軟基綜合加固技術(shù)在和尚橋礦石轉(zhuǎn)載站基礎(chǔ)處理中的應(yīng)用

張素華 徐進(jìn)軍

（1.湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410007；2.馬鋼集團(tuán)南山礦業(yè)有限責(zé)任公司 馬鞍山市 423000）

1 工程概況

馬鋼集團(tuán)南山礦業(yè)有限責(zé)任公司和尚橋采礦場位于馬鞍山市向山鎮(zhèn)西南5km的佳山鄉(xiāng)境內(nèi)，距南山礦約3.5km，礦區(qū)有簡易道路與南山礦相連。和尚橋采礦場建設(shè)規(guī)模為礦石（600～700）萬t/a，礦山服務(wù)年限為20年。采石場的開拓運(yùn)輸方案為汽車-鐵路聯(lián)合運(yùn)輸，在采場東部設(shè)礦石振動(dòng)放礦轉(zhuǎn)載站和巖石振動(dòng)放礦轉(zhuǎn)載站各一座，分別擔(dān)負(fù)和尚橋采場礦石和巖石的轉(zhuǎn)載任務(wù)。

2010年礦石振動(dòng)放礦轉(zhuǎn)載站和巖石振動(dòng)放礦轉(zhuǎn)載站土建工程完成后，9月開始對和尚橋采石場振動(dòng)放礦進(jìn)行大面積的高堆土，高堆土施工期間，發(fā)現(xiàn)礦、巖振動(dòng)放礦料倉及擋墻位移、沉降、傾斜。為此，原設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、檢測單位對和尚橋振動(dòng)放礦堆土場進(jìn)行了補(bǔ)充勘察和地基內(nèi)設(shè)置的CFG樁進(jìn)行了檢測，并對振動(dòng)放礦系統(tǒng)變形進(jìn)行了變形測量和觀測。建筑物及基礎(chǔ)變形情況如下：

（1）觀測時(shí)間內(nèi)，礦石振動(dòng)放礦系統(tǒng)水平位移量達(dá)到（+3.4～-16.2）mm；巖石振動(dòng)放礦系統(tǒng)沉降量水平位移量在（+3.6～-5.1）mm。礦石振動(dòng)放礦系統(tǒng)沉降量最大4.4mm；巖石振動(dòng)放礦系統(tǒng)沉降量最大1.6mm；地下水位下降280mm。

（2）礦石與巖石轉(zhuǎn)載站III類樁比例為35.29%，Ⅳ類樁比例為5.9%。

（3）在振動(dòng)放礦系統(tǒng)場地除振動(dòng)放礦系統(tǒng)料倉變形外，填筑場地的西北面地表出現(xiàn)隆起。

根據(jù)勘察和樁檢測情況，停止了礦石振動(dòng)放礦場的填土，并對靠近變形較大的礦石料倉范圍內(nèi)進(jìn)行了取土卸載。為了礦石振動(dòng)放礦場和轉(zhuǎn)載站的正常使用，必須對轉(zhuǎn)載站場地填土引起周邊建筑物的變形基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。

2 礦石振動(dòng)放礦場和轉(zhuǎn)載站地基地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

擬建場地位于和尚橋采石場，經(jīng)過部分堆土后地形起伏較大，標(biāo)高在（11.00～24.30）m之間，原地面高程為（11.5～12.0）m。地貌單元屬山麓斜坡堆積。

2.2 巖土性狀

根據(jù)勘探揭露的地層情況，建筑物場地巖性自上而下分別為：

（1）素填土：灰黃色，主要為粉質(zhì)粘土，局部夾有植物根莖，呈松散狀態(tài)。厚度（0.3～13.30）m，層底標(biāo)高（7.70～12.20）m，埋深（0.3～13.30）m。主要分布在原地形（11.5～12.0）m以上。無建筑意義。

（2）粉質(zhì)粘土：灰黃色、灰色，呈可塑狀，含少量鐵錳質(zhì)銹斑，稍有光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等，整個(gè)場地局部缺失。厚度（0.5～13.2）m，層底標(biāo)高（-1.0～11.20）m，埋深（1.8～19.60）m。分布于原地形較高的山頭部位。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.27 MPa-1，屬中等壓縮性土，具有一定的承載能力，可作為淺基礎(chǔ)持力層。

（3）粉質(zhì)粘土：灰黃、灰黑色，呈流～軟塑狀，局部夾有薄層粉土，底部含棱角狀碎石，稍有光澤，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度、韌性低，整個(gè)場地局部地段缺失。厚度（2.70～20.30）m，層底標(biāo)高（-11.20～8）m，埋深（7.60～34.20）m。壓縮系數(shù)平均值a1-2=0.42MPa-1，屬中等偏高壓縮性土，底部含棱角狀碎石，承載能力差。分布于建筑物基礎(chǔ)之下，是基礎(chǔ)內(nèi)產(chǎn)生變形的主要來源。

（4）全風(fēng)化閃長巖：黃色，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈粘土化，夾有碎塊，以殘積土形式存在，屬極軟巖，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)實(shí)測平均值為23.4擊，屬中等偏低壓縮性土。結(jié)構(gòu)基本～全部破壞，有殘余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，干鉆可鉆進(jìn)。未揭穿。

2.3 地下水

場地內(nèi)地下水為上層滯水及孔隙潛水，賦存于第四系松散地層的孔隙中，接受大氣降水和地表水體的補(bǔ)給，整個(gè)場地下水位較高，基本與建基面平齊。

2.4 存在的主要工程問題

礦石振動(dòng)放礦場和轉(zhuǎn)載站上部建筑物形成后，在轉(zhuǎn)載站進(jìn)料側(cè)進(jìn)行進(jìn)料道路和堆料場填筑接近料倉進(jìn)口時(shí)高程時(shí)，發(fā)生（+34～-162）mm水平位移和（+3.6～-5.1）mm垂直位移。轉(zhuǎn)載站基礎(chǔ)向出料口方向前推，上部建筑物向進(jìn)料口后仰，建筑物整體出現(xiàn)沉陷傾斜，嚴(yán)重威脅建筑物安全和運(yùn)行，必須采取有效的處理措施，對建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行加固，防止變形繼續(xù)發(fā)展，才能確保該建筑物正常發(fā)揮作用。

3 軟基綜合加固處理技術(shù)

3.1 變形原因分析

礦石轉(zhuǎn)載場和巖石轉(zhuǎn)載場兩個(gè)轉(zhuǎn)載場料倉填土加載后，發(fā)現(xiàn)礦、巖振動(dòng)放礦料倉及擋墻位移、沉降，在振動(dòng)放礦系統(tǒng)場地除振動(dòng)放礦系統(tǒng)料倉變形外，填筑場地的西北面地表出現(xiàn)隆起，說明現(xiàn)轉(zhuǎn)載場下部的地基承載力不夠。根據(jù)地質(zhì)資料分析，轉(zhuǎn)載場地基中存在（12.8～18.8）m流～軟塑狀粉質(zhì)粘土，含水量高，承載力極低，僅90kPa左右，是地基發(fā)生剪切破壞的主要原因。料倉建設(shè)時(shí)已考慮了此軟弱層的問題，采用CFG樁進(jìn)行了地基處理，但CFG樁與轉(zhuǎn)載站料倉基礎(chǔ)混凝土之間的聯(lián)結(jié)未處理好，使CFG樁未充分發(fā)揮作用，當(dāng)料倉加載時(shí)，載荷超過地基承載能力，導(dǎo)致樁間的土體發(fā)生位移，使部分CFG樁發(fā)生剪切變形，引起地基破壞。

3.2 綜合加固處理技術(shù)

（1）填土卸載。由于填土堆載速率過快，建筑物地基變形發(fā)展迅速，為減少變形、便于處理施工，對料倉填土進(jìn)行卸載，減少土壓力對變形的影響。

（2）加強(qiáng)基礎(chǔ)連接，擴(kuò)大基礎(chǔ)，減少單位荷載。北面采用加寬梁板與地連墻相接，南面增設(shè)直徑1.2 m的鉆孔灌注樁，作為持力樁。樁與原基礎(chǔ)采用混凝土梁板相連。先施工完成梁板混凝土與原地連墻的連接，再施工鉆孔灌注樁和梁板連接，然后對料倉基礎(chǔ)、擋土墻基礎(chǔ)采用可控注漿對復(fù)合地基加固。

料倉北面在料倉段和擋土墻段分別設(shè)置板和梁與地連墻相接，梁、板寬3.2m、高1m。

料倉南面增設(shè)鉆孔灌注樁：布置在料倉南面CFG樁的外延1200mm處，共12根，其中料倉段布置4根，擋土墻段布置8根。進(jìn)入風(fēng)化巖不小于6m。擋土墻段樁上部設(shè)置寬1.6m、高1m的梁，料倉段設(shè)置寬1.8m、高1m的混凝土梁與原底板混凝土相接。

通過梁、板、樁的有效連接，使建筑物基礎(chǔ)形成整體，一方面使上部荷載傳遞到承載力較大的基巖上，另一方面增大了基礎(chǔ)受力面積，減少了單位面積上的荷載，有利于基礎(chǔ)穩(wěn)定。

（3）進(jìn)行軟土加固，提高地基承載力。待所有梁板混凝土施工完成28d后，對料倉底板、擋土墻底板進(jìn)行可控注漿。料倉內(nèi)可控注漿孔布置在連接板上，南北面梁板各布置三排，孔距2m。第一排斜孔27°，注漿深度6.8m；第二排斜孔37°，注漿深度10.0 m，第三排斜孔60°，注漿深度18.5m。注漿孔鉆孔孔徑采用Φ110，注漿完成后，再掃孔下入鋼管，全孔注漿，形成鋼管樁結(jié)構(gòu)。鉆孔合計(jì)108個(gè)，孔深約1440.0 m，灌漿深度約1260.0m，鋼管樁長度約1440.0m。

擋土墻基礎(chǔ)內(nèi)可控注漿孔布置在擋墻外側(cè)，布置兩排斜孔，孔距2m鉆孔孔底進(jìn)入到擋土墻基礎(chǔ)下部，第一排斜孔49°，注漿深度9.3m，第二排斜孔68°，注漿深度17.2m。鉆孔合計(jì)96個(gè)，孔深約1272.0 m，灌漿深度約1272.0m。

●工藝流程：定孔、設(shè)備調(diào)?！@孔—→下注漿管—→制漿、泵送—→灌漿—→下入鋼管—→濃漿封孔。

●灌漿次序：可控灌漿先施工外圍排，再施工內(nèi)排；每排分二序，按先施工Ⅰ序，再施工Ⅱ序。Ⅰ序孔孔距6m，Ⅱ序孔孔距6m，穿插在Ⅰ序孔中。

●灌漿材料：主要采用水泥與水玻璃可控漿材。水泥采用普通R32.5硅酸鹽水泥，水玻璃：Be″=28～40，模數(shù)2.4～3.0。灌漿水灰比0.6∶1～0.8∶1，采用高速制漿機(jī)制備,攪拌時(shí)間不少于30s，采用普通制漿機(jī)不少于3min。

●材料配合比：水泥-水玻璃摻合比例：水玻璃開灌時(shí)按5%添加，當(dāng)灌入量超過200L/min時(shí)，而壓力未見上升，注入率未減小時(shí)，則須加濃水玻璃，按8%控制，若注入率仍較大或改變不明顯，而灌入量達(dá)到300L/min時(shí)，則改用加配10%的水玻璃進(jìn)行灌注,有效控制水泥漿液的充填范圍。

●灌漿：鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，下入灌漿管至孔底，然后分層填入砂礫料（砂卵石層）和粘土球（粘土層以上），確認(rèn)止水效果良好后，自下而上分段灌漿到粘土層內(nèi)3m。

●施工參數(shù):當(dāng)注入率小于5L/min，灌漿壓力Ⅰ序孔達(dá)到（0.6～0.8）MPa，Ⅱ序孔達(dá)到（1.0～1.2）MPa，Ⅲ序孔達(dá)到（1.2～1.4）MPa，穩(wěn)定（10～15）min方可結(jié)束。

●特殊情況處理：a凡遇灌入量大，改變速凝劑加入比例仍無改善者，則采用加入粘土的膏狀漿液進(jìn)行灌注，有效控制漿液的充填范圍。b冒漿處理：上提時(shí)，灌漿管壁接縫處易出現(xiàn)冒漿，一般情況下當(dāng)孔口冒漿后待凝（15～30）min后再灌。

●全孔灌漿結(jié)束后，下入設(shè)計(jì)要求的鋼管。

●封孔灌漿:灌漿完成后，將0.5∶1的濃水泥漿液注滿全孔封孔，屏漿30min。

通過可控?cái)D入灌漿和鋼管的置入，使地層得到擠壓密實(shí)，同時(shí)形成基礎(chǔ)與鋼管樁，使地基承載力從90kPa提高到150kPa以上，有效提高地基自身的存在能力，更利于防止地基土變形，使上部建筑物更趨于穩(wěn)定。

（4）增加排水措施，降低地下水位。轉(zhuǎn)載站水平排水體采用沿砂樁方向施工排水溝，用砂溝導(dǎo)出。砂溝采用透水性好的中粗砂，干密度要求大于1.5t/m3，砂溝墊層厚度為0.5m，布置寬度1m，總長648m，用砂量324m3，集中向低洼處排泄。豎向排水體：施工砂樁2排，采用正三角形布置，砂井直徑為0.4m，砂井間距為2.6m，砂樁深度12m，砂樁250根，總長3000m，用砂量375m3。臨時(shí)倒裝臺四周施工2排砂樁，南側(cè)和北側(cè)砂樁布置長度各120m，東側(cè)和西側(cè)各為55m。水平排水體砂墊層采用透水性好的中粗砂，要求干密度大于1.5t/m3，墊層厚度為0.5m，布置寬度1m，用砂量350m3，集中超低洼處排泄。豎向排水體：施工砂樁布置2排，采用正三角形布置，砂樁直徑為0.4m，間距為2.6m，深度12m?？倶稊?shù)270根，用砂量407m3。沿采場填筑公路兩側(cè)土體坡腳處設(shè)置砂井和排水溝。施工砂樁1排，砂井直徑為0.4m，間距為5m，砂樁深度12m，布置總長度1400m。水平排水體砂墊層采用透水性好的中粗砂，干密度要大于1.5t/m3，墊層厚度為0.5m，布置寬度1m，用砂量700m3，集中向低洼處排泄。施工砂樁280根，用砂量422m3。

通過各建筑物水平、垂直向的排水和導(dǎo)出，有效降低地下水位，利于軟弱土體內(nèi)孔隙水排泄和地基土排水固結(jié)，提高土體承載能力。

4 加固處理效果

馬鋼南山礦和尚橋礦石振動(dòng)放礦轉(zhuǎn)載站通過軟基綜合加固處理技術(shù)施工加固后，現(xiàn)場檢測地基土標(biāo)貫擊數(shù)由平均6.9擊提高到15擊，樁間土由軟塑～流塑擠密至可塑～硬塑狀，地下水位降低近1m，經(jīng)過1年多的運(yùn)行觀察，水平位移為20mm，沉降位移2 mm。滿足加固設(shè)計(jì)要求和安全運(yùn)行要求。

5 結(jié) 語

置于軟基上的建筑物出現(xiàn)位移、沉降、傾斜主要因地基土承載力不夠而引起。馬鋼南山礦和尚橋礦石振動(dòng)放礦轉(zhuǎn)載站通過軟基綜合加固處理技術(shù)從整體基礎(chǔ)、擴(kuò)大基礎(chǔ)面積、增加樁柱傳力承載、地基土擠密加固、排水等綜合措施入手，采用增加鉆孔灌注樁、梁板連接、鋼管樁、可控?cái)D密灌注、豎直砂井、水平砂溝等方法對軟土地基進(jìn)行綜合加固處理，取得良好的加固處理效果，保證了礦石振動(dòng)放礦轉(zhuǎn)載站暨有建筑物的安全運(yùn)行。