新密電廠翻車機(jī)室沉降處理設(shè)計(jì)及施工

劉建濤，高 杰

(河南省地質(zhì)環(huán)境勘查院，河南 鄭州 450007)

1 工程概況

新密電廠翻車機(jī)室周邊室外設(shè)施基礎(chǔ)由于回填天然砂礫石承載力不夠，在翻車機(jī)室還未投產(chǎn)前發(fā)生了不同程度的沉降，其中牽車臺(tái)沉降最大，最大沉降達(dá)到35 mm。為保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，對軌道進(jìn)行了抬高處理，處理后基本滿足了生產(chǎn)要求。為了確保牽車臺(tái)在投產(chǎn)后期不再發(fā)生沉降，根據(jù)業(yè)主單位要求，對翻車機(jī)室地基進(jìn)行壓力注漿加固。翻車機(jī)室地基部分為天然級(jí)配砂礫石回填，原開挖坡度1∶1，埋深0.858～12.52 m。

2 注漿設(shè)計(jì)

2.1 注漿原理

對于基礎(chǔ)沉降的原因，初步分析是由于回填時(shí)級(jí)配砂礫石的不均勻沉降引起的。采用壓密注漿是通過注漿管將漿液均勻的注入級(jí)配砂礫石中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，將原來松散的砂礫石膠結(jié)成一個(gè)整體，從而使基底得到加固，減少沉降。

2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)業(yè)主單位提供的翻車機(jī)室結(jié)構(gòu)施工圖、砂礫石回填方案以及地基處理規(guī)范要求，擬對翻車機(jī)室進(jìn)行壓密注漿加固處理。加固范圍每邊外擴(kuò)500 mm，注漿深度為2.0～16.0 m(基礎(chǔ)底面算起)，《既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范》(JGJ 123-2000)第6.8.2條要求孔間距為2.0～3.0 m，注漿影響半徑為0.5 m，孔徑43 mm?？紤]漿液的均勻滲透，根據(jù)場地條件及基礎(chǔ)回填材料、回填深度決定基本均勻布孔(個(gè)別地方受場地條件影響適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整)，總體設(shè)計(jì)注漿孔625個(gè)，孔徑100 mm，孔深2.56～15.56 m，檢查孔4個(gè)，孔深15.0 m，孔距1.0～1.5 m，具體情況見表1、圖1。

2.3 漿液配置設(shè)計(jì)

因考慮到現(xiàn)場翻車機(jī)室的級(jí)配砂礫石回填處理情況，每米孔深注漿水泥用量暫定80 kg，現(xiàn)場根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。水泥漿采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥配置，水泥漿的水灰比0.5～1.0，注漿壓力為0.2～1.5 MPa。注漿采取自下而上注漿，間隔注漿。

表1 注漿孔詳情

3 施工工藝方法及設(shè)備的選擇

為摸清本工程施工范圍內(nèi)的地層情況，在正式施工前選定幾個(gè)注漿孔進(jìn)行試鉆及試注漿施工，根據(jù)試鉆和試注漿記錄觀測情況，對試鉆和試注漿總結(jié)，確定合理的成孔鉆進(jìn)參數(shù)、鉆孔深度、注漿壓力、注漿水灰比、注漿量等重要施工參數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)成果，調(diào)整優(yōu)化施工工序和施工工藝，為正常施工提供較為準(zhǔn)確的地層資料，確定施工參數(shù)，積累施工經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)正常施工。

3.1 試鉆的設(shè)備及材料選擇

鉆機(jī)與鉆具：結(jié)合本工程地層的情況，擬選定MB-100型改良套管跟進(jìn)鉆機(jī)(普通潛孔鉆機(jī)配備氣動(dòng)沖擊器)、V750P型空壓機(jī)及BW150型高壓注漿泵等設(shè)備投入本工程施工，注漿管采用?25 mm鋼管，下部1/3長度開花孔。

3.2 試成孔施工及參數(shù)的確定

試鉆時(shí)首先在不同部位選定3～5個(gè)試鉆孔，進(jìn)行試鉆施工，試鉆時(shí)要求鉆孔速度要慢，詳細(xì)記錄鉆孔范圍內(nèi)的巖層情況、返風(fēng)情況、巖屑情況、地下水情況、回填層深度、回填材料、基地土層等。

圖1注漿孔布置圖

成孔后埋設(shè)注漿管，待注漿管埋設(shè)完成后即可進(jìn)行注漿施工，注漿時(shí)，漿液水灰比分級(jí)進(jìn)行，注漿壓力由小到大，同時(shí)進(jìn)行沉降觀測、周圍漏漿、溢漿等的巡視觀察。根據(jù)觀測和觀察情況及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)并做詳細(xì)記錄。

經(jīng)過試成孔施工，形成的施工方案及參數(shù)為：

(1)選用MB-100型改良套管跟進(jìn)鉆機(jī)以及偏心鉆頭，鉆頭安裝在氣動(dòng)沖擊器上面，鉆進(jìn)時(shí)采用中風(fēng)壓12～16 MPa。

(2)注漿孔先施工四周一圈，待水泥漿達(dá)到一定強(qiáng)度后再施工內(nèi)排，內(nèi)排施工時(shí)采用跳打法施工(跳孔1～2個(gè))。

(3)注漿壓力為外部圍幕0.2～1.2 MPa，中間部分0.3～1.5 MPa，根據(jù)地層變化可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

(4)在施工過程中，每天進(jìn)行2次沉降觀測，時(shí)間分別是早7：00和晚6：00，在當(dāng)班注漿后進(jìn)行觀測。觀測數(shù)據(jù)及時(shí)匯總，分析，并繪制沉降曲線。

4 成孔及注漿施工

施工順序?yàn)椋焊鶕?jù)甲方的安排，先施工A區(qū)，再施工B區(qū)。每串的施工順序?yàn)橄仁┕ぶ苓?，再施工中間，保證注漿的密實(shí)度和注漿質(zhì)量，注漿分兩序進(jìn)行，一序和二序孔間隔交叉，二序孔和一序孔施工間隔時(shí)間≮3 d。

4.1 注漿孔成孔

注漿孔定位采用全站儀、鋼尺，根據(jù)設(shè)計(jì)的注漿鉆孔進(jìn)行實(shí)地測量放樣，鉆孔實(shí)際位置原則上偏離設(shè)計(jì)位置不應(yīng)超過±0.2 m。當(dāng)因地形影響，鉆孔不能放在設(shè)計(jì)位置時(shí)，視具體情況請示監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后予以調(diào)整。

孔徑為100 mm，孔深為2.56～15.56 m。鉆進(jìn)時(shí)，鉆機(jī)安放在設(shè)計(jì)的孔位上并保持垂直，施工時(shí)允許偏差≯1.5%。

注漿孔成孔工藝及技術(shù)要求：用?120 mm鉆頭開孔，套管跟進(jìn)鉆孔，沖擊鉆進(jìn)時(shí)風(fēng)壓為中風(fēng)壓(1.2～1.6 MPa)，鉆至原狀土層后終孔。每個(gè)注漿孔測斜至少1次，終孔孔斜≯2°/100 m。做好鉆探原始記錄。鉆孔施工過程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、掉鉆、埋鉆等現(xiàn)象要詳細(xì)記錄其深度、層位和耗水量。

4.2 安裝注漿管

成孔后下注漿管，注漿管分花管和實(shí)管兩部分。下部1/3長度為花管，下管時(shí)管內(nèi)灌入清水，使花管下到孔底。下管時(shí)管與管之間連接必須牢固，注漿管底端要套好錐形堵頭，上端要蓋保護(hù)帽。

注漿管安裝后及時(shí)封孔，封孔裝置：帷幕孔、注漿孔采用注漿管，下入孔內(nèi)。封孔裝置采用開關(guān)閥門安裝在孔口外壓力表下，或采用球形止?jié){塞。

4.3 注漿

4.3.1 注漿設(shè)備及材料

選定注漿設(shè)備：BW-150型注漿泵、水泥攪拌桶、高壓軟管、注漿槍頭等。注漿材料有水、水泥、速凝劑組成，施工用水為自來水。

水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)；速凝劑選用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)水泥速凝劑(水玻璃)。

水泥漿的水灰比0.5～1。對漿液粘稠度不同臺(tái)班時(shí)各檢測一次。注漿壓力為0.2～1.5 MPa，以注漿壓力表觀測控制。

4.3.2 灌漿系統(tǒng)配置

注漿系統(tǒng)由料場、一級(jí)攪拌池(機(jī))、二級(jí)攪拌池(機(jī))、供水系統(tǒng)、注漿泵、注漿管道、封孔裝置等組成。

要求堆放材料的料場場地要平整，且臨近攪拌池，使材料便于運(yùn)輸、搬運(yùn)。攪拌機(jī)、攪拌池能滿足正常施工要求，一次攪拌量≥1.5 m3。用BW150型高壓注漿泵。

4.3.3 注漿施工工藝流程(圖2)

圖2 注漿孔注漿施工工藝流程

4.3.4 注漿過程及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)成孔的先后順序，將注漿管下到注漿位置，間隔注漿。在注漿過程中，應(yīng)觀察相鄰注漿孔的排氣、返水、冒漿等情況，若周圍孔有漿液冒出，應(yīng)停止注漿，12 h后重新注漿。注漿時(shí)作好注漿原始記錄，包括注漿壓力、注漿量、水泥用量等項(xiàng)目。

終灌標(biāo)準(zhǔn)：保證地面不產(chǎn)生裂縫和隆起，在0.2～0.4 MPa的注漿壓力下，持續(xù)時(shí)間≮3 min。

5 施工過程中應(yīng)該注意的問題

5.1 成孔

認(rèn)真檢查鉆頭、鉆桿是否符合要求，鉆進(jìn)過程中，要及時(shí)判斷分析孔內(nèi)情況，合理選擇鉆進(jìn)參數(shù),觀察儀表指示情況。經(jīng)常檢查、校正鉆機(jī)角度，保證鉆機(jī)角度，防止鉆機(jī)歪斜或移位而造成的孔位及孔斜偏差。鉆進(jìn)過程中如發(fā)生斜孔、塌孔等情況時(shí)，應(yīng)停鉆，采取相應(yīng)措施后再進(jìn)行鉆進(jìn)。按照設(shè)計(jì)文件要求布置好鉆孔位置，嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)程及公司制定的操作規(guī)程作業(yè)。

特別是在較復(fù)雜地層鉆進(jìn)過程中，要撐握好鉆具壓力，密切注意觀察各種儀表和孔內(nèi)情況，發(fā)現(xiàn)卡鉆等現(xiàn)象，要及時(shí)采取有效措施，并立即報(bào)告。

5.2 漿液制作

漿液制作時(shí)，要做到隨制隨用，要保證水泥漿液的質(zhì)量，如果注漿過程中因其他不可抗拒原因臨時(shí)停止，為防止水泥漿離析，應(yīng)保持拌制機(jī)中不斷攪動(dòng)，超出2 h該批次漿液不可采用。

5.3 注漿管安放注漿

(1)采用人力搬運(yùn)灌漿管，禁止使用金屬器具插入管內(nèi)放在肩上抬運(yùn)。

(2)注漿管安放前要仔細(xì)檢查接頭絲扣是否完好，保持孔口周邊地面的干凈，防止碎屑掉入孔中。

(3)安放注漿管時(shí)，注意注漿管的垂直度以及安放位置不要偏差。

(4)注漿過程中注意安全，要求無關(guān)人員遠(yuǎn)離注漿管接口處，防止注漿管爆裂傷人。

(5)注漿時(shí)，安排專職質(zhì)檢員檢查注漿孔施工記錄，注漿孔位偏離<50 mm，注漿孔深度誤差<200 mm，垂直度偏差<1%。每米水泥用量誤差<2 kg，水灰比誤差<5%。

6 注漿加固檢測

6.1 檢測方法

分別在A列及B列牽車機(jī)臺(tái)坑底鉆注漿孔2個(gè)，鉆孔孔徑為120 mm，鉆孔深度為不低于注漿孔最深深度，定為15 m左右。鉆孔完成后注漿，注漿水灰比為0.6，在注漿壓力>1.5 MPa、注漿流量<1 L/min時(shí)，繼續(xù)灌注5 min停止注漿。注灰量>50 kg/m時(shí)為注漿不飽和。

6.2 檢測設(shè)備及過程

主要檢測設(shè)備：V750P型空壓機(jī)，100B型改良型潛孔鉆機(jī)，高速制漿機(jī)，三缸注漿機(jī)。

在A列牽車機(jī)臺(tái)坑底鉆孔,檢-1孔深15.8 m,檢-2孔深15.75 m。下注漿管封孔6 d后灌注施工。

檢-1于12:07開始灌注，12:12壓力上升，進(jìn)漿速度減緩，12:16進(jìn)漿停止，壓力上升至最大值2.1 MPa，管子劇烈抖動(dòng)，繼續(xù)灌注5 min停止灌注，注灰量為400 kg。單位注灰量25.31 kg/m。

檢-2于12:26開始灌注，12:33壓力上升，進(jìn)漿速度減緩，12:38進(jìn)漿停止，壓力上升至最大值2.0 MPa，管子劇烈抖動(dòng)，繼續(xù)灌注5 min停止灌注，注灰量為500 kg。單位注灰量31.74 kg/m。

在B列牽車機(jī)坑臺(tái)底鉆孔,檢-3孔深15.4 m,檢-4孔深15.3 m。下注漿管封孔7 d后灌注施工。

檢-3于0:41開始灌注，0:48壓力上升，進(jìn)漿速度減緩，0:51進(jìn)漿停止，壓力上升至最大值1.9 MPa，管子劇烈抖動(dòng)，繼續(xù)灌注5 min停止灌注，注灰量為400 kg。單位注灰量25.97 kg/m。

檢-4于1:00開始灌注，1:06壓力上升，進(jìn)漿速度減緩，1:08進(jìn)漿停止，壓力上升至最大值2.1 MPa，管子劇烈抖動(dòng)，繼續(xù)灌注5 min停止灌注，注灰量為300 kg。單位注灰量19.60 kg/m。

經(jīng)檢測，4個(gè)檢測孔注灰量均小于50 kg/m，翻車機(jī)室注漿飽和。

6.3 沉降觀測結(jié)果

施工時(shí)，在廠區(qū)西南角的翻煤機(jī)軌道、牽車臺(tái)坑邊增設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)32個(gè)，于施工完畢后檢測注漿效果。從2014年5月14日開始第一次觀測，至2016年6月27日共計(jì)完成了15次觀測，共歷時(shí)773日歷天。

根據(jù)沉降觀測記錄數(shù)據(jù)、各個(gè)沉降觀測點(diǎn)的沉降曲線及各結(jié)構(gòu)物最大沉降點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)構(gòu)物沉降總體均勻，并未發(fā)生明顯的差異沉降，認(rèn)為所監(jiān)測結(jié)構(gòu)物的沉降趨勢已經(jīng)穩(wěn)定，最大沉降點(diǎn)見表2。

表2 翻車機(jī)室基礎(chǔ)最大沉降點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

7 結(jié)語

針對本項(xiàng)目的具體情況，經(jīng)過前期的設(shè)計(jì)以及論證，制定了合理的注漿工藝及參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場的地層條件(天然級(jí)配砂礫石回填)，施工表明，采用MB-100型改良套管跟進(jìn)鉆機(jī)是比較適合的，很好的避免了鉆進(jìn)過程中的塌孔，保證了施工的順利進(jìn)行。檢測結(jié)果及沉降觀測顯示此次設(shè)計(jì)及施工是比較成功的。

該設(shè)計(jì)方案及施工工藝在此工程取得成功后，又陸續(xù)應(yīng)用于兩個(gè)電廠的翻車機(jī)平臺(tái)沉降處理，顯示了良好的效果。實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)及施工工藝對此類沉降的處理是合理的、經(jīng)濟(jì)安全的。