劈裂注漿技術(shù)在老煤倉地基加固中應用

摘 要：蘇北地區(qū)許多煤礦的煤倉建于20世紀六七十年代，限于當時的技術(shù)發(fā)展，煤倉基礎的設計上多采用整板基礎，幾十年后，由于實際產(chǎn)量遠遠超過當初設計的規(guī)模，導致煤倉不堪重負，發(fā)生不同程度的傾斜及下沉，嚴重威脅到煤礦的安全生產(chǎn)。本為以實際施工的項目為模板，論述了采取劈裂注漿技術(shù)以注漿帷幕方式對煤倉地基進行加固的施工工藝及方法，并對其實施過程中的經(jīng)驗及效果進行了分析。

關(guān)鍵詞：煤倉 劈裂注漿 注漿帷幕 地基加固 壓力注漿

中圖分類號：TD44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0014-02

1 概述

1.1 工程概況

張小樓井位于徐州市西北部，其煤倉建于20世紀60年代，設計儲量2000余噸，由由三座直徑為10.5 m、高約為20 m的圓倉，其南北并列組成，整板基礎是最為基礎形式，基礎埋在在②層粉土與③層粉質(zhì)粘土層間。該煤倉自發(fā)現(xiàn)傾斜以來，南倉傾斜側(cè)相對沉降量達到242 mm，北倉196 mm，月沉降量高達11 mm，煤倉傾斜側(cè)傾斜造成皮帶廊出現(xiàn)危情。最主要的原因在于煤倉傾斜側(cè)的儲煤場上堆煤的儲存量遠遠的超狗了設計量的范圍，地基附加應力值上也遠遠的超過了地基承載力，再加上煤倉基礎所處粉土層土體滲透系數(shù)較大，含水量較高，造成煤倉傾斜側(cè)超量沉降，從而帶動煤倉向傾斜。

1.2 工程地質(zhì)概況

（1）層雜填土：主要由煤矸石回填而成，厚約3.5 m。（2）層粉土：灰黃色，中密，含鐵銹質(zhì)，具振動水析現(xiàn)象，厚約1.1 m。（3）層粉質(zhì)粘土：灰褐色，可塑，層狀，土質(zhì)不均，夾粘土薄層，厚約1.2 m。（4）層粉土：黃褐色，中-密實，具振動水析現(xiàn)象，厚約3.0 m。（5）層粉土（淤泥質(zhì)）：灰色，中-密實，具振動水析現(xiàn)象，土質(zhì)不均，含有淤泥質(zhì)粘土，厚約1.0 m。（6）層粘土：厚約2.0 m。

2 加固方案

2.1 劈裂注漿方案的確定

我公司受礦方委托決定采用劈裂注漿技術(shù)對該煤倉進行加固，做法是在煤倉基礎傾斜側(cè)2 m處布置一排深攪樁，形成注漿帷幕，這樣就可以防止在內(nèi)測注漿使其漿液不會向外滲透現(xiàn)象，就不會影響到注漿在加固時候的效果。同時在止?jié){帷幕和煤倉基礎之間布設兩排垂直的注漿孔，運用梅花錯位的方式來進行布置，其中內(nèi)排穿透煤倉的基礎底板，而外派則不用穿過煤倉的基礎底板。進行劈裂壓力注漿，施工時由外排到內(nèi)排施工，間隔注漿。

此法特點是深攪樁止水帷幕便于施工，受地面、地下條件限制小，形成帷幕效果也較好，垂直注漿孔施工便利，滲透均一，特別是劈裂注漿技術(shù)能在不同深度反復壓力注漿，使?jié){液均勻的擴散到煤倉基礎底板下，使底板與加固土體形成一體。

2.2 止水帷幕及注漿孔設計

為了在加固土體注漿時防止?jié){液向加固土體外側(cè)跑漿，造成不必要的浪費，在煤倉基礎傾斜側(cè)外2 m處布置一排深攪樁，樁徑500 mm，樁間搭接150 mm，樁長約10 m，形成地下連續(xù)注漿帷幕，其作用還能阻擋外側(cè)儲煤倉堆煤的地基附加應力向煤倉基礎底部擴散。在帷幕孔內(nèi)側(cè)，設兩排注漿孔，排間距1600 mm，孔間距2000 mm，梅花錯位布置，其中最內(nèi)側(cè)一排注漿孔設在煤倉底板基礎上，穿透底板，孔深11 m左右，孔徑74～108 mm，計31孔。

3 注漿施工

3.1 鉆孔結(jié)構(gòu)

注漿鉆孔均采用Φ108鉆頭開孔，下入6.0 mΦ90鋼管作為護口管。為防止上部雜填物跑漿，護口管外壁用水泥漿封閉固管。下部用Φ74鉆頭鉆進，直至孔底標高，再用Φ50劈裂注漿管壓力注漿。

3.2 施工原則

按設計要求，施工好深攪樁止水帷幕，待注漿帷幕施工完7 d后再由外向內(nèi)逐排施工注漿孔，注漿孔的施工孔位布置呈梅花狀（見圖1），注漿時間隔跳躍式進行，漿液同帷幕孔，水灰比先稀后稠，壓力由低到高，但壓力終壓條件和帷幕孔有所不同，詳見3.4終壓條件控制。

3.3 封孔

劈裂注漿管安放到位后，用粘土摻少量水泥將鉆孔孔口向下1 m范圍內(nèi)封死，注意要夯實，防止水泥漿外溢。

3.4 終壓終量控制

注漿孔終止壓力為0.8～1.0 MPa，注漿量在6～8 m3。實際注漿時根據(jù)地層及現(xiàn)場情況參數(shù)略有調(diào)整。初始注漿按設計控制，少數(shù)孔采取復注式注漿，壓力控制在1.2 MPa，注漿量控制在10 m3以內(nèi)。

4 施工工藝及工程量

4.1 施工工藝

鉆孔→下鋼套管→安放劈裂注漿管→封孔→分段注漿。

其中要注意以下幾點：（1）用鉆機按正常的方法鉆進成孔，保證孔徑及垂直度。（2）下入劈裂注漿管并安放到位。（3）封孔，材料以粘土為主摻少量水泥，孔口向下1 m范圍內(nèi)要填實。（4）待封孔材料凝固5 d后自下而上分段注漿。（5）注漿次序：遵守逐漸加密原則，分兩次以上加密。（6）注漿標準：不吃漿為止，壓力一般小于1.2 MPa，吃漿量小于1～2 L/min即可終止。

4.2 工程量

全部工程自2011年7月15日開始，至9月8日竣工，歷時55 d時間，現(xiàn)場投入施工鉆機2臺，注漿泵2臺，吊車1臺，水泥罐2個，共完成注漿孔37個，其中檢查孔3個，實際注入PhS7zucgVFPiKixBr4bAATVY3yYom+VmRwJx7412NF4=水泥量379.4T。

5 注漿效果評述

5.1 注漿檢查孔取樣特征

在注漿工程即將完成之前，經(jīng)過有關(guān)單位分析決定在三座煤倉之間底板上及帷幕外施工三個檢查孔，取芯結(jié)果發(fā)現(xiàn)有如下情況：（1）0～3.6 m為雜填土，主要由煤矸石組成。（2）3.6～5.0 m為煤倉基礎。（3）5.0 m處為煤倉基礎底部，有純水泥塊取出，并有基礎底部墊層毛石與水泥漿膠結(jié)在一起的巖芯取出。（4）5.0～6.60 m為粉質(zhì)粘土，6.0 m左右發(fā)現(xiàn)有片狀水泥。（5）7～8.50 m為粉土，發(fā)現(xiàn)有片狀水泥樣。（6）8.50～10.0 m為灰色粉土，發(fā)現(xiàn)有線狀水泥樣。

5.2 土層物理力學性質(zhì)對比

注漿施工前勘察孔各土層物理力學性質(zhì)指標與注漿后的檢查孔資料詳見（表1）。

通過上表可明顯看出：通過注漿使土層物理力學性質(zhì)有所改變，如孔隙比減少，密度增大，含水量減少，塑性指標降低。土的力學性能指標也顯著改善。如內(nèi)聚力與摩擦角指標大大增加，而壓縮系數(shù)降低，所有這些指標均表明地面壓力注漿使煤倉傾斜側(cè)及底板基礎下各土層得到結(jié)構(gòu)性加固，土層的抗變性能大大提高，從而阻止了煤倉的繼續(xù)傾斜。

5.3 經(jīng)濟效果分析

煤倉地基的加固沒有太好的直接有效地方法，如果遏制不住其傾斜的趨勢，只有拆除重建，其費用將高達上千萬元，并且將影響礦井的生產(chǎn)，間接損失更是無法計算；而整個注漿加固工程預算為50萬元，實際施工總結(jié)算造價為約40萬元，可以說以極小的投入取得了較好的效果。

5.4 結(jié)論

通過對該煤倉傾斜劈裂注漿加固工程的設計與施工，進行分析對比，取得了以下有價值的經(jīng)驗。

（1）運用地面注漿方法對建筑物的傾斜進行加固處理，方法可行，優(yōu)勢明顯；注漿止水帷幕效果較好，起到了止?jié){作用，避免了浪費；被加固土體孔隙比減少，密度增大，抗壓抗剪強度指標提高。（2）工程實踐證明，用劈裂注漿方法治理建筑物傾斜不僅具有施工條件好、安全性強，可操作性好等優(yōu)點，更具有加固體固結(jié)防滲質(zhì)量高，加固地基效果明顯，不影響礦井正常生產(chǎn)，具有明顯的經(jīng)濟效益和推廣應用價值。

參考文獻

[1]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范 [S].

[2]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]JGJ 79-91，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JGJ 94-2012，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].