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注漿減阻詳解

08-22 13:17:22  瀏覽次數:743次  欄目:結構設計
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對于管外壁摩阻力,在很大程度上可以通過各種手段來施加影響。首先要注意管子表面的光潔平滑,以保持很低的摩擦系數。此外極為重要的是,管子要盡可能避免圓度誤差,并保持直徑的一致。在這方面,如果管子是用許多管模制造的,問題可能就出現在制管廠中,因為管模本來就有尺寸公差,而且磨損程度也不相同。此外,如果管子澆注之后脫模過早,或者由于蒸養而發生收縮,也會引起這類的偏差。管子尺寸的不準確在推頂時會導致產生夾緊力,這種力有時可能達到很高的數值。

    若使刃腳比它相應于管子外徑應有的尺寸稍大一點,就有可能降低管外壁摩阻力。這樣能使上層不直接壓在管體上。只要土層足夠堅硬,這種方法就會取到預期的效果。而如果向管子和土層之間形成的空隙內壓人支承介質,這種方法的效力更可以大大提高,并能維持一定的時間,從而足以頂進一段相當長的管路,再則,支承介質在起支承作用的同時,也可以作為潤滑劑起到減少摩阻力的作用。

    對支承一潤滑介質的要求

    對支承一潤滑介質的要求,可以根據摩擦定律推算出來。

    摩擦定律概要

    除了不在這里討論的滾動摩擦之外,可將摩擦區分為:

    a)粘附摩擦(與靜摩擦相同);

    b)滑動摩擦。

    在粘附摩擦和滑動摩擦的情況下都存在如下的關系:

                        T=N·μ

式中

    N——法向力;

    T——切向力;

    μ——摩擦系數;

    摩擦系數μ是一個材料常數,與滑動面和滑動物體的表面性質有關,而卻不以接觸面積F的大小為轉移。

    無量鋼系數μ在粘附摩擦的情況下,一般大于滑動摩擦時的數值,因為在粘附摩擦的情況下,表面會由于經常存在的不平度而被“楔緊”。

    滑動摩擦又可分為:

    b1 )干摩擦;

    b2 )液體摩擦。

    在干摩擦時,滑動體和滑動面直接接觸,在液體摩擦的情況下,滑動體和滑動面則被潤滑介質隔開

    在滑動摩擦的情況下;瑒芋w和滑動面之間存在相對速度。

    在干滑動摩擦的情況下,摩擦系數μ與相對速度υ無關。

    在液體滑動摩擦的情況下,視在摩擦系數μ則相隨滑動體和滑動面之間液體的流動阻力而變化。流動阻力則取決于液體的運動粘滯度和流動速度。根據流體動力學可知,流動阻力與流動速度的平方成正比。

在兩個互相接觸的物體之間,起作用的是一個比壓:

P=N/F

在液體摩擦的情況下,作用在潤滑液體上的是一個流動壓力:

                        p’=f(υ2

    若p= p’,物體和潤滑介質便處于平衡狀態。這時運動的物體就“漂浮”在滑動面上。

    如p>p’,潤滑介質便會從運動物體和滑動面之間的縫隙中逐漸被擠壓出去,直到液體摩擦轉變為干滑動摩擦為止。液體摩擦的前提在于,無論物體和滑動面都必須是不透水的。如果潤滑介質能夠滲人物體或滑動面,而又不以同樣的數量給予補充,那么液體摩擦就會變成干摩擦。

    從摩擦定律得出的結論.

    按照摩擦定律來考慮,對于頂管施工可以得出完全明確的結論如下:

    a)為了保持較小的推頂力,干摩擦須以盡可能小的摩擦系數μ為前提。管子表面的光滑,能使摩擦系數降低。管子表面的機械加工和涂抹減摩劑,同樣都能起到減小μ值的作用。

    b)在干摩擦的情況下,管子表面在推頂過程中會被周圍上層磨毛,因而使摩擦系數增大。所以在項管距離較大時,一般多采取液體摩擦的方式。

    C)液體摩擦須以管子和土層之間存在潤滑介質為前提,也就是說,須將潤滑介質壓人其間。

    d)潤滑介質必須保持一定的厚度方能有效。

    e)管子和土層間必須存在一定的空隙,也就是說,要留出一定的空隙,以便在壓人潤滑介質后能夠形成所需厚度的一個液體層。

    f)管子和土層之間充滿潤滑介質的空隙,在整個推頂過程中必須保持不變。要作到這一點,潤滑介質必須能夠阻止土層落到管壁上,亦即潤滑介質必須承受著各種具體條件下起作用的上壓力來托住土層。因此,在潤滑介質中必須經常保持相當于土應力的液壓。這樣,潤滑介質同時也起著支承介質的作用。交承壓力的反作用力則由頂進管來承受。

    g)為了形成管子和土層之間所需的空隙,刃腳直徑的取值最好稍大于頂進管直徑。

    h)對粘性很小的土壤來說,推頂時在刃腳周圍產生的松散地帶便能形成管子和土層之間所需的空隙,因而不需要刃腳直徑大于管徑。

    i)上層和管子之間既已形成空隙,就必須在土層落到管體一上以及土壓力上升達到全值之前將支承-潤滑介質充入其中。事后再來克服土壓力將土層從管壁上推開是不可能的。一旦周圍土壤的某些顆粒接觸管壁并被土層壓附在管壁上,立即便會發生于摩擦,即使隨后壓人潤滑介質,情況仍然如此。

    k)可以把頂進管看作是不透水的。管子接頭在整個推頂過程中應保持密閉。

    l)土層總是多少有些透水的。因此,支承一潤滑介質必須起到的另一作用,即在于封閉管子周圍土層的空隙,以便在土層中造成一個不透水的環形地帶,從而阻止支承-潤滑介質滲入土層。

    m)為了能夠封閉土層的空隙而又不致流失到土層中去,支承-潤滑介質必須具有足夠高的運動粘滯度。

    n)為了取得盡可能小的視在摩擦系數μ,又需要支承-潤滑介質的運動粘滯度較低一些。

    o)支承-潤滑介質不得對頂進管材料(鋼、鋼筋混凝土、石棉水泥或塑料混凝土)和接頭材料(鋼和橡膠)造成侵蝕。

    P)支承-潤滑介質不得污染地下水。

    膨潤土礦物懸浮液能夠最充分地滿足對支承-潤滑介質提出的一切要求。

    作為支撐-潤滑介質的膨潤土

    1890年,美國的福特·本頓首先發現了膨潤上。它的主要成分和對于它作為支承一潤滑介質的性能起著決定作用的,乃是其中叫作蒙脫土的一種粘土礦物,這種礦物以其位于法國南方的蒙脫英里翁礦床而得名。在德意志聯邦共和國的巴伐利亞,則有著大約一千萬年前作為風化產物形成的一些酸性火山質玻璃凝灰巖礦可供這方面的應用。

    蒙脫土是一種層狀結構的結晶氫化硅酸鋁。硅酸鹽多層體是一種三層結構,其中包括一層SiO4四面體、一層氫氧化鋁八面體和一層SiO4四面體。蒙脫土晶體即由許多這樣的硅酸鹽疊層組成。蒙脫土晶體遇水膨脹,與此同時水分子便滲入各個疊層之間。于是兩個蒙脫土疊層之間的距離就加大了一倍。晶體內部膨脹現象的原因,則在于疊層內部電荷分布的不均勻。

    我們可以設想,在靜止下來的膨潤上懸浮液中,薄片狀的蒙脫上微粒形成一種紙牌房子式的結構,其中這些微粒以它們的角隅和棱緣彼此接觸或互相支撐。一旦靜止狀態被擾亂,例如由于攪拌、振動或泵送等等,于是大多數的“紙牌房子”坍塌下來,因而在靜止狀態下凝結起來的懸浮液就會變成溶膠。當這種溶膠再次靜止下來,薄片狀的蒙脫上微粒又會彼此搭在一起形成紙牌房子式的結構,于是溶膠重新凝固。懸浮液每當靜止便結成凝膠,一旦運動起來又變成溶膠,這種從靜止狀態到運動狀態以及從運動狀態又回到靜止狀態的結構交替,可以永無止境地重復下去,這樣的特性便叫作觸變性。

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