李生生

(天地科技股份有限公司)

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非對稱注漿法在礦山料倉糾偏與地基加固中的應(yīng)用

李生生

(天地科技股份有限公司)

為了糾偏中煤倉、矸石倉及加固地基，根據(jù)地質(zhì)資料及前期沉降觀測結(jié)果分析了其偏斜原因。通過優(yōu)化鉆孔布置，選擇合理漿液，采用非對稱注漿法進(jìn)行糾偏和地基加固，處理場地面積660 m2，共布置注漿孔107個，消耗單液水泥漿601 m3、水泥-水玻璃雙液漿128 m3。注漿結(jié)束后，中煤倉及矸石倉整體最大傾斜度分別由16.8‰、4.3‰降低到0.94‰、0.21‰，地基承載力特征值由110 kPa提高至220 kPa。結(jié)果表明，非對稱注漿法糾偏效果明顯，并較大地提高地基承載能力，保障了中煤倉及矸石倉的長期穩(wěn)定性。

非對稱注漿法 料倉糾偏 地基加固

影響建筑物偏斜的原因多種多樣，最主要原因是地基不均勻沉降，包括勘查不詳細(xì)、地層不均勻、荷載不均勻、施工工藝不當(dāng)、地下水位下降、采空區(qū)影響和使用年度久遠(yuǎn)等[1-2]。目前傾斜建筑物糾偏的常用技術(shù)措施包括迫降法、頂升法及綜合法[1-5]。迫降法主要通過掏土或注水等措施[3-5]，使相對沉降較小的一側(cè)加速沉降；頂升法可采取壓密注漿或千斤頂?shù)燃夹g(shù)抬升相對沉降較大的一側(cè)[6-7]；綜合法是運用多種技術(shù)手段，達(dá)到對偏斜構(gòu)筑物的糾偏和加固地基基礎(chǔ)的目的。注漿技術(shù)作為一種糾偏與地基處理的綜合法，其優(yōu)點是既能實現(xiàn)迫降也能實現(xiàn)頂升，在該領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。注漿法糾偏及加固基礎(chǔ)的難點是漿液配比、注漿壓力和施工工藝的正確選擇。本文針對中煤倉和矸石倉偏斜實際情況和特殊地質(zhì)條件，應(yīng)用非對稱注漿技術(shù)進(jìn)行糾偏和地基加固。

1 工程概況

某選煤廠位于一近東西向河谷谷底，場地地基土表部為人工填土，其下為二疊系基巖。場地東部填土顆粒細(xì)，厚4～8 m，且經(jīng)過長期固結(jié)，較為密實。場地西部為近期回填，填土主要為煤矸石，夾有巖塊，均勻性差，厚度較大，10～15 m。設(shè)計的中煤倉及矸石裝車倉位于場地西北部，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，高約25.1 m，鋼筋混凝土柱下為鋼筋混凝土筏板式筏形基礎(chǔ)，長18 m，寬11 m。中煤倉恒載為1 160 t，活動載為1 590 t；矸石倉恒載為1 170 t，活動載為1 950 t。

中煤倉及矸石倉主體完工后，在四角設(shè)置觀測點，3個月的沉降觀測結(jié)果見表1。從圖1(a)可以得到：中煤倉基礎(chǔ)西部沉降量相對較大，最大下沉量位于西北角，達(dá)到303 mm；中煤倉基礎(chǔ)東西相對沉降差達(dá)260 mm，整體向西偏斜。由圖1(b)可以得到：矸石倉基礎(chǔ)東部沉降量相對較大，最大下沉量位于東北角，達(dá)到121 mm；矸石倉基礎(chǔ)東西相對沉降差達(dá)83 mm，整體向東偏斜。中煤倉與矸石倉整體最大傾斜度分別為16.8‰和4.3‰，均超過我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4‰的允許值要求[8]。由沉降觀測數(shù)據(jù)來看，下部地基已無法滿足承載和穩(wěn)定沉降要求，偏斜有進(jìn)一步惡化趨勢；據(jù)土工試驗及現(xiàn)場調(diào)查，場地西部地基土均勻性差，承載力特征值為110 kPa。這些勢必嚴(yán)重影響其安全使用，因此，需對中煤倉和矸石倉進(jìn)行地基加固處理。

2 非對稱注漿技術(shù)

2.1 糾偏與加固方法

考慮場地填土不均勻、承載力不足的特殊情況，決定采用非對稱注漿技術(shù)進(jìn)行綜合糾偏和地基加固。非對稱注漿技術(shù)即在建筑物傾斜兩側(cè)采用不同性能的漿液和非均勻布孔方式，利用注漿附加地基變形和固結(jié)補強達(dá)到糾偏和基礎(chǔ)加固的目的。在相對沉降大的一側(cè)采用雙液漿壓密注漿，頂升基礎(chǔ)[4,9-10]；在相對沉降小的一側(cè)采用水泥單液槳，以產(chǎn)生附加沉降迫降地基[3,5]。非對稱注漿的實質(zhì)是精細(xì)化的控制注漿施工工藝，其難點在于漿液的配比和注漿壓力的控制。

2.2 漿液基本性能

單液漿凝結(jié)時間長，在其凝結(jié)期間土體抗剪強度降低，地基土在建筑物荷載作用下壓縮量增大，從而產(chǎn)生附加沉降進(jìn)行迫降[2,5]。雙液漿凝結(jié)時間短，并可精確控制，漿液在土體中形成漿泡，漿泡在注漿壓力作用下向外擴張，擠密土體形成的抬升效應(yīng)可用于地基頂升[4,7,10]。單液水泥漿液選用普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在(0.6∶1)～(1.2∶1)。在回填土上部注漿中，為防止跑漿，可摻入一定量的水玻璃以控制漿液擴散距離和凝結(jié)時間。雙液漿按水泥、水玻璃體積比1∶1配制，水玻璃模數(shù)控制在2.8～3.0，濃度為38～40 °Be′。

圖1 中煤倉及矸石倉主體完工后3個月沉降觀測結(jié)果

2.3 注漿設(shè)計

2.3.1 注漿鉆孔布置

以圖2所示的中煤倉注漿孔布置為例說明非對

稱注漿法糾偏與加固鉆孔布置形式。注漿孔總體分為外圍孔、頂升孔和迫降孔。由圖2可知，中煤倉共布置鉆孔59個，其中，外圍孔Y1～Y27間距為2～3 m；頂升孔D1～D20布置在相對沉降大的西側(cè)，間排距為2～2.5 m；迫降孔S1～S12布置在東側(cè)，間排距為3 m。與此類似，矸石倉共布置鉆孔48個，其中，外圍孔24個，頂升孔與迫降孔均為12個。二者共布置107個注漿孔，中煤倉、矸石倉鉆孔深度分別為12.2和10.4 m，總鉆孔工程量為1 107 m。

2.3.2 注漿施工順序

頂升側(cè)先施工外圍孔，有利于該側(cè)頂升效應(yīng)，然后頂升孔由外向內(nèi)逐漸推進(jìn)。迫降側(cè)先由外向內(nèi)施工迫降孔，最后再施工外圍孔，防止后期繼續(xù)附加沉降。外圍孔與頂升孔均采用雙液漿，迫降孔采用單液槳。

圖2 中煤倉非對稱注漿法注漿孔布置(單位：mm)

2.3.3 注漿壓力

注漿壓力控制是本次施工中的難點，為防止?jié){液沖散地基土，造成地基急劇變形，嚴(yán)格控制迫降單液注漿側(cè)注漿壓力不超過1 MPa，盡量采用靜壓注漿，控制單次注入量并多次復(fù)注[5,11]。頂升雙液壓密注漿側(cè)注漿壓力應(yīng)控制在1～2 MPa，既保證了足夠的頂升效應(yīng)，又避免了土體劇烈破壞而影響后期地基承載力[7,9,12]。

3 注漿效果檢驗

本次非對稱糾偏及加固地基處理面積為660 m2， 共消耗單液水泥漿601 m3，水泥-水玻璃雙液漿128 m3，總注漿量為729 m3。施工過程及后期采用地面沉降監(jiān)測及地基土動力探觸試驗進(jìn)行注漿效果檢驗。

3.1 地面沉降監(jiān)測

注漿施工時間為一個月，后期又進(jìn)行了2個月的地基監(jiān)測。圖3(a)為中煤倉地基變形曲線，可以看出，由于壓密頂升側(cè)先進(jìn)行帷幕孔的施工，西南角與西北角初期頂升效應(yīng)不明顯，后期頂升效應(yīng)明顯增強，施工結(jié)束后西北角與西南角分別抬升103和85 mm；迫降側(cè)附加沉降較為迅速，后期由于外圍孔采用雙液壓密注漿，存在輕微的抬升趨勢；施工結(jié)束后東北角與東南角分別迫降140和106 mm。圖3(b)為矸石倉地基變形曲線，可以看出，壓密頂升側(cè)抬升效應(yīng)響應(yīng)迅速，東北角與東南角抬升量分別為21和14 mm；迫降側(cè)的西北角與西南角分別迫降40和27 mm。施工結(jié)束過后，中煤倉與矸石倉基礎(chǔ)兩側(cè)最大相對高程差分別為17和11 mm，整體最大傾斜度分別由16.8‰和4.3‰降低到 0.94‰和0.21‰，遠(yuǎn)小于我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4‰的允許值，偏斜得到了明顯改善。

圖3 注漿施工及后期監(jiān)測期間沉降監(jiān)測結(jié)果

3.2 地基承載力試驗

注漿結(jié)束達(dá)到規(guī)定的養(yǎng)護(hù)時間后，采用動力觸探對注漿加固地基回填土進(jìn)行承載力特征值檢測，共布置動觸探檢測孔6個，中煤倉區(qū)域與矸石倉區(qū)域各3個。動力觸探結(jié)果見圖4。其中，圖4(a)為中煤倉區(qū)域深度-擊數(shù)曲線，擊數(shù)最小25擊，最大58擊，平均39.9擊；圖4(b)為矸石倉區(qū)域深度-擊數(shù)曲線，擊數(shù)最小26擊，最大72擊，平均46.4擊。通過試驗數(shù)據(jù)綜合分析得出：注漿結(jié)束后地基承載力特征值超過 220 kPa，比加固前提高一倍，滿足承載力要求。

圖4 注漿后動力觸探結(jié)果

4 結(jié) 論

(1)本工程采用非對稱注漿法，中煤倉及矸石倉整體最大傾斜度分別由16.8‰和4.3‰降低到 0.94‰和0.21‰，偏斜得到明顯改善；地基承載力特征值由110 kPa提高至220 kPa。通過注漿加固，中煤倉及矸石倉地基承載能力及壓縮模量得到明顯改善，有效控制了地基基礎(chǔ)的進(jìn)一步沉降與變形。

(2)非對稱注漿法作為一種綜合處理技術(shù)，能一次完成建筑物糾偏與地基基礎(chǔ)加固。在頂升側(cè)與迫降側(cè)采用不同類型的漿液和不對稱的布孔方式，以形成地基相對附加變形來抵消原先地基不均勻沉降差。

(3)非對稱注漿技術(shù)作為一種精細(xì)化的控制注漿技術(shù)，其難點在于漿液的配比和注漿壓力的控制。實際操作過程中必須進(jìn)行注漿壓力及地基附加變形的及時監(jiān)測，為非對稱注漿法施工方案動態(tài)調(diào)整提供依據(jù)。

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2016-07-23)

李生生(1981—)，男，助理研究員，碩士，100013 北京市朝陽區(qū)和平里青年溝路5號。