淺析注漿法在矸石回填地基處理中的應(yīng)用

李路

摘要：人工回填矸石堆場廣泛分布于山西省煤礦礦區(qū)內(nèi)部及周邊，由于其本身具有易燃、不均勻、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，往往不能直接作為天然地基來使用。本文以實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)論述了注漿法在煤矸石填土地基處理中的應(yīng)用，科學(xué)地分析注漿法工藝要點(diǎn)，為注漿法在礦區(qū)矸石回填地基處理中的應(yīng)用提供了參考性依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦;矸石回填地基;地基處理;注漿法

注漿法是利用液壓、氣壓或電化學(xué)原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土?；蛄严赌z結(jié)成一個整體，形成一個結(jié)構(gòu)新、強(qiáng)度大、防水性能好和化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”。

1實(shí)例分析

1.1工程概況

山西省晉煤集團(tuán)成莊礦為適應(yīng)礦井生產(chǎn)，對礦井水處理站進(jìn)行改擴(kuò)建，其中新增預(yù)沉調(diào)節(jié)池及斜管沉淀池所在場地原為近西北一東南走向的沖溝，經(jīng)人工回填矸石形成現(xiàn)地貌，回填時間在20年以上，最大回填厚度約17.0m，填料成分較復(fù)雜，主要為3#煤層矸石，粒徑及級配情況不詳;矸石回填層以下為褐紅色粉質(zhì)粘土（Q2），勘察中該層未揭穿，具體厚度不詳。由于擬建場地表層土為矸石回填層，未經(jīng)有效碾壓，不能直接作為天然地基使用，且在建筑場地周邊矸石曾發(fā)生自燃現(xiàn)象，由于年代較久遠(yuǎn)，具體自燃時間及規(guī)模已無從考證。為增強(qiáng)地基剛度，提高地基穩(wěn)定性，需對建筑物地基進(jìn)行處理。

1.2治理方案

由于本工程中調(diào)節(jié)池及沉淀池對地基沉降要求較高，結(jié)合場地表層土為矸石回填層，未經(jīng)有效碾壓，且周邊曾發(fā)生過自燃現(xiàn)象等特點(diǎn)，為提高地基均勻性及穩(wěn)定性，防止矸石復(fù)燃，本工程最終選用了袖閥管注漿法對矸石層進(jìn)行加固處理，水池外邊線向外2.0m布設(shè)一圈帷幕注漿孔，目的其一為與著火區(qū)隔離，其二為防止?jié){液外流。水池下方一般注漿孔采用4m孔間距正三角形布設(shè)鉆孔，注漿影響范圍為建筑物外邊線外擴(kuò)4.Om，注漿使用純水泥漿液與水泥一粉煤灰復(fù)合漿液，水泥一粉煤灰復(fù)合漿液固相比為4：6。水泥采用42.5級普通水泥，粉煤灰使用Ⅱ級及以上規(guī)格。

1.3相關(guān)技術(shù)參數(shù)

由于參考的勘察資料中無回填矸石層空隙比數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)之初參考同類工程經(jīng)驗(yàn)，執(zhí)行動態(tài)設(shè)計(jì)原則，場地內(nèi)矸石可注孔隙率為0.20，即塊體體積占80%，漿液結(jié)石率按照70%取值。

1.3.1鉆孔布置

本工程共布置注漿孔232個，其中帷幕注漿孔82個，固結(jié)注漿鉆孔150個。

帷幕鉆孔距水池外邊線2.0m向基礎(chǔ)外方向布設(shè)，孔間距2.7m，共計(jì)82個;注漿鉆孔采用正三角形布置，相鄰鉆孔間距4m，共計(jì)150個。鉆孔開孔孔徑不小于130mm，進(jìn)入原狀土深度不小于1.0m，埋設(shè)袖閥管，

1.3.2注漿設(shè)計(jì)

（1）注漿材料

①注漿材料主要采用水泥、粉煤灰、水、速凝劑（水玻璃）等組成;②水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥;③粉煤灰為（熱力電廠）電廠初排產(chǎn)品，質(zhì)量符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-2005）Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn);④速凝劑（水玻璃）濃度為35-45°Be，模數(shù)為2.4-2.8。

（2）注漿配合比參數(shù)

水固比：為1：1-1：1.2。

帷幕孔采用水泥粉煤灰漿液，固相比（水泥：粉煤灰）：4：6，內(nèi)部建筑物下一般注漿孔采用純水泥漿液。

速凝劑：帷幕注漿孔當(dāng)注漿量較大時，摻入水泥重量2%的速凝劑。

（3）注漿方法

①采用全孔下入φ76mm鋼管改裝成袖閥管注漿，內(nèi)設(shè)6分管作為注漿芯管，實(shí)行分段分層注漿，且遵循少注多次的注漿原則。②注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，注漿開始后，定時觀測泵的吸漿量和泵壓，記錄注漿過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，收集原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況及時調(diào)整注漿量和漿液濃度。為便于注漿質(zhì)量控制，實(shí)際注漿時，每孔可選稀、稠兩種配比的漿液進(jìn)行灌漿，稀漿灌注量取單孔注漿量的30%為宜。

（4）注漿壓力

①注漿壓力。注漿開始時先進(jìn)行壓水，注漿壓力孔口控制在不大于2-3MPa。②漿液擴(kuò)散半徑。設(shè)計(jì)漿液擴(kuò)散半徑為5.0m，實(shí)際施工中根據(jù)注漿效果進(jìn)行調(diào)整。

（5）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

注漿末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)注漿壓力在3.0MPa，泵量在15L/min，穩(wěn)定10-15min，該孔注漿結(jié)束。

多次注漿間歇時間依據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)得到的漿液初、終凝時間確定，以不小于初凝時間，且不大于終凝時間為準(zhǔn)。當(dāng)注漿達(dá)到到設(shè)計(jì)結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，該孔注漿結(jié)束。

1.4取得的效果

由于場地矸石堆填厚度較大，如采用部分換填墊層法對擬建建（構(gòu)）筑物進(jìn)行地基處理，雖然能節(jié)省部分投資，但剩余矸石層產(chǎn)生的不均勻沉降可能引起水池的開裂，影響水池的安全使用。本工程注漿法施工對周邊原有建筑基礎(chǔ)影響小，且能徹底解決矸石的復(fù)燃及沉降問題。滿足了工程建設(shè)需求的同時兼顧環(huán)保要求，為成莊礦井建設(shè)提供了安全保障。

2推廣情況

近年來，隨著我市煤炭資源整合步伐的加快，煤炭產(chǎn)量不斷提高，礦山生態(tài)環(huán)境與煤炭資源需求之間的矛盾日漸凸顯，特別是煤矸石及廢棄物的堆放，不僅占據(jù)了大量建設(shè)用地，而且其自燃產(chǎn)生的有害氣體及水的滲透對大氣和地下水源都造成了嚴(yán)重的污染，本文通過實(shí)例分析，采用注漿法不僅有效解決了礦區(qū)內(nèi)部建設(shè)用地緊張問題，同時在一定程度上對矸石堆放場地起到阻燃及防滲透的效果，為我市及其他地區(qū)煤礦企業(yè)矸石堆放場地治理提供了可借鑒的依據(jù)。