淺談在長溝煤礦污水處理站泵房天然地基處理中的技術(shù)應(yīng)用

張凡

（山西國辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西陽泉 045000）

傳統(tǒng)的生產(chǎn)發(fā)展已無法適應(yīng)新時(shí)代的環(huán)保要求，環(huán)保形勢的嚴(yán)峻性和環(huán)保工作的重要性也被各個(gè)企業(yè)礦山深刻認(rèn)識，環(huán)境污染治理已然成為傳統(tǒng)能源企業(yè)必須高度重視的工作。所以煤礦水污染治理工程，自然需要投入更多的精力和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)良好的處理效果。礦井水處理站作為重要的水污染處理配套建筑，其重要性要求其建筑質(zhì)量必須不能有絲毫的馬虎，由于土層的性質(zhì)變化較大，適時(shí)不同地層條件的處理方法是保證工程質(zhì)量的決定因素[1]。然而在實(shí)際建設(shè)中，往往會遇到在不理想的天然地基上建筑，比如地層性質(zhì)多樣，天然地基不均勻，基底下伏存在采空區(qū)等多樣的復(fù)雜的情況，故對地基處理提出了更高要求，本文以在長溝煤礦水處理泵站建設(shè)中的所遇到的情況為例，來介紹針對該地區(qū)復(fù)雜天然地基處理中采用的一些施工工藝。

1 場區(qū)天然地層

根據(jù)鉆探資料、場地踏勘等工程地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，場地地層自下而上分別為：石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）煤巖及泥巖層，沖洪積成因粉質(zhì)粘性土（Q3al+pl）及砂質(zhì)粘性土（Q4al+pl），地表分布新近堆積素填土（Q4ml），揭露的巖土層自上而下分述如下，1層雜填土雜色，松散，以回填建筑垃圾、生活垃圾為主，硬雜質(zhì)含量大于85%，成份復(fù)雜，場區(qū)廣泛分布，揭露層厚2.5～3.2m。2層砂質(zhì)粘性土黃褐色，中-粗粒石英-長石質(zhì)，稍密—中密狀態(tài)，稍濕，粒徑≤50mm含量的大于50%，揭露層厚1.8～4.0m。3層粉質(zhì)粘性土黃褐色，稍濕，中密，硬塑，硬雜質(zhì)含量≤25%，土質(zhì)較均，干強(qiáng)度中等，場區(qū)廣泛分布，揭露層厚16.9～28.6m。4層泥巖中等風(fēng)化，淺灰—深灰色，巖芯呈短柱狀及塊狀，較難擊碎，屬較堅(jiān)硬巖，中等風(fēng)化，巖石質(zhì)量等級為III級，揭露層厚2.3～5.6m。5層煤巖中等風(fēng)化，黑色，碎塊兒狀，屬較軟巖，僅7#鉆孔有揭露，巖石質(zhì)量等級為III級，揭露層厚6.2m。在5層中揭露采空區(qū)，采空區(qū)距離地表26.7～35.6m，掉鉆深度為0.5～1.4m。穿過采空區(qū)后揭露6層泥巖中等風(fēng)化，淺灰—深灰色，巖芯呈短柱狀，較難擊碎，屬較堅(jiān)硬巖，中等風(fēng)化，巖石質(zhì)量等級為IV級，揭露層厚0.5m。

2 采空區(qū)

在對下伏地層地質(zhì)情況勘察的過程中，進(jìn)一步揭露了其下伏地層中存在采空區(qū)，這樣為設(shè)計(jì)施工又提出新的要求，既涉及煤礦老礦區(qū)進(jìn)行建設(shè)工程常會遇到的問題——采空區(qū)處理問題，所以需要對采空區(qū)的情況做進(jìn)一步的勘察和了解[2]。同樣還要對地下水的情況、該地區(qū)的土的腐蝕性和該地區(qū)地震效應(yīng)，進(jìn)行相應(yīng)的判斷和測試[3]。

由于場區(qū)地表及周邊地區(qū)不存在化工類廠區(qū)生產(chǎn)及污水排放，結(jié)合已有建筑工程經(jīng)驗(yàn)判定，本場區(qū)地基土對巖土層及在巖土層上建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的鋼筋存在微腐蝕性，并且未揭露地下水，可以不考慮地下水的影響。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011—2010）》表 4.1.3 及《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011—2010）》表4.1.6，由于基礎(chǔ)埋深確定位于3層粉質(zhì)粘性土，故場地覆蓋層厚度為大于5m，場地類別為Ⅱ類，地震特征周期值為0.40s。預(yù)估等效剪切波速250≥Vs＞150m/s，屬中軟土，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011—2010）》表4.1.1判定為建筑抗震一般地段。在這些結(jié)論的基礎(chǔ)上我們需要對開空區(qū)的范圍和深度進(jìn)行更加具體詳細(xì)的了解。

經(jīng)過現(xiàn)場勘察，經(jīng)場地勘察揭露采空區(qū)，采空區(qū)距離地表26.7～35.6m，掉鉆深度為0.5～1.4m。在其之下進(jìn)一步揭露了較為穩(wěn)定的中等風(fēng)化，淺灰—深灰色，泥巖。通過現(xiàn)場勘察，和室內(nèi)試驗(yàn)，判斷其屬較堅(jiān)硬巖。該地區(qū)未揭露到地下水，可不考慮地下水對建筑物的影響。

對于采空區(qū)，由于本場區(qū)存在15#煤層，根據(jù)《陽煤集團(tuán)長溝煤礦工業(yè)場區(qū)采空物探解釋成果圖》及鉆孔揭露情況，本采空區(qū)以小窯開采為主，采掘方式主要為穿洞擴(kuò)幫及高落式，采空巷道一般寬4.0m，大多塌落，由于局部多次復(fù)采，連通性較好，回采率較高，采空頂板或采空冒落帶距地表較淺，對擬建建筑物的使用及安全存在較大隱患。

根據(jù)公式：

其中：Ho-巷道單位長度頂板巖層所受壓力時(shí)，頂板巖層恰好保持自然平衡時(shí)的臨界深度；B-巷道寬度，取4.0m；γ-巖土的天然容重，取20.0kN/m3；p0-基底處平均附加壓力，取 180kPa；?-內(nèi)摩擦角，取 25°。

當(dāng)H＜Ho時(shí)，地基不穩(wěn)定；

Ho＜H＜1.5Ho時(shí)，地基穩(wěn)定性差；

H＞1.5Ho時(shí)，地基穩(wěn)定。

經(jīng)過計(jì)算得：Ho=27.94m

15# 煤層采空區(qū)至地表距離 H=34m，27.94＜34＜41.91（Ho＜H＜1.5Ho），故地基不穩(wěn)定。

需要對采空區(qū)進(jìn)行治理后，可判定為穩(wěn)定場地，適宜建筑。

3 天然地基概況選取及處理辦法

擬建生活污水處理站天然地基持力層1層填土，1層填土承載力低，壓縮性高，不能作為天然地基持力層，2層的砂質(zhì)粘性土層與3層粉質(zhì)粘性土，堆積時(shí)間較久，承載力較大，可作為天然地基持力與下臥層。水池的天然地基持力層為3層粉質(zhì)粘性土，3層粉質(zhì)粘性土堆積形成時(shí)間較久，層位穩(wěn)定分布廣泛，壓縮性低，可作為天然地基持力層。

由于存在天然地基承載力不足，需要對天然地基及下伏地層存在的采空區(qū)進(jìn)行處理后才可滿足建筑要求。

針對天然地基承載力不足問題，需要進(jìn)行地基處理，以及選擇合適的基礎(chǔ)形式，針對泵房，建議采用條形基礎(chǔ)，基底置于2層砂質(zhì)粘性土，超挖部分采用灰土，灰土選用三七灰土換填至基底標(biāo)高。水池采取混凝土基礎(chǔ)，基底置于3粉質(zhì)粘性土上。

灰土換填相對于其他材料具有密實(shí)度高，變形沉降影響小，相對于樁基礎(chǔ)來說成本低廉材料易于獲取，配比容易掌握，技術(shù)要求不高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在多數(shù)條件允許的小型建筑建設(shè)中較為常用，是比較方便實(shí)施的地基處理方法，在夯實(shí)后結(jié)合國內(nèi)外及本場區(qū)采空區(qū)治理經(jīng)驗(yàn)，本場地采空處理建議采用壓力灌注水泥粉煤灰漿的方式進(jìn)行治理。通過打孔下注漿管管方式注漿管根據(jù)采空區(qū)范圍采用間距為0.8～2.0m間距的梅花孔進(jìn)行注漿管排布，將注漿管壓入至穿透采空區(qū)頂板后，對采空區(qū)冒落帶、裂隙帶、殘留空洞灌漿，能有效充填采空區(qū)空洞、空隙，對冒落松散巖石及裂隙進(jìn)行充填、膠結(jié)、加固，使得采空區(qū)的變形破壞得到阻止，從而使采空區(qū)地基達(dá)到穩(wěn)定。采用打孔下注漿管灌注的方式進(jìn)行填充有諸多環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢和便利條件，首先可以選用過火矸石及燃燒完全的煤粉。來源穩(wěn)定，在現(xiàn)代精細(xì)化生產(chǎn)和開采處理的條件下，本身的顆粒度就已經(jīng)接近可以直接使用的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過進(jìn)一步加工，就是很好的原始材料，達(dá)到可以滿足治理效果的程度。此外其形成的漿液懸浮度、黏著度、附著力、沉淀情況也容易控制。根據(jù)現(xiàn)場需要的程度配合其他不同性質(zhì)媒介劑，對于配比的變化控制較為容易，可以有效控制其流量流速，對效果預(yù)測用量提供了有利的條件，可以保證充填效果。其次，其阻燃的特性針對放頂冒落后存在封堵填充不密實(shí)，空隙存在誘導(dǎo)空氣透入導(dǎo)致殘留的煤炭及矸石自燃的可能，通過水泥粉煤灰漿液的加壓填充使其對采掘殘留的煤炭碎塊和矸石進(jìn)行包裹覆蓋膠結(jié)，使煤炭與矸石之間產(chǎn)生隔離層，并且通過壓力盡可能的擠壓空隙裂隙中的存在的空氣，降低氧氣在采空區(qū)中的殘留體積，減少空氣中氧氣與殘留的煤炭及煤矸石接觸，從而降低采空空間內(nèi)的自燃可能性，為采空區(qū)治理效果提供安全保障。最后，在經(jīng)濟(jì)層面上講，比采用樁基穿透采空區(qū)也在施工成本和施工方式方面有著非常明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，對天然地基的擾動相對較小，可操作性較強(qiáng)。配合基底換填，形成較為均勻的分布狀態(tài)，有利于建筑的地基穩(wěn)固和沉降平均，甚至微小沉降。有利于建構(gòu)筑物的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。對于基坑支護(hù)面積也降低了許多成本，相對于整體開挖來說基坑深度和施工方式也相對容易可行在安全性方面也大大提升很多，減少了很多不可控安全風(fēng)險(xiǎn)。

為了保證控制灌注效果，在灌注的過程中也可繼續(xù)采用物探手段，對填充的范圍和填充的密實(shí)程度進(jìn)行檢測和控制，在預(yù)定邊界采用分次地震波數(shù)據(jù)對比、取樣等方法，來為施工過程和結(jié)果提供依據(jù)，從而大大的提升對下伏采空區(qū)空洞區(qū)域的填充狀況、材料使用方量、填充范圍的控制，對采空區(qū)處理中出現(xiàn)的問題也可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，減少施工過程中不可控因素對施工結(jié)果造成的不良影響。

4 結(jié)語

建筑質(zhì)量關(guān)系的到生產(chǎn)的安全，是維護(hù)煤礦正常生產(chǎn)秩序進(jìn)行的重要保障，作為事關(guān)關(guān)環(huán)境重要設(shè)施，煤礦污水處理站的建設(shè)也是煤礦建設(shè)中必須要配套進(jìn)行建設(shè)的建筑，其功能的特殊性，使得其建設(shè)所選的位置會受到很多因素的干擾。在復(fù)雜地質(zhì)條件的天然地基上建筑往往也會面對很多自然和未知人工干預(yù)帶來的問題。本文結(jié)合實(shí)際建設(shè)中所遇到復(fù)雜地質(zhì)條件提出針對性的處理方法，希望能給類似建設(shè)條件中碰到采空區(qū)治理的問題的情況，提供一些有利的參考。