桩尺寸为：桩长为12m、直径为102mm、注浆孔直径为20mm：按照相似比68来设计模型桩，模型桩直径为15mm、注浆孔直径为29mm。现场工程应用微型钢管桩长径比约120，若严格按照尺寸相似比设计，模型桩长度将达到1.76m；现有室内透明土试验条件下，很难达到这一条件：因此，本文模型桩桩长选用250mm现场试验采用的钢管相比于现场实际土层，以及模型桩相对于透明土模型试验中所用的土体，这2组试验中桩体的极限承载力性能均以桩周土体破坏为主，为保证模型试验与实际现场的具有一定的相似度，本文透明土模型试验着重考虑了所采用的透明黏土与海相淤泥质土体在性能上的相似性。
2）试验装置模型试验装置及布置实物图：模型槽内腔尺寸为200mm（长）×200mm（宽）×250mm（高），由壁厚10mm的透明有机玻璃制成：模型桩桩端10mm处沿轴向对称布设2组孔径为2mm~3mm孔间距为20mm的注浆孔位：沉桩加载仪是一个由马达控制的杆件组成，桩体固定在杆件上，沉桩时，可通过控制马达的转速来调整沉桩速度：注浆设备由200ml的注射器和塑料导管组成，直埋保温钢管可通过加配重砝码控制注浆压力：试验时由2W的半导体激光器产生片光源照射管桩中心形成散斑场，通过CCD相机和计算机图像采集系统对试验过程中的散斑场进行连续拍摄记录，通过PIV后处理软件对该图像序列进行分析直埋保温钢管。
本文所用材料主要包括新型透明黏土、天然黏土以及作为注浆材料的425R快凝、快硬水泥（初凝时间约30min，终凝时间约1h）针对连云港海相淤泥质土体特性，本文采用新型透明黏土材料用于微型钢管桩沉桩及后注浆可视化模型试验。该新型透明黏土材料，由 Carbopol Ultra10粉末（简称U10）、纯净水以及NaOH溶液制配而成。U10是一种交联聚丙烯酸聚合物，粒径范围为50mm-100mm，比重为14543，表观密度为021gcmU10粉末在与水接触之前呈收缩形态，在水中分散后，交联的聚丙烯酸树脂链开始打开，用碱中和后，聚合物变成展开的结构。U10在中和前易于在水中分散，粘度小，便于使用操作中和后又具有高粘度、高含水率、高透光率、低折射率等特点：因此可用于制配人工合成透明黏土。制配完成的新型透明黏土材料试样照片如图5所示；穿透有机玻璃和100mm厚新型透明黏土材料后的方格图照片清晰度与穿透有机玻璃和空气的方格图照片清晰度相近，说明该材料具有良好的透明度。
针对新型透明黏土的强度、压缩性以及渗透性，取试样分别开展室内变水头渗透试验、一维固结试验以及十字板剪切试验：试验结果表明：透明黏土的不排水抗剪强度约为043kPa，与在液限时的Habd淤泥的抗剪强度（0.25kPa~043kPa）接近：固结系数约为10×104cm2·s-，压缩系数av约为0067kPa2，压缩指数Cc约为318，相关研究表明淤泥土的固结系数范围为104cm2·s103cm2·s-；该新型透明黏土在20℃时的渗透系数处于2×107cms-7×107cms之间，天然黏土的渗透系数在107cm106cms范围内是一致的。由此可知，新型透明黏土用于模拟淤泥质黏土是具有一定可行性的。有关新型透明黏土详细的配制方法以及物理、力学特性及其与天然土体的相似性。
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