软基综合加固技术在和尚桥矿石转载站基础处理中的应用

张素华 徐进军

（1.湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司 长沙市 410007；2.马钢集团南山矿业有限责任公司 马鞍山市 423000）

1 工程概况

马钢集团南山矿业有限责任公司和尚桥采矿场位于马鞍山市向山镇西南5km的佳山乡境内，距南山矿约3.5km，矿区有简易道路与南山矿相连。和尚桥采矿场建设规模为矿石（600～700）万t/a，矿山服务年限为20年。采石场的开拓运输方案为汽车-铁路联合运输，在采场东部设矿石振动放矿转载站和岩石振动放矿转载站各一座，分别担负和尚桥采场矿石和岩石的转载任务。

2010年矿石振动放矿转载站和岩石振动放矿转载站土建工程完成后，9月开始对和尚桥采石场振动放矿进行大面积的高堆土，高堆土施工期间，发现矿、岩振动放矿料仓及挡墙位移、沉降、倾斜。为此，原设计、试验、检测单位对和尚桥振动放矿堆土场进行了补充勘察和地基内设置的CFG桩进行了检测，并对振动放矿系统变形进行了变形测量和观测。建筑物及基础变形情况如下：

（1）观测时间内，矿石振动放矿系统水平位移量达到（+3.4～-16.2）mm；岩石振动放矿系统沉降量水平位移量在（+3.6～-5.1）mm。矿石振动放矿系统沉降量最大4.4mm；岩石振动放矿系统沉降量最大1.6mm；地下水位下降280mm。

（2）矿石与岩石转载站III类桩比例为35.29%，Ⅳ类桩比例为5.9%。

（3）在振动放矿系统场地除振动放矿系统料仓变形外，填筑场地的西北面地表出现隆起。

根据勘察和桩检测情况，停止了矿石振动放矿场的填土，并对靠近变形较大的矿石料仓范围内进行了取土卸载。为了矿石振动放矿场和转载站的正常使用，必须对转载站场地填土引起周边建筑物的变形基础进行加固处理。

2 矿石振动放矿场和转载站地基地质条件

2.1 地形地貌

拟建场地位于和尚桥采石场，经过部分堆土后地形起伏较大，标高在（11.00～24.30）m之间，原地面高程为（11.5～12.0）m。地貌单元属山麓斜坡堆积。

2.2 岩土性状

根据勘探揭露的地层情况，建筑物场地岩性自上而下分别为：

（1）素填土：灰黄色，主要为粉质粘土，局部夹有植物根茎，呈松散状态。厚度（0.3～13.30）m，层底标高（7.70～12.20）m，埋深（0.3～13.30）m。主要分布在原地形（11.5～12.0）m以上。无建筑意义。

（2）粉质粘土：灰黄色、灰色，呈可塑状，含少量铁锰质锈斑，稍有光泽，无摇震反应，干强度中等，韧性中等，整个场地局部缺失。厚度（0.5～13.2）m，层底标高（-1.0～11.20）m，埋深（1.8～19.60）m。分布于原地形较高的山头部位。压缩系数平均值a1-2=0.27 MPa-1，属中等压缩性土，具有一定的承载能力，可作为浅基础持力层。

（3）粉质粘土：灰黄、灰黑色，呈流～软塑状，局部夹有薄层粉土，底部含棱角状碎石，稍有光泽，无摇震反应，干强度、韧性低，整个场地局部地段缺失。厚度（2.70～20.30）m，层底标高（-11.20～8）m，埋深（7.60～34.20）m。压缩系数平均值a1-2=0.42MPa-1，属中等偏高压缩性土，底部含棱角状碎石，承载能力差。分布于建筑物基础之下，是基础内产生变形的主要来源。

（4）全风化闪长岩：黄色，风化强烈，岩芯呈粘土化，夹有碎块，以残积土形式存在，属极软岩，标准贯入锤击数实测平均值为23.4击，属中等偏低压缩性土。结构基本～全部破坏，有残余结构强度，干钻可钻进。未揭穿。

2.3 地下水

场地内地下水为上层滞水及孔隙潜水，赋存于第四系松散地层的孔隙中，接受大气降水和地表水体的补给，整个场地下水位较高，基本与建基面平齐。

2.4 存在的主要工程问题

矿石振动放矿场和转载站上部建筑物形成后，在转载站进料侧进行进料道路和堆料场填筑接近料仓进口时高程时，发生（+34～-162）mm水平位移和（+3.6～-5.1）mm垂直位移。转载站基础向出料口方向前推，上部建筑物向进料口后仰，建筑物整体出现沉陷倾斜，严重威胁建筑物安全和运行，必须采取有效的处理措施，对建筑物基础进行加固，防止变形继续发展，才能确保该建筑物正常发挥作用。

3 软基综合加固处理技术

3.1 变形原因分析

矿石转载场和岩石转载场两个转载场料仓填土加载后，发现矿、岩振动放矿料仓及挡墙位移、沉降，在振动放矿系统场地除振动放矿系统料仓变形外，填筑场地的西北面地表出现隆起，说明现转载场下部的地基承载力不够。根据地质资料分析，转载场地基中存在（12.8～18.8）m流～软塑状粉质粘土，含水量高，承载力极低，仅90kPa左右，是地基发生剪切破坏的主要原因。料仓建设时已考虑了此软弱层的问题，采用CFG桩进行了地基处理，但CFG桩与转载站料仓基础混凝土之间的联结未处理好，使CFG桩未充分发挥作用，当料仓加载时，载荷超过地基承载能力，导致桩间的土体发生位移，使部分CFG桩发生剪切变形，引起地基破坏。

3.2 综合加固处理技术

（1）填土卸载。由于填土堆载速率过快，建筑物地基变形发展迅速，为减少变形、便于处理施工，对料仓填土进行卸载，减少土压力对变形的影响。

（2）加强基础连接，扩大基础，减少单位荷载。北面采用加宽梁板与地连墙相接，南面增设直径1.2 m的钻孔灌注桩，作为持力桩。桩与原基础采用混凝土梁板相连。先施工完成梁板混凝土与原地连墙的连接，再施工钻孔灌注桩和梁板连接，然后对料仓基础、挡土墙基础采用可控注浆对复合地基加固。

料仓北面在料仓段和挡土墙段分别设置板和梁与地连墙相接，梁、板宽3.2m、高1m。

料仓南面增设钻孔灌注桩：布置在料仓南面CFG桩的外延1200mm处，共12根，其中料仓段布置4根，挡土墙段布置8根。进入风化岩不小于6m。挡土墙段桩上部设置宽1.6m、高1m的梁，料仓段设置宽1.8m、高1m的混凝土梁与原底板混凝土相接。

通过梁、板、桩的有效连接，使建筑物基础形成整体，一方面使上部荷载传递到承载力较大的基岩上，另一方面增大了基础受力面积，减少了单位面积上的荷载，有利于基础稳定。

（3）进行软土加固，提高地基承载力。待所有梁板混凝土施工完成28d后，对料仓底板、挡土墙底板进行可控注浆。料仓内可控注浆孔布置在连接板上，南北面梁板各布置三排，孔距2m。第一排斜孔27°，注浆深度6.8m；第二排斜孔37°，注浆深度10.0 m，第三排斜孔60°，注浆深度18.5m。注浆孔钻孔孔径采用Φ110，注浆完成后，再扫孔下入钢管，全孔注浆，形成钢管桩结构。钻孔合计108个，孔深约1440.0 m，灌浆深度约1260.0m，钢管桩长度约1440.0m。

挡土墙基础内可控注浆孔布置在挡墙外侧，布置两排斜孔，孔距2m钻孔孔底进入到挡土墙基础下部，第一排斜孔49°，注浆深度9.3m，第二排斜孔68°，注浆深度17.2m。钻孔合计96个，孔深约1272.0 m，灌浆深度约1272.0m。

●工艺流程：定孔、设备调校—→钻孔—→下注浆管—→制浆、泵送—→灌浆—→下入钢管—→浓浆封孔。

●灌浆次序：可控灌浆先施工外围排，再施工内排；每排分二序，按先施工Ⅰ序，再施工Ⅱ序。Ⅰ序孔孔距6m，Ⅱ序孔孔距6m，穿插在Ⅰ序孔中。

●灌浆材料：主要采用水泥与水玻璃可控浆材。水泥采用普通R32.5硅酸盐水泥，水玻璃：Be″=28～40，模数2.4～3.0。灌浆水灰比0.6∶1～0.8∶1，采用高速制浆机制备,搅拌时间不少于30s，采用普通制浆机不少于3min。

●材料配合比：水泥-水玻璃掺合比例：水玻璃开灌时按5%添加，当灌入量超过200L/min时，而压力未见上升，注入率未减小时，则须加浓水玻璃，按8%控制，若注入率仍较大或改变不明显，而灌入量达到300L/min时，则改用加配10%的水玻璃进行灌注,有效控制水泥浆液的充填范围。

●灌浆：钻孔至设计深度后，下入灌浆管至孔底，然后分层填入砂砾料（砂卵石层）和粘土球（粘土层以上），确认止水效果良好后，自下而上分段灌浆到粘土层内3m。

●施工参数:当注入率小于5L/min，灌浆压力Ⅰ序孔达到（0.6～0.8）MPa，Ⅱ序孔达到（1.0～1.2）MPa，Ⅲ序孔达到（1.2～1.4）MPa，稳定（10～15）min方可结束。

●特殊情况处理：a凡遇灌入量大，改变速凝剂加入比例仍无改善者，则采用加入粘土的膏状浆液进行灌注，有效控制浆液的充填范围。b冒浆处理：上提时，灌浆管壁接缝处易出现冒浆，一般情况下当孔口冒浆后待凝（15～30）min后再灌。

●全孔灌浆结束后，下入设计要求的钢管。

●封孔灌浆:灌浆完成后，将0.5∶1的浓水泥浆液注满全孔封孔，屏浆30min。

通过可控挤入灌浆和钢管的置入，使地层得到挤压密实，同时形成基础与钢管桩，使地基承载力从90kPa提高到150kPa以上，有效提高地基自身的存在能力，更利于防止地基土变形，使上部建筑物更趋于稳定。

（4）增加排水措施，降低地下水位。转载站水平排水体采用沿砂桩方向施工排水沟，用砂沟导出。砂沟采用透水性好的中粗砂，干密度要求大于1.5t/m3，砂沟垫层厚度为0.5m，布置宽度1m，总长648m，用砂量324m3，集中向低洼处排泄。竖向排水体：施工砂桩2排，采用正三角形布置，砂井直径为0.4m，砂井间距为2.6m，砂桩深度12m，砂桩250根，总长3000m，用砂量375m3。临时倒装台四周施工2排砂桩，南侧和北侧砂桩布置长度各120m，东侧和西侧各为55m。水平排水体砂垫层采用透水性好的中粗砂，要求干密度大于1.5t/m3，垫层厚度为0.5m，布置宽度1m，用砂量350m3，集中超低洼处排泄。竖向排水体：施工砂桩布置2排，采用正三角形布置，砂桩直径为0.4m，间距为2.6m，深度12m。总桩数270根，用砂量407m3。沿采场填筑公路两侧土体坡脚处设置砂井和排水沟。施工砂桩1排，砂井直径为0.4m，间距为5m，砂桩深度12m，布置总长度1400m。水平排水体砂垫层采用透水性好的中粗砂，干密度要大于1.5t/m3，垫层厚度为0.5m，布置宽度1m，用砂量700m3，集中向低洼处排泄。施工砂桩280根，用砂量422m3。

通过各建筑物水平、垂直向的排水和导出，有效降低地下水位，利于软弱土体内孔隙水排泄和地基土排水固结，提高土体承载能力。

4 加固处理效果

马钢南山矿和尚桥矿石振动放矿转载站通过软基综合加固处理技术施工加固后，现场检测地基土标贯击数由平均6.9击提高到15击，桩间土由软塑～流塑挤密至可塑～硬塑状，地下水位降低近1m，经过1年多的运行观察，水平位移为20mm，沉降位移2 mm。满足加固设计要求和安全运行要求。

5 结 语

置于软基上的建筑物出现位移、沉降、倾斜主要因地基土承载力不够而引起。马钢南山矿和尚桥矿石振动放矿转载站通过软基综合加固处理技术从整体基础、扩大基础面积、增加桩柱传力承载、地基土挤密加固、排水等综合措施入手，采用增加钻孔灌注桩、梁板连接、钢管桩、可控挤密灌注、竖直砂井、水平砂沟等方法对软土地基进行综合加固处理，取得良好的加固处理效果，保证了矿石振动放矿转载站暨有建筑物的安全运行。