非對稱注漿法在礦山料倉糾偏與地基加固中的應用

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，根據地質資料及前期沉降觀測結果分析了其偏斜原因。通過優化鉆孔布置，選擇合理漿液，采用非對稱注漿法進行糾偏和地基加固，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、地層不均勻、荷載不均勻、施工工藝不當、地下水位下降、采空區影響和使用年度久遠等[1-2]。目前傾斜建筑物糾偏的常用技術措施包括迫降法、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加速沉降；頂升法可采取壓密注漿或千斤頂等技術抬升相對沉降較大的一側[6-7]；綜合法是運用多種技術手段，達到對偏斜構筑物的糾偏和加固地基基礎的目的。注漿技術作為一種糾偏與地基處理的綜合法，其優點是既能實現迫降也能實現頂升，在該領域應用較為廣泛。注漿法糾偏及加固基礎的難點是漿液配比、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條件，應用非對稱注漿技術進行糾偏和地基加固。

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，厚4～8 m，且經過長期固結，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構，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，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，在四角設置觀測點，3個月的沉降觀測結果見表1。從圖1(a)可以得到：中煤倉基礎西部沉降量相對較大，最大下沉量位于西北角，達到303 mm；中煤倉基礎東西相對沉降差達260 mm，整體向西偏斜。由圖1(b)可以得到：矸石倉基礎東部沉降量相對較大，最大下沉量位于東北角，達到121 mm；矸石倉基礎東西相對沉降差達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‰，均超過我國現行標準規定的4‰的允許值要求[8]。由沉降觀測數據來看，下部地基已無法滿足承載和穩定沉降要求，偏斜有進一步惡化趨勢；據土工試驗及現場調查，場地西部地基土均勻性差，承載力特征值為110 kPa。這些勢必嚴重影響其安全使用，因此，需對中煤倉和矸石倉進行地基加固處理。

2 非對稱注漿技術

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進行綜合糾偏和地基加固。非對稱注漿技術即在建筑物傾斜兩側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補強達到糾偏和基礎加固的目的。在相對沉降大的一側采用雙液漿壓密注漿，頂升基礎[4,9-10]；在相對沉降小的一側采用水泥單液槳，以產生附加沉降迫降地基[3,5]。非對稱注漿的實質是精細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

單液漿凝結時間長，在其凝結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，從而產生附加沉降進行迫降[2,5]。雙液漿凝結時間短，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時間。雙液漿按水泥、水玻璃體積比1∶1配制，水玻璃模數控制在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個月沉降觀測結果

2.3 注漿設計

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，間排距為2～2.5 m；迫降孔S1～S12布置在東側，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

頂升側先施工外圍孔，有利于該側頂升效應，然后頂升孔由外向內逐漸推進。迫降側先由外向內施工迫降孔，最后再施工外圍孔，防止后期繼續附加沉降。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，為防止漿液沖散地基土，造成地基急劇變形，嚴格控制迫降單液注漿側注漿壓力不超過1 MPa，盡量采用靜壓注漿，控制單次注入量并多次復注[5,11]。頂升雙液壓密注漿側注漿壓力應控制在1～2 MPa，既保證了足夠的頂升效應，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測及地基土動力探觸試驗進行注漿效果檢驗。

3.1 地面沉降監測

注漿施工時間為一個月，后期又進行了2個月的地基監測。圖3(a)為中煤倉地基變形曲線，可以看出，由于壓密頂升側先進行帷幕孔的施工，西南角與西北角初期頂升效應不明顯，后期頂升效應明顯增強，施工結束后西北角與西南角分別抬升103和85 mm；迫降側附加沉降較為迅速，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，壓密頂升側抬升效應響應迅速，東北角與東南角抬升量分別為21和14 mm；迫降側的西北角與西南角分別迫降40和27 mm。施工結束過后，中煤倉與矸石倉基礎兩側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‰，遠小于我國現行標準規定的4‰的允許值，偏斜得到了明顯改善。

圖3 注漿施工及后期監測期間沉降監測結果

3.2 地基承載力試驗

注漿結束達到規定的養護時間后，采用動力觸探對注漿加固地基回填土進行承載力特征值檢測，共布置動觸探檢測孔6個，中煤倉區域與矸石倉區域各3個。動力觸探結果見圖4。其中，圖4(a)為中煤倉區域深度-擊數曲線，擊數最小25擊，最大58擊，平均39.9擊；圖4(b)為矸石倉區域深度-擊數曲線，擊數最小26擊，最大72擊，平均46.4擊。通過試驗數據綜合分析得出：注漿結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 注漿后動力觸探結果

4 結 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的進一步沉降與變形。

(2)非對稱注漿法作為一種綜合處理技術，能一次完成建筑物糾偏與地基基礎加固。在頂升側與迫降側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)非對稱注漿技術作為一種精細化的控制注漿技術，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行注漿壓力及地基附加變形的及時監測，為非對稱注漿法施工方案動態調整提供依據。

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2016-07-23)

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