淺談在長溝煤礦污水處理站泵房天然地基處理中的技術應用

張凡

（山西國辰建設工程勘察設計有限公司，山西陽泉 045000）

傳統的生產發展已無法適應新時代的環保要求，環保形勢的嚴峻性和環保工作的重要性也被各個企業礦山深刻認識，環境污染治理已然成為傳統能源企業必須高度重視的工作。所以煤礦水污染治理工程，自然需要投入更多的精力和技術來實現良好的處理效果。礦井水處理站作為重要的水污染處理配套建筑，其重要性要求其建筑質量必須不能有絲毫的馬虎，由于土層的性質變化較大，適時不同地層條件的處理方法是保證工程質量的決定因素[1]。然而在實際建設中，往往會遇到在不理想的天然地基上建筑，比如地層性質多樣，天然地基不均勻，基底下伏存在采空區等多樣的復雜的情況，故對地基處理提出了更高要求，本文以在長溝煤礦水處理泵站建設中的所遇到的情況為例，來介紹針對該地區復雜天然地基處理中采用的一些施工工藝。

1 場區天然地層

根據鉆探資料、場地踏勘等工程地質資料進行綜合分析，場地地層自下而上分別為：石炭系上統太原組（C3t）煤巖及泥巖層，沖洪積成因粉質粘性土（Q3al+pl）及砂質粘性土（Q4al+pl），地表分布新近堆積素填土（Q4ml），揭露的巖土層自上而下分述如下，1層雜填土雜色，松散，以回填建筑垃圾、生活垃圾為主，硬雜質含量大于85%，成份復雜，場區廣泛分布，揭露層厚2.5～3.2m。2層砂質粘性土黃褐色，中-粗粒石英-長石質，稍密—中密狀態，稍濕，粒徑≤50mm含量的大于50%，揭露層厚1.8～4.0m。3層粉質粘性土黃褐色，稍濕，中密，硬塑，硬雜質含量≤25%，土質較均，干強度中等，場區廣泛分布，揭露層厚16.9～28.6m。4層泥巖中等風化，淺灰—深灰色，巖芯呈短柱狀及塊狀，較難擊碎，屬較堅硬巖，中等風化，巖石質量等級為III級，揭露層厚2.3～5.6m。5層煤巖中等風化，黑色，碎塊兒狀，屬較軟巖，僅7#鉆孔有揭露，巖石質量等級為III級，揭露層厚6.2m。在5層中揭露采空區，采空區距離地表26.7～35.6m，掉鉆深度為0.5～1.4m。穿過采空區后揭露6層泥巖中等風化，淺灰—深灰色，巖芯呈短柱狀，較難擊碎，屬較堅硬巖，中等風化，巖石質量等級為IV級，揭露層厚0.5m。

2 采空區

在對下伏地層地質情況勘察的過程中，進一步揭露了其下伏地層中存在采空區，這樣為設計施工又提出新的要求，既涉及煤礦老礦區進行建設工程常會遇到的問題——采空區處理問題，所以需要對采空區的情況做進一步的勘察和了解[2]。同樣還要對地下水的情況、該地區的土的腐蝕性和該地區地震效應，進行相應的判斷和測試[3]。

由于場區地表及周邊地區不存在化工類廠區生產及污水排放，結合已有建筑工程經驗判定，本場區地基土對巖土層及在巖土層上建筑的基礎結構中的鋼筋存在微腐蝕性，并且未揭露地下水，可以不考慮地下水的影響。根據《建筑抗震設計規范（GB 50011—2010）》表 4.1.3 及《建筑抗震設計規范（GB 50011—2010）》表4.1.6，由于基礎埋深確定位于3層粉質粘性土，故場地覆蓋層厚度為大于5m，場地類別為Ⅱ類，地震特征周期值為0.40s。預估等效剪切波速250≥Vs＞150m/s，屬中軟土，根據《建筑抗震設計規范（GB 50011—2010）》表4.1.1判定為建筑抗震一般地段。在這些結論的基礎上我們需要對開空區的范圍和深度進行更加具體詳細的了解。

經過現場勘察，經場地勘察揭露采空區，采空區距離地表26.7～35.6m，掉鉆深度為0.5～1.4m。在其之下進一步揭露了較為穩定的中等風化，淺灰—深灰色，泥巖。通過現場勘察，和室內試驗，判斷其屬較堅硬巖。該地區未揭露到地下水，可不考慮地下水對建筑物的影響。

對于采空區，由于本場區存在15#煤層，根據《陽煤集團長溝煤礦工業場區采空物探解釋成果圖》及鉆孔揭露情況，本采空區以小窯開采為主，采掘方式主要為穿洞擴幫及高落式，采空巷道一般寬4.0m，大多塌落，由于局部多次復采，連通性較好，回采率較高，采空頂板或采空冒落帶距地表較淺，對擬建建筑物的使用及安全存在較大隱患。

根據公式：

其中：Ho-巷道單位長度頂板巖層所受壓力時，頂板巖層恰好保持自然平衡時的臨界深度；B-巷道寬度，取4.0m；γ-巖土的天然容重，取20.0kN/m3；p0-基底處平均附加壓力，取 180kPa；?-內摩擦角，取 25°。

當H＜Ho時，地基不穩定；

Ho＜H＜1.5Ho時，地基穩定性差；

H＞1.5Ho時，地基穩定。

經過計算得：Ho=27.94m

15# 煤層采空區至地表距離 H=34m，27.94＜34＜41.91（Ho＜H＜1.5Ho），故地基不穩定。

需要對采空區進行治理后，可判定為穩定場地，適宜建筑。

3 天然地基概況選取及處理辦法

擬建生活污水處理站天然地基持力層1層填土，1層填土承載力低，壓縮性高，不能作為天然地基持力層，2層的砂質粘性土層與3層粉質粘性土，堆積時間較久，承載力較大，可作為天然地基持力與下臥層。水池的天然地基持力層為3層粉質粘性土，3層粉質粘性土堆積形成時間較久，層位穩定分布廣泛，壓縮性低，可作為天然地基持力層。

由于存在天然地基承載力不足，需要對天然地基及下伏地層存在的采空區進行處理后才可滿足建筑要求。

針對天然地基承載力不足問題，需要進行地基處理，以及選擇合適的基礎形式，針對泵房，建議采用條形基礎，基底置于2層砂質粘性土，超挖部分采用灰土，灰土選用三七灰土換填至基底標高。水池采取混凝土基礎，基底置于3粉質粘性土上。

灰土換填相對于其他材料具有密實度高，變形沉降影響小，相對于樁基礎來說成本低廉材料易于獲取，配比容易掌握，技術要求不高等諸多優點，在多數條件允許的小型建筑建設中較為常用，是比較方便實施的地基處理方法，在夯實后結合國內外及本場區采空區治理經驗，本場地采空處理建議采用壓力灌注水泥粉煤灰漿的方式進行治理。通過打孔下注漿管管方式注漿管根據采空區范圍采用間距為0.8～2.0m間距的梅花孔進行注漿管排布，將注漿管壓入至穿透采空區頂板后，對采空區冒落帶、裂隙帶、殘留空洞灌漿，能有效充填采空區空洞、空隙，對冒落松散巖石及裂隙進行充填、膠結、加固，使得采空區的變形破壞得到阻止，從而使采空區地基達到穩定。采用打孔下注漿管灌注的方式進行填充有諸多環境和經濟方面的優勢和便利條件，首先可以選用過火矸石及燃燒完全的煤粉。來源穩定，在現代精細化生產和開采處理的條件下，本身的顆粒度就已經接近可以直接使用的標準，經過進一步加工，就是很好的原始材料，達到可以滿足治理效果的程度。此外其形成的漿液懸浮度、黏著度、附著力、沉淀情況也容易控制。根據現場需要的程度配合其他不同性質媒介劑，對于配比的變化控制較為容易，可以有效控制其流量流速，對效果預測用量提供了有利的條件，可以保證充填效果。其次，其阻燃的特性針對放頂冒落后存在封堵填充不密實，空隙存在誘導空氣透入導致殘留的煤炭及矸石自燃的可能，通過水泥粉煤灰漿液的加壓填充使其對采掘殘留的煤炭碎塊和矸石進行包裹覆蓋膠結，使煤炭與矸石之間產生隔離層，并且通過壓力盡可能的擠壓空隙裂隙中的存在的空氣，降低氧氣在采空區中的殘留體積，減少空氣中氧氣與殘留的煤炭及煤矸石接觸，從而降低采空空間內的自燃可能性，為采空區治理效果提供安全保障。最后，在經濟層面上講，比采用樁基穿透采空區也在施工成本和施工方式方面有著非常明顯的經濟優勢，對天然地基的擾動相對較小，可操作性較強。配合基底換填，形成較為均勻的分布狀態，有利于建筑的地基穩固和沉降平均，甚至微小沉降。有利于建構筑物的整體結構穩定。對于基坑支護面積也降低了許多成本，相對于整體開挖來說基坑深度和施工方式也相對容易可行在安全性方面也大大提升很多，減少了很多不可控安全風險。

為了保證控制灌注效果，在灌注的過程中也可繼續采用物探手段，對填充的范圍和填充的密實程度進行檢測和控制，在預定邊界采用分次地震波數據對比、取樣等方法，來為施工過程和結果提供依據，從而大大的提升對下伏采空區空洞區域的填充狀況、材料使用方量、填充范圍的控制，對采空區處理中出現的問題也可以及時的發現，減少施工過程中不可控因素對施工結果造成的不良影響。

4 結語

建筑質量關系的到生產的安全，是維護煤礦正常生產秩序進行的重要保障，作為事關關環境重要設施，煤礦污水處理站的建設也是煤礦建設中必須要配套進行建設的建筑，其功能的特殊性，使得其建設所選的位置會受到很多因素的干擾。在復雜地質條件的天然地基上建筑往往也會面對很多自然和未知人工干預帶來的問題。本文結合實際建設中所遇到復雜地質條件提出針對性的處理方法，希望能給類似建設條件中碰到采空區治理的問題的情況，提供一些有利的參考。