杜兒坪礦筒倉工程地質條件分析及地基處理對策

解奕煒 曾凡宇

(西山煤電集團,山西省太原市,030053)

★煤炭科技·開拓與開采★

杜兒坪礦筒倉工程地質條件分析及地基處理對策

解奕煒 曾凡宇

(西山煤電集團,山西省太原市,030053)

闡述了杜兒坪原煤筒倉工程地質條件及水文地質條件,分析了杜兒坪斷層對建筑物基礎的影響,通過多盤樁技術和樁端及樁身后注漿技術對地基進行了處理,達到了擴建現有儲配煤筒倉的目的。

杜兒坪斷層 儲配煤倉 工程地質條件 水文地質條件 多盤樁技術

隨著產量的不斷增加,西山煤電集團公司杜兒坪礦原有的煤筒倉規模已不能滿足生產的需要,為了有效地減少煤體露天堆放因風化、遺失等造成的經濟損失以及其產生的環境污染,山西焦煤西山煤電集團公司對杜兒坪礦現有儲配煤系統進行了擴建,開發建設原煤筒倉工程。

1 原煤筒倉工程地質條件

1.1 地形地貌

擬建場地位于溝谷邊緣地段,現為杜兒坪礦1#煤庫,自1954年建礦以來,整個場地經過多次平整,原始地貌變化極大;煤倉所在地東、西、南3面為溝谷低洼地段。目前煤庫仍在使用,場地地表因回填土及堆煤起伏較大。

1.2 地層巖性

該場地地表自上而下堆積物及下伏地層主要特征。

(1)堆積煤:潮濕,較致密,為原煤庫煤堆積而成。

(2)雜填土:干硬,稍密或中密狀,主要為矸石、煤屑、礦井開挖棄渣,未經壓實處理。

(3)粉質粘土:可塑狀態為主,局部呈硬塑狀,約含10%砂礫,屬中等偏高壓縮性土。該層土不均勻地具有濕陷性。

(4)粉質粘土夾碎石:稍濕,粘土呈可塑或硬塑狀態,無搖振反應,干強度中等,中等韌性。碎石以砂巖為主,呈棱角狀,粒徑2～15 cm,局部粒徑大于15 cm,砂巖含量約占30%～40%,屬中等壓縮性土。

(5)塊裂巖強風化層:本層受杜兒坪斷層影響所形成,塊徑1～3 m,成分為石灰巖及泥灰巖,塊裂巖塊體周邊有泥化現象,塊石含量95%以上,裂隙發育,充填砂礫或粘土。

(6)塊裂巖中風化層:塊徑一般在1～3 m,成分為灰巖及泥灰巖,塊石沒有風化痕跡,裂隙發育,砂礫充填。

(7)斷層角礫巖:主要由灰巖塊石、礫砂和斷層泥組成。灰巖塊石塊徑0.5～0.8 m,最大塊徑可達3 m,級配很差,含量75%以上;碎石及礫砂占15%左右;斷層泥占10%左右,可塑狀態。

(8)灰巖強風化層:強風化,節理裂隙發育,碎裂狀結構,巖芯呈短柱狀、碎塊狀,巖石質量指標(RQD)較差,約5%～15%,裂隙面充填方解石脈。

(9)灰巖中風化層:中等風化,裂隙塊狀或中厚層狀結構,巖芯呈柱狀,巖石質量指標(RQD)為20%～45%,裂隙充填方解石脈。巖體基本質量等級為 IV～III級。

1.3 地質構造

杜兒坪斷層從工程場地內通過,為一正斷層,全長約15.4 km,斷層走向北東45～65°,傾向北西,傾角60～75°,落差10～155 m,井田內落差10～120 m。

高密度電法勘探表明,杜兒坪斷層在勘察區分布很復雜,除主斷層外還發育有次級斷層,且斷塊間地層受構造應力影響裂隙特別發育,有較寬的塊裂巖帶。筒倉工程樁的布設及工程地質簡圖見圖1,剖面高密度電法勘探解譯成果圖見圖2。

2 原煤筒倉水文地質條件

本區各主要河谷均為季節性逢流溝谷。場地地下水主要為第四系松散堆積層孔隙水及碳酸鹽巖溶裂隙水。

2.1 松散堆積層孔隙水

該層地下水賦存于填土之中,主要受大氣降水及周圍生產生活污水補給,儲水條件差,水量貧乏。2.2 碳酸鹽巖溶裂隙水

碳酸鹽巖溶裂隙水主要賦存于下部石灰巖巖溶裂隙中,水量受地形、巖溶裂隙及杜兒坪斷層的影響。由于勘察區地形坡度陡,地表水徑流條件好,地下水補給條件差,富水性差。

本次勘察過程中,各鉆孔均未見地下水。勘察區水文地質條件簡單,地下水不會對擬建建(構)筑物產生較大影響。

3 杜兒坪斷層對建筑物基礎的影響

原煤倉設計為人工挖孔灌注樁基礎,單倉設計16條樁,其中筒倉筒壁周邊設計有12條人工挖孔灌注樁,樁直徑為1600 mm,單樁承載力為2600 t;內框架為4條人工挖孔灌注樁,樁直徑為2400 mm,單樁承載力為5600 t,兩種樁樁型均設計為端承樁,要求樁端持力層為均勻完整的中風化石灰巖,勘察單位提供的設計參數見表1。根據上述的描述和工程實踐,發現斷層角礫巖的承載力與設計采用的參數相差較遠,斷層角礫巖強風化層的承載力特征值介于600～800 kPa之間,按端承樁考慮遠達不到設計的承載力。因此必須進行地基處理。

表1 人工挖孔樁設計參數表

4 處理措施

4.1 地基處理措施

4.1.1 多盤樁技術

根據人工挖孔樁的特點,充分利用位于樁基孔深中部10 m厚左右斷層角礫巖角礫塊體較大、結合較為緊密的特點,在該地段頂部增加一次擴底(擴底尺寸同端部尺寸),樁身分兩次澆注成型,混凝土接槎部位按照施工縫要求進行處理,保證樁身混凝土完整,以提高樁基的承載能力,同時在樁底也進行增大擴孔處理。兩次增大擴孔處理增大的單樁承載力達到19721 kN,使樁基的承載力能達到設計的單樁承載力。

4.1.2 樁端及樁身后注漿技術

樁端及樁身后注漿技術是在人工挖孔灌注樁成樁、樁身混凝土達到預定強度后,采用高壓注漿泵通過預埋注漿管注入水泥漿液、或水泥與其他材料的混合漿液,漿液滲透到疏松的樁端虛尖和巖石的縫隙中,形成強度較高的混凝土;隨著注漿量的增加,水泥漿液不斷向樁端持力層中滲透,在樁端形成梨形體,增加了樁端的承壓面積。當梨形體不斷增大時,滲透能力受到周圍致密土層的限制,使壓力不斷升高,對樁端土層進行擠壓、密實、充填、固結,使樁底沉渣、樁端受到擾動的持力層得到有效地加固或壓密,使樁土間界面的幾何和力學條件得以改善,提高了樁端土體的承載力,從而大幅度提高了單樁承載力。

在樁基澆注混凝土前,在鋼筋籠外表面預埋6根直徑為33.5 mm、厚3.25 mm的鍍鋅鋼管,提前將鋼管端部壓扁,在端部3 m范圍內梅花形鉆孔,孔徑為3～8 mm,間距為150～200 mm,鉆孔部位及端部用內車胎捆綁后進行混凝土澆注。為了防止混凝土漿液堵塞鋼管,在樁基端部干鋪300 mm厚的碎石層,便于注漿施工。注漿壓力控制在3 MPa左右,注漿壓力根據注漿量和注漿情況適當調整。

本次對所有斷層地段的樁基和受斷層影響范圍內塊裂巖地段的樁基均進行了后壓漿處理,降低了樁基的沉降量,防止出現較大的不均勻沉降。

4.2 結構處理措施

新建原煤倉3#倉內框架樁基礎DJ3-11承臺頂部縱橫方向與上層結構之間增設鋼筋混凝土結構斜撐,斜撐的截面尺寸為500 mm×500 mm,將該樁基的荷載進行分解,減少上部結構對該樁基傳遞的荷載。同時也起到增加上部結構剛度的目的,防止不均勻沉降對上部結構的破壞。

5 沉降監測

基礎施工完畢,根據《工程測量規范》(GB50026-2007)及設計圖紙要求,對新建原煤倉倉體進行裝煤沉降觀測。每個倉沿倉體外表面均勻設置4個沉降觀測點,分別在開始滑模、主體工程施工完畢、三分之一裝煤、三分之二裝煤、倉體裝滿煤進行沉降變形觀測,從觀測數據分析,倉體有整體沉降現象,為均勻沉降,沉降量在規范許可范圍內(見表2)。

表2 3號倉沉降變形監測成果表點號

6 結論

采用樁基后壓漿技術和多盤樁技術進行地基處理,結合建筑物上部結構調整,不但能解決樁基單樁承載力不足的問題,同時也解決了樁基的不均勻沉降問題,保證了筒倉的安全。

[1]黃生根,龔維明.鉆孔灌注樁后壓漿的承載性能研究[J].巖土力學,2004(8)

(責任編輯 張艷華 梁子榮)

Engineering geological condition of silo construction and the foundation treatments in Du’erping coalm ine

Xie Yiwei,Zeng Fanyu
(Xishan Coal Electricity Group Co.,Ltd.,Taiyuan City,Shanxi Province 030053,China)

The paper indicates the engineering geological condition of silo construction and the foundation treatments in Du’erping coalmine,and analyzes the impact of Du’erping Faults to the foundation of buildings.The expanding of existing coal storage and distribution silo is realized after foundation treatment bymulti-branch pile and grouting at the end of the pile and beyond the pile body.

Du’erping faults,coal storage and distribution silo,engineering geological condition, hydro geological condition,multi-branch pile technology

TD264.3

B

解奕煒(1963-),男,山西太原人,中國礦業大學煤田地質系煤田地質與勘探專業畢業。現任山西焦煤西山煤電集團副總工程師、地質處處長、高級工程師。