劈裂注漿技術在老煤倉地基加固中應用

摘 要：蘇北地區許多煤礦的煤倉建于20世紀六七十年代，限于當時的技術發展，煤倉基礎的設計上多采用整板基礎，幾十年后，由于實際產量遠遠超過當初設計的規模，導致煤倉不堪重負，發生不同程度的傾斜及下沉，嚴重威脅到煤礦的安全生產。本為以實際施工的項目為模板，論述了采取劈裂注漿技術以注漿帷幕方式對煤倉地基進行加固的施工工藝及方法，并對其實施過程中的經驗及效果進行了分析。

關鍵詞：煤倉 劈裂注漿 注漿帷幕 地基加固 壓力注漿

中圖分類號：TD44 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（b）-0014-02

1 概述

1.1 工程概況

張小樓井位于徐州市西北部，其煤倉建于20世紀60年代，設計儲量2000余噸，由由三座直徑為10.5 m、高約為20 m的圓倉，其南北并列組成，整板基礎是最為基礎形式，基礎埋在在②層粉土與③層粉質粘土層間。該煤倉自發現傾斜以來，南倉傾斜側相對沉降量達到242 mm，北倉196 mm，月沉降量高達11 mm，煤倉傾斜側傾斜造成皮帶廊出現危情。最主要的原因在于煤倉傾斜側的儲煤場上堆煤的儲存量遠遠的超狗了設計量的范圍，地基附加應力值上也遠遠的超過了地基承載力，再加上煤倉基礎所處粉土層土體滲透系數較大，含水量較高，造成煤倉傾斜側超量沉降，從而帶動煤倉向傾斜。

1.2 工程地質概況

（1）層雜填土：主要由煤矸石回填而成，厚約3.5 m。（2）層粉土：灰黃色，中密，含鐵銹質，具振動水析現象，厚約1.1 m。（3）層粉質粘土：灰褐色，可塑，層狀，土質不均，夾粘土薄層，厚約1.2 m。（4）層粉土：黃褐色，中-密實，具振動水析現象，厚約3.0 m。（5）層粉土（淤泥質）：灰色，中-密實，具振動水析現象，土質不均，含有淤泥質粘土，厚約1.0 m。（6）層粘土：厚約2.0 m。

2 加固方案

2.1 劈裂注漿方案的確定

我公司受礦方委托決定采用劈裂注漿技術對該煤倉進行加固，做法是在煤倉基礎傾斜側2 m處布置一排深攪樁，形成注漿帷幕，這樣就可以防止在內測注漿使其漿液不會向外滲透現象，就不會影響到注漿在加固時候的效果。同時在止漿帷幕和煤倉基礎之間布設兩排垂直的注漿孔，運用梅花錯位的方式來進行布置，其中內排穿透煤倉的基礎底板，而外派則不用穿過煤倉的基礎底板。進行劈裂壓力注漿，施工時由外排到內排施工，間隔注漿。

此法特點是深攪樁止水帷幕便于施工，受地面、地下條件限制小，形成帷幕效果也較好，垂直注漿孔施工便利，滲透均一，特別是劈裂注漿技術能在不同深度反復壓力注漿，使漿液均勻的擴散到煤倉基礎底板下，使底板與加固土體形成一體。

2.2 止水帷幕及注漿孔設計

為了在加固土體注漿時防止漿液向加固土體外側跑漿，造成不必要的浪費，在煤倉基礎傾斜側外2 m處布置一排深攪樁，樁徑500 mm，樁間搭接150 mm，樁長約10 m，形成地下連續注漿帷幕，其作用還能阻擋外側儲煤倉堆煤的地基附加應力向煤倉基礎底部擴散。在帷幕孔內側，設兩排注漿孔，排間距1600 mm，孔間距2000 mm，梅花錯位布置，其中最內側一排注漿孔設在煤倉底板基礎上，穿透底板，孔深11 m左右，孔徑74～108 mm，計31孔。

3 注漿施工

3.1 鉆孔結構

注漿鉆孔均采用Φ108鉆頭開孔，下入6.0 mΦ90鋼管作為護口管。為防止上部雜填物跑漿，護口管外壁用水泥漿封閉固管。下部用Φ74鉆頭鉆進，直至孔底標高，再用Φ50劈裂注漿管壓力注漿。

3.2 施工原則

按設計要求，施工好深攪樁止水帷幕，待注漿帷幕施工完7 d后再由外向內逐排施工注漿孔，注漿孔的施工孔位布置呈梅花狀（見圖1），注漿時間隔跳躍式進行，漿液同帷幕孔，水灰比先稀后稠，壓力由低到高，但壓力終壓條件和帷幕孔有所不同，詳見3.4終壓條件控制。

3.3 封孔

劈裂注漿管安放到位后，用粘土摻少量水泥將鉆孔孔口向下1 m范圍內封死，注意要夯實，防止水泥漿外溢。

3.4 終壓終量控制

注漿孔終止壓力為0.8～1.0 MPa，注漿量在6～8 m3。實際注漿時根據地層及現場情況參數略有調整。初始注漿按設計控制，少數孔采取復注式注漿，壓力控制在1.2 MPa，注漿量控制在10 m3以內。

4 施工工藝及工程量

4.1 施工工藝

鉆孔→下鋼套管→安放劈裂注漿管→封孔→分段注漿。

其中要注意以下幾點：（1）用鉆機按正常的方法鉆進成孔，保證孔徑及垂直度。（2）下入劈裂注漿管并安放到位。（3）封孔，材料以粘土為主摻少量水泥，孔口向下1 m范圍內要填實。（4）待封孔材料凝固5 d后自下而上分段注漿。（5）注漿次序：遵守逐漸加密原則，分兩次以上加密。（6）注漿標準：不吃漿為止，壓力一般小于1.2 MPa，吃漿量小于1～2 L/min即可終止。

4.2 工程量

全部工程自2011年7月15日開始，至9月8日竣工，歷時55 d時間，現場投入施工鉆機2臺，注漿泵2臺，吊車1臺，水泥罐2個，共完成注漿孔37個，其中檢查孔3個，實際注入PhS7zucgVFPiKixBr4bAATVY3yYom+VmRwJx7412NF4=水泥量379.4T。

5 注漿效果評述

5.1 注漿檢查孔取樣特征

在注漿工程即將完成之前，經過有關單位分析決定在三座煤倉之間底板上及帷幕外施工三個檢查孔，取芯結果發現有如下情況：（1）0～3.6 m為雜填土，主要由煤矸石組成。（2）3.6～5.0 m為煤倉基礎。（3）5.0 m處為煤倉基礎底部，有純水泥塊取出，并有基礎底部墊層毛石與水泥漿膠結在一起的巖芯取出。（4）5.0～6.60 m為粉質粘土，6.0 m左右發現有片狀水泥。（5）7～8.50 m為粉土，發現有片狀水泥樣。（6）8.50～10.0 m為灰色粉土，發現有線狀水泥樣。

5.2 土層物理力學性質對比

注漿施工前勘察孔各土層物理力學性質指標與注漿后的檢查孔資料詳見（表1）。

通過上表可明顯看出：通過注漿使土層物理力學性質有所改變，如孔隙比減少，密度增大，含水量減少，塑性指標降低。土的力學性能指標也顯著改善。如內聚力與摩擦角指標大大增加，而壓縮系數降低，所有這些指標均表明地面壓力注漿使煤倉傾斜側及底板基礎下各土層得到結構性加固，土層的抗變性能大大提高，從而阻止了煤倉的繼續傾斜。

5.3 經濟效果分析

煤倉地基的加固沒有太好的直接有效地方法，如果遏制不住其傾斜的趨勢，只有拆除重建，其費用將高達上千萬元，并且將影響礦井的生產，間接損失更是無法計算；而整個注漿加固工程預算為50萬元，實際施工總結算造價為約40萬元，可以說以極小的投入取得了較好的效果。

5.4 結論

通過對該煤倉傾斜劈裂注漿加固工程的設計與施工，進行分析對比，取得了以下有價值的經驗。

（1）運用地面注漿方法對建筑物的傾斜進行加固處理，方法可行，優勢明顯；注漿止水帷幕效果較好，起到了止漿作用，避免了浪費；被加固土體孔隙比減少，密度增大，抗壓抗剪強度指標提高。（2）工程實踐證明，用劈裂注漿方法治理建筑物傾斜不僅具有施工條件好、安全性強，可操作性好等優點，更具有加固體固結防滲質量高，加固地基效果明顯，不影響礦井正常生產，具有明顯的經濟效益和推廣應用價值。

參考文獻

[1]JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范 [S].

[2]GB 50021-2001，巖土工程勘察規范[S].

[3]JGJ 79-91，建筑地基處理技術規范[S].

[4]JGJ 94-2012，建筑樁基技術規范[S].