张小楼井位于徐州市西北部, 其煤仓建于20世纪60年代, 设计储量2000余吨, 由由三座直径为10.5 m、高约为20 m的圆仓, 其南北并列组成, 整板基础是最为基础形式, 基础埋在在 (2) 层粉土与 (3) 层粉质粘土层间。该煤仓自发现倾斜以来, 南仓倾斜侧相对沉降量达到242 mm, 北仓196 mm, 月沉降量高达11 mm, 煤仓倾斜侧倾斜造成皮带廊出现危情。最主要的原因在于煤仓倾斜侧的储煤场上堆煤的储存量远远的超狗了设计量的范围, 地基附加应力值上也远远的超过了地基承载力, 再加上煤仓基础所处粉土层土体渗透系数较大, 含水量较高, 造成煤仓倾斜侧超量沉降, 从而带动煤仓向倾斜。
(1) 层杂填土:主要由煤矸石回填而成, 厚约3.5 m。 (2) 层粉土:灰黄色, 中密, 含铁锈质, 具振动水析现象, 厚约1.1 m。 (3) 层粉质粘土:灰褐色, 可塑, 层状, 土质不均, 夹粘土薄层, 厚约1.2 m。 (4) 层粉土:黄褐色, 中-密实, 具振动水析现象, 厚约3.0 m。 (5) 层粉土 (淤泥质) :灰色, 中-密实, 具振动水析现象, 土质不均, 含有淤泥质粘土, 厚约1.0 m。 (6) 层粘土:厚约2.0 m。
我公司受矿方委托决定采用劈裂注浆技术对该煤仓进行加固, 做法是在煤仓基础倾斜侧2 m处布置一排深搅桩, 形成注浆帷幕, 这样就可以防止在内测注浆使其浆液不会向外渗透现象, 就不会影响到注浆在加固时候的效果。同时在止浆帷幕和煤仓基础之间布设两排垂直的注浆孔, 运用梅花错位的方式来进行布置, 其中内排穿透煤仓的基础底板, 而外派则不用穿过煤仓的基础底板。进行劈裂压力注浆, 施工时由外排到内排施工, 间隔注浆。
此法特点是深搅桩止水帷幕便于施工, 受地面、地下条件限制小, 形成帷幕效果也较好, 垂直注浆孔施工便利, 渗透均一, 特别是劈裂注浆技术能在不同深度反复压力注浆, 使浆液均匀的扩散到煤仓基础底板下, 使底板与加固土体形成一体。
为了在加固土体注浆时防止浆液向加固土体外侧跑浆, 造成不必要的浪费, 在煤仓基础倾斜侧外2 m处布置一排深搅桩, 桩径500 mm, 桩间搭接150 mm, 桩长约10 m, 形成地下连续注浆帷幕, 其作用还能阻挡外侧储煤仓堆煤的地基附加应力向煤仓基础底部扩散。在帷幕孔内侧, 设两排注浆孔, 排间距1600 mm, 孔间距2000 mm, 梅花错位布置, 其中最内侧一排注浆孔设在煤仓底板基础上, 穿透底板, 孔深11 m左右, 孔径74~108 mm, 计31孔。
注浆钻孔均采用Φ108钻头开孔, 下入6.0 mΦ90钢管作为护口管。为防止上部杂填物跑浆, 护口管外壁用水泥浆封闭固管。下部用Φ74钻头钻进, 直至孔底标高, 再用Φ50劈裂注浆管压力注浆。
按设计要求, 施工好深搅桩止水帷幕, 待注浆帷幕施工完7 d后再由外向内逐排施工注浆孔, 注浆孔的施工孔位布置呈梅花状 (见图1) , 注浆时间隔跳跃式进行, 浆液同帷幕孔, 水灰比先稀后稠, 压力由低到高, 但压力终压条件和帷幕孔有所不同, 详见3.4终压条件控制。
劈裂注浆管安放到位后, 用粘土掺少量水泥将钻孔孔口向下1 m范围内封死, 注意要夯实, 防止水泥浆外溢。
注浆孔终止压力为0.8~1.0 MPa, 注浆量在6~8 m3。实际注浆时根据地层及现场情况参数略有调整。初始注浆按设计控制, 少数孔采取复注式注浆, 压力控制在1.2 MPa, 注浆量控制在10 m3以内。
钻孔→下钢套管→安放劈裂注浆管→封孔→分段注浆。
其中要注意以下几点: (1) 用钻机按正常的方法钻进成孔, 保证孔径及垂直度。 (2) 下入劈裂注浆管并安放到位。 (3) 封孔, 材料以粘土为主掺少量水泥, 孔口向下1 m范围内要填实。 (4) 待封孔材料凝固5 d后自下而上分段注浆。 (5) 注浆次序:遵守逐渐加密原则, 分两次以上加密。 (6) 注浆标准:不吃浆为止, 压力一般小于1.2 MPa, 吃浆量小于1~2 L/min即可终止。
全部工程自2011年7月15日开始, 至9月8日竣工, 历时55 d时间, 现场投入施工钻机2台, 注浆泵2台, 吊车1台, 水泥罐2个, 共完成注浆孔37个, 其中检查孔3个, 实际注入水泥量379.4T。
在注浆工程即将完成之前, 经过有关单位分析决定在三座煤仓之间底板上及帷幕外施工三个检查孔, 取芯结果发现有如下情况: (1) 0~3.6 m为杂填土, 主要由煤矸石组成。 (2) 3.6~5.0 m为煤仓基础。 (3) 5.0 m处为煤仓基础底部, 有纯水泥块取出, 并有基础底部垫层毛石与水泥浆胶结在一起的岩芯取出。 (4) 5.0~6.60 m为粉质粘土, 6.0 m左右发现有片状水泥。 (5) 7~8.50 m为粉土, 发现有片状水泥样。 (6) 8.50~10.0 m为灰色粉土, 发现有线状水泥样。
注浆施工前勘察孔各土层物理力学性质指标与注浆后的检查孔资料详见 (表1) 。
通过上表可明显看出:通过注浆使土层物理力学性质有所改变, 如孔隙比减少, 密度增大, 含水量减少, 塑性指标降低。土的力学性能指标也显著改善。如内聚力与摩擦角指标大大增加, 而压缩系数降低, 所有这些指标均表明地面压力注浆使煤仓倾斜侧及底板基础下各土层得到结构性加固, 土层的抗变性能大大提高, 从而阻止了煤仓的继续倾斜。
煤仓地基的加固没有太好的直接有效地方法, 如果遏制不住其倾斜的趋势, 只有拆除重建, 其费用将高达上千万元, 并且将影响矿井的生产, 间接损失更是无法计算;而整个注浆加固工程预算为50万元, 实际施工总结算造价为约40万元, 可以说以极小的投入取得了较好的效果。
通过对该煤仓倾斜劈裂注浆加固工程的设计与施工, 进行分析对比, 取得了以下有价值的经验。
(1) 运用地面注浆方法对建筑物的倾斜进行加固处理, 方法可行, 优势明显;注浆止水帷幕效果较好, 起到了止浆作用, 避免了浪费;被加固土体孔隙比减少, 密度增大, 抗压抗剪强度指标提高。 (2) 工程实践证明, 用劈裂注浆方法治理建筑物倾斜不仅具有施工条件好、安全性强, 可操作性好等优点, 更具有加固体固结防渗质量高, 加固地基效果明显, 不影响矿井正常生产, 具有明显的经济效益和推广应用价值。
摘要：苏北地区许多煤矿的煤仓建于20世纪六七十年代, 限于当时的技术发展, 煤仓基础的设计上多采用整板基础, 几十年后, 由于实际产量远远超过当初设计的规模, 导致煤仓不堪重负, 发生不同程度的倾斜及下沉, 严重威胁到煤矿的安全生产。本为以实际施工的项目为模板, 论述了采取劈裂注浆技术以注浆帷幕方式对煤仓地基进行加固的施工工艺及方法, 并对其实施过程中的经验及效果进行了分析。
关键词：煤仓,劈裂注浆,注浆帷幕,地基加固,压力注浆
[1] JGJ 79-2002, 建筑地基处理技术规范[S].
[2] GB 50021-2001, 岩土工程勘察规范[S].
[3] JGJ 79-91, 建筑地基处理技术规范[S].
[4] JGJ 94-2012, 建筑桩基技术规范[S].
