礦山工程施工導(dǎo)致地表沉降的處理實例研究

郭萬得

（廣東明源勘測設(shè)計有限公司，廣東 河源 517000）

面對礦山樁基工程施工，多數(shù)是在已建工程的包圍圈里。特別是在特殊地質(zhì)條件下，在樁基施工中，稍有不慎都可能導(dǎo)致周圍地面沉降現(xiàn)象的發(fā)生。尤其是本文介紹的案例工程的區(qū)域?qū)儆谔厥獾刭|(zhì)帶，地下層潛伏廣泛的碳酸鹽，地上水位通常是在土石分界面上下分布，地層坍塌發(fā)生的概率很大，對工程施工會造成嚴(yán)重的影響。本文就該區(qū)域特殊地質(zhì)問題,提出了復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑施工綜合處理方法，主要采用鉆灌一體沖擠灌漿工藝的止水帷幕，將從以下幾個方面進(jìn)行介紹。

1 樁基施工中防止地面沉降的處理方案

1.1 樁基工程概況

該工程的基坑圍護(hù)樁從開工到完工，共計用了50 天的時間，完成了562 根樁的施工，采用的是振動機(jī)械下12m 深套管、旋挖成孔工藝[1]。該項目的工程樁于2019 年9 月12 日開始施工，利用的施工技術(shù)為泥漿護(hù)壁、沖擊成孔等，但在開工半個月后，該樁十米處的基坑圍護(hù)外側(cè)發(fā)生塌陷情況，雖然及時處理了塌陷問題，但由于塌陷區(qū)域南側(cè)的原有工程項目及地表出現(xiàn)不均勻的沉降，只能暫停樁基施工，共計完成樁基203 根。

1.2 場地周圍沉降狀況分析

按照監(jiān)測的具體計劃，總共設(shè)立了17 個沉降觀測點，負(fù)責(zé)場地周邊沉降情況監(jiān)測，其中臨近塌陷的201#樁的原有工程的觀測點的編號為CJ1 ～CJ6，周邊工程項目通過十個月的觀測，得出數(shù)據(jù)顯示，場地周圍原有工程項目在本項目不同對應(yīng)區(qū)域樁基施工的四個階段沉降變化的狀況大體一致，具體如下：第一，圍護(hù)樁施工階段基坑周圍建筑監(jiān)測點顯示沉降量顯著增加，沉降速率為0.24mm/d ～0.41mm/d，累計沉降量占總沉降量的比例大約在55%左右；第二，維護(hù)樁施工完畢到工程樁施工之前的過渡期不同監(jiān)測點的沉降速率明顯恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)；第三，工程樁施工階段各監(jiān)測區(qū)域的沉降速率再度增加，在對受特殊地質(zhì)條件影響的201#樁附近范圍內(nèi)的監(jiān)測點數(shù)據(jù)可以不計的情況下，其他監(jiān)測點沉降量大約為5mm 左右，沉降發(fā)生差異程度不明顯，明顯低于維護(hù)樁施工期間的沉降速率；第四，2019 年9 月27 日，在進(jìn)行樁施工引發(fā)地質(zhì)坍塌，周圍的原有工程項目20m 處的監(jiān)測點CJ2 以及15m 處的監(jiān)測點CJ3，沉降速率增加迅速，一個月內(nèi)兩個監(jiān)測點的沉降量增加分別為13mm 和17mm，但其它監(jiān)測點檢測數(shù)據(jù)都沒有異常變化，初步判斷對塌陷的影響范圍不會超過24m；第五，在暫停施工階段，不同監(jiān)測點沉降速率都呈現(xiàn)平緩的狀態(tài)，小于0.02/d 的監(jiān)測點大約占比60%。

1.3 對出現(xiàn)沉降區(qū)域的鑒定與勘查

1.3.1 出現(xiàn)沉降區(qū)域的鑒定

上文介紹在樁基施工中發(fā)生塌陷處的面積大約為3 900 平方米，為條形淺基礎(chǔ)的磚混結(jié)構(gòu)。該監(jiān)測點CJ2 距離大約20m，CJ3監(jiān)測點距離15m 左右，兩個監(jiān)測點沉降速率在快速增加[2]。相關(guān)權(quán)威部門對施工區(qū)域周邊項目的安全情況實施鑒定，結(jié)果如下：頂面、側(cè)面都是預(yù)制板，使用磚墻的承重體系，而實際的承重墻為24cm 厚的實心磚。經(jīng)過對樓體的檢測和復(fù)核計算，施工項目各層墻體的承重載力復(fù)算數(shù)據(jù)都沒有超標(biāo)。

1.3.2 對施工區(qū)域的現(xiàn)場勘查

通過對工程區(qū)域中的塌陷情況進(jìn)行調(diào)查，考慮到原有礦山施工場地與施工區(qū)域的地下貫通的可能性，便委托工程的第三方利用探地雷達(dá)法、高精度瞬變電磁法、跨孔地震波層析成像法、微動探測法等手段對附近區(qū)域地下地質(zhì)發(fā)育狀態(tài)實施綜合勘查，勘查結(jié)果如下：在探測的有效范圍內(nèi)，塌陷區(qū)域的深度通常距離地面14m～38m 左右，主要是黏土和碎石填充[3]。

1.4 場地周圍施工項目及地表沉降原因綜合分析

通過對樁基施工狀況、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、沉降的數(shù)據(jù)等的分析，得出場地周邊工程施工及地表沉降的原因。第一，施工振動因素，體現(xiàn)在維護(hù)樁施工振動設(shè)備作用下，在工程樁和鋼套管沖擊成孔引起的強(qiáng)烈振動，對振動因素實施消除后，沉降現(xiàn)象立刻收斂；第二，穿越地質(zhì)層造成的影響，頂板被沖擊成孔進(jìn)行穿越后，突然發(fā)生護(hù)壁泥漿漏失的現(xiàn)象，井下水會改變動力條件，從而引發(fā)沉降；第三，塌陷的因素，塌陷的地層會直接導(dǎo)致附近地表發(fā)生沉降變形。

2 后續(xù)基坑施工降低影響的處理方案

圖1 灌漿隔離孔位布置示意

按照物探勘察后的相關(guān)結(jié)果，得知原有項目以北部分地下巖溶與擬建礦山工程項目存在貫通，基于擬建工程還沒有施工的17 根工程樁，加之受不良地質(zhì)條件的不良影響，制定隔離方案，即在已有項目與擬建礦山工程項目之間實施鉆孔止水帷幕灌漿，以防止水土流失。根據(jù)需要的間距布設(shè)鉆孔，實施填充、滲透、構(gòu)建一道封閉的隔離體，將兩者之間的地下水力聯(lián)系徹底切斷，達(dá)到兩者完全隔離的效果，將周邊地表沉降程度控制在最小范圍。更能減輕后期樁基施工對周邊環(huán)境的不良影響[4]。

2.1 布置鉆孔

按照場地周邊既有工程項目補(bǔ)勘及對巖溶的物探結(jié)果，同時基于有待施工的工程樁分布狀況，以及201#樁施工導(dǎo)致的塌陷產(chǎn)生的影響區(qū)域，制定隔離注漿方案。

（1）位置：在基坑圍樁外側(cè)、用地紅線內(nèi)進(jìn)行鉆孔布置，呈現(xiàn)和周邊既有建筑A 樓的平行向。

（2）范圍：周邊既有項目的東、西兩側(cè)跨度范圍內(nèi)進(jìn)行鉆孔。

（3）方式：擬建的工程樁有待施工區(qū)域及坍塌的影響范圍內(nèi)，進(jìn)行雙排鉆孔布置，內(nèi)排鉆孔間距設(shè)置1.5m，外排鉆孔間距設(shè)定1m，設(shè)定1.5m 的排間距。另外的鉆孔進(jìn)行單排設(shè)置，鉆孔設(shè)置1m 的間距。注漿孔一共有72 孔。見圖1。

（4）深度：施工區(qū)域的上部松軟覆蓋層及土巖接觸帶作為隔離保護(hù)注漿處理主體，針對中風(fēng)化灰?guī)r以一米為終孔規(guī)定。例如，鉆穿巖溶在1m 進(jìn)基巖內(nèi)，那么就要對相遇的第一個塌陷區(qū)實施灌漿加固，預(yù)估孔深平均在18m ～24m 范圍。

2.2 隔離保護(hù)的注漿新工藝

本工程現(xiàn)場的上覆土層構(gòu)成為含礫粉質(zhì)黏土、填土、稍密狀圓礫等，構(gòu)成下部塌陷的主要是半充填流塑狀粉質(zhì)黏土，勘查鉆探的前期呈現(xiàn)比較嚴(yán)重的鉆孔漏漿問題[5]。傳統(tǒng)的注漿工藝主要是劈裂灌漿工藝以及常規(guī)的充填，存在壓力受限與劈裂跑漿等技術(shù)缺陷，為了保證注漿工序?qū)Ω綦x處理的有效性，采用的新工藝為自上而下、鉆灌一體沖擠灌漿工藝。該工藝使用的鉆具為高壓沖擠灌漿形式，鉆具是一種特制的長圓管或者螺旋管組成的，鉆孔的沖洗液采用灌漿液，具備經(jīng)濟(jì)環(huán)保、均勻灌漿、快捷簡便、材料可控的特點[6]。鉆孔自上而下灌漿相遇到塌陷情況后，灌漿充填空腔，然后針對塌陷區(qū)域使用軟弱充填物實施分段的鉆灌一體沖擠灌漿。

2.3 隔離保護(hù)材料的配比

（1）上部覆蓋層鉆灌一體工藝中，水泥穩(wěn)定漿液作為上部覆蓋地首選，詳細(xì)的配比性能見下表1。水泥的類型為普通硅酸鹽水泥、強(qiáng)度等級不低于42.5MPa，可將穩(wěn)定劑、速凝劑、減水劑等外加劑等加入其中，通過灌漿試驗確定最佳的摻加量[7]。

表1 覆蓋層水泥穩(wěn)定漿液配比性能

（2）對溶洞進(jìn)行充填擠密以及沖擠灌漿采用的材料是一種水下不分散膏狀漿液，該材料明顯特征是其自身重力影響遠(yuǎn)低于膏漿的剪切屈服強(qiáng)度值。該種材料的自堆積性能和抗水流沖釋性能超強(qiáng)，特別適合松散架空的土體的灌漿填充，利用速凝水泥膏漿注漿可以大大縮短膏漿地凝結(jié)時間，以節(jié)省材料和提高效率。

3 結(jié)束語

通過以上的介紹和分析中，不難看出，在礦山工程項目與已完成工程項目之間，實施了鉆灌一體沖擠灌漿，進(jìn)行了防滲設(shè)置、隔離體的灌漿加固，把兩者之間的地下水力的聯(lián)系切斷，有效控制了附近區(qū)域地表沉降，把樁基施工的不利影響降到最低。截至目前，該項目的地下樁基和相關(guān)地下施工已經(jīng)順利完成，通過考察觀測周圍地表沉降變形的狀況，后續(xù)施工變形程度微乎其微，為整個工程項目的順利開展奠定了良好的基礎(chǔ)，該施工和處理方案值得推廣。