非对称注浆法在矿山料仓纠偏与地基加固中的应用

李生生

(天地科技股份有限公司)



非对称注浆法在矿山料仓纠偏与地基加固中的应用

李生生

(天地科技股份有限公司)

为了纠偏中煤仓、矸石仓及加固地基，根据地质资料及前期沉降观测结果分析了其偏斜原因。通过优化钻孔布置，选择合理浆液，采用非对称注浆法进行纠偏和地基加固，处理场地面积660 m2，共布置注浆孔107个，消耗单液水泥浆601 m3、水泥-水玻璃双液浆128 m3。注浆结束后，中煤仓及矸石仓整体最大倾斜度分别由16.8‰、4.3‰降低到0.94‰、0.21‰，地基承载力特征值由110 kPa提高至220 kPa。结果表明，非对称注浆法纠偏效果明显，并较大地提高地基承载能力，保障了中煤仓及矸石仓的长期稳定性。

非对称注浆法 料仓纠偏 地基加固

影响建筑物偏斜的原因多种多样，最主要原因是地基不均匀沉降，包括勘查不详细、地层不均匀、荷载不均匀、施工工艺不当、地下水位下降、采空区影响和使用年度久远等[1-2]。目前倾斜建筑物纠偏的常用技术措施包括迫降法、顶升法及综合法[1-5]。迫降法主要通过掏土或注水等措施[3-5]，使相对沉降较小的一侧加速沉降；顶升法可采取压密注浆或千斤顶等技术抬升相对沉降较大的一侧[6-7]；综合法是运用多种技术手段，达到对偏斜构筑物的纠偏和加固地基基础的目的。注浆技术作为一种纠偏与地基处理的综合法，其优点是既能实现迫降也能实现顶升，在该领域应用较为广泛。注浆法纠偏及加固基础的难点是浆液配比、注浆压力和施工工艺的正确选择。本文针对中煤仓和矸石仓偏斜实际情况和特殊地质条件，应用非对称注浆技术进行纠偏和地基加固。

1 工程概况

某选煤厂位于一近东西向河谷谷底，场地地基土表部为人工填土，其下为二叠系基岩。场地东部填土颗粒细，厚4～8 m，且经过长期固结，较为密实。场地西部为近期回填，填土主要为煤矸石，夹有岩块，均匀性差，厚度较大，10～15 m。设计的中煤仓及矸石装车仓位于场地西北部，为钢筋混凝土框架结构，高约25.1 m，钢筋混凝土柱下为钢筋混凝土筏板式筏形基础，长18 m，宽11 m。中煤仓恒载为1 160 t，活动载为1 590 t；矸石仓恒载为1 170 t，活动载为1 950 t。

中煤仓及矸石仓主体完工后，在四角设置观测点，3个月的沉降观测结果见表1。从图1(a)可以得到：中煤仓基础西部沉降量相对较大，最大下沉量位于西北角，达到303 mm；中煤仓基础东西相对沉降差达260 mm，整体向西偏斜。由图1(b)可以得到：矸石仓基础东部沉降量相对较大，最大下沉量位于东北角，达到121 mm；矸石仓基础东西相对沉降差达83 mm，整体向东偏斜。中煤仓与矸石仓整体最大倾斜度分别为16.8‰和4.3‰，均超过我国现行标准规定的4‰的允许值要求[8]。由沉降观测数据来看，下部地基已无法满足承载和稳定沉降要求，偏斜有进一步恶化趋势；据土工试验及现场调查，场地西部地基土均匀性差，承载力特征值为110 kPa。这些势必严重影响其安全使用，因此，需对中煤仓和矸石仓进行地基加固处理。

2 非对称注浆技术

2.1 纠偏与加固方法

考虑场地填土不均匀、承载力不足的特殊情况，决定采用非对称注浆技术进行综合纠偏和地基加固。非对称注浆技术即在建筑物倾斜两侧采用不同性能的浆液和非均匀布孔方式，利用注浆附加地基变形和固结补强达到纠偏和基础加固的目的。在相对沉降大的一侧采用双液浆压密注浆，顶升基础[4,9-10]；在相对沉降小的一侧采用水泥单液桨，以产生附加沉降迫降地基[3,5]。非对称注浆的实质是精细化的控制注浆施工工艺，其难点在于浆液的配比和注浆压力的控制。

2.2 浆液基本性能

单液浆凝结时间长，在其凝结期间土体抗剪强度降低，地基土在建筑物荷载作用下压缩量增大，从而产生附加沉降进行迫降[2,5]。双液浆凝结时间短，并可精确控制，浆液在土体中形成浆泡，浆泡在注浆压力作用下向外扩张，挤密土体形成的抬升效应可用于地基顶升[4,7,10]。单液水泥浆液选用普通硅酸盐水泥，水灰比控制在(0.6∶1)～(1.2∶1)。在回填土上部注浆中，为防止跑浆，可掺入一定量的水玻璃以控制浆液扩散距离和凝结时间。双液浆按水泥、水玻璃体积比1∶1配制，水玻璃模数控制在2.8～3.0，浓度为38～40 °Be′。

图1 中煤仓及矸石仓主体完工后3个月沉降观测结果

2.3 注浆设计

2.3.1 注浆钻孔布置

以图2所示的中煤仓注浆孔布置为例说明非对

称注浆法纠偏与加固钻孔布置形式。注浆孔总体分为外围孔、顶升孔和迫降孔。由图2可知，中煤仓共布置钻孔59个，其中，外围孔Y1～Y27间距为2～3 m；顶升孔D1～D20布置在相对沉降大的西侧，间排距为2～2.5 m；迫降孔S1～S12布置在东侧，间排距为3 m。与此类似，矸石仓共布置钻孔48个，其中，外围孔24个，顶升孔与迫降孔均为12个。二者共布置107个注浆孔，中煤仓、矸石仓钻孔深度分别为12.2和10.4 m，总钻孔工程量为1 107 m。

2.3.2 注浆施工顺序

顶升侧先施工外围孔，有利于该侧顶升效应，然后顶升孔由外向内逐渐推进。迫降侧先由外向内施工迫降孔，最后再施工外围孔，防止后期继续附加沉降。外围孔与顶升孔均采用双液浆，迫降孔采用单液桨。

图2 中煤仓非对称注浆法注浆孔布置(单位：mm)

2.3.3 注浆压力

注浆压力控制是本次施工中的难点，为防止浆液冲散地基土，造成地基急剧变形，严格控制迫降单液注浆侧注浆压力不超过1 MPa，尽量采用静压注浆，控制单次注入量并多次复注[5,11]。顶升双液压密注浆侧注浆压力应控制在1～2 MPa，既保证了足够的顶升效应，又避免了土体剧烈破坏而影响后期地基承载力[7,9,12]。

3 注浆效果检验

本次非对称纠偏及加固地基处理面积为660 m2， 共消耗单液水泥浆601 m3，水泥-水玻璃双液浆128 m3，总注浆量为729 m3。施工过程及后期采用地面沉降监测及地基土动力探触试验进行注浆效果检验。

3.1 地面沉降监测

注浆施工时间为一个月，后期又进行了2个月的地基监测。图3(a)为中煤仓地基变形曲线，可以看出，由于压密顶升侧先进行帷幕孔的施工，西南角与西北角初期顶升效应不明显，后期顶升效应明显增强，施工结束后西北角与西南角分别抬升103和85 mm；迫降侧附加沉降较为迅速，后期由于外围孔采用双液压密注浆，存在轻微的抬升趋势；施工结束后东北角与东南角分别迫降140和106 mm。图3(b)为矸石仓地基变形曲线，可以看出，压密顶升侧抬升效应响应迅速，东北角与东南角抬升量分别为21和14 mm；迫降侧的西北角与西南角分别迫降40和27 mm。施工结束过后，中煤仓与矸石仓基础两侧最大相对高程差分别为17和11 mm，整体最大倾斜度分别由16.8‰和4.3‰降低到 0.94‰和0.21‰，远小于我国现行标准规定的4‰的允许值，偏斜得到了明显改善。

图3 注浆施工及后期监测期间沉降监测结果

3.2 地基承载力试验

注浆结束达到规定的养护时间后，采用动力触探对注浆加固地基回填土进行承载力特征值检测，共布置动触探检测孔6个，中煤仓区域与矸石仓区域各3个。动力触探结果见图4。其中，图4(a)为中煤仓区域深度-击数曲线，击数最小25击，最大58击，平均39.9击；图4(b)为矸石仓区域深度-击数曲线，击数最小26击，最大72击，平均46.4击。通过试验数据综合分析得出：注浆结束后地基承载力特征值超过 220 kPa，比加固前提高一倍，满足承载力要求。

图4 注浆后动力触探结果

4 结 论

(1)本工程采用非对称注浆法，中煤仓及矸石仓整体最大倾斜度分别由16.8‰和4.3‰降低到 0.94‰和0.21‰，偏斜得到明显改善；地基承载力特征值由110 kPa提高至220 kPa。通过注浆加固，中煤仓及矸石仓地基承载能力及压缩模量得到明显改善，有效控制了地基基础的进一步沉降与变形。

(2)非对称注浆法作为一种综合处理技术，能一次完成建筑物纠偏与地基基础加固。在顶升侧与迫降侧采用不同类型的浆液和不对称的布孔方式，以形成地基相对附加变形来抵消原先地基不均匀沉降差。

(3)非对称注浆技术作为一种精细化的控制注浆技术，其难点在于浆液的配比和注浆压力的控制。实际操作过程中必须进行注浆压力及地基附加变形的及时监测，为非对称注浆法施工方案动态调整提供依据。

[1] 董庆欢，李生生,孙晓宇，等.同家梁煤矿采空区注浆充填工艺[J].现代矿业，2016(6):37-39.

[2] 汤文岗，李晓昭，黄 慷.注浆沉降法建筑物纠偏加固机理与关键技术研究[J].工程地质学报,2005,13(4):551-556.

[3] 高传宝，宋德斌.浅层掏土法在建筑物纠偏中的应用[J].煤炭工程,2003(11):30-33.

[4] 冯旭海.压密注浆作用机理与顶升效应的研究[D].北京:煤炭科学研究总院,2003.

[5] 耿 杰.注浆加固和注水纠偏方法的设计与施工[J].西部探矿工程,2000(2):37-39.

[6] 张旭东.建筑地基处理方案的比选[J].煤炭工程,2012(5):27-30.

[7] 冯旭海.压密注浆加固抬升效应与机理的探讨[J].岩土工程界,2008(11):27-30.

[8] 中国建筑科学研究院.GB 50007—2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[9] 郭忠贤，杨志红.既有建筑物地基土压密效应的研究[J].岩土工程技术,2000(1):47-50,54.

[10] 侯艳娟，张顶立，陈峰宾.隧道施工下穿建筑物注浆抬升机制及预测研究[J].岩石力学与工程学报,2011(12):2407-2415.

[11] 贾贵毓.静压注浆法在赣江职院回填补强处理中的应用[J].西部探矿工程,2006,18(12):34.

[12] 杨立斌，王国瑞.既有建筑地基注浆加固实践[J].探矿工程：岩土钻掘工程,2012,39(8):65-68.

2016-07-23)

李生生(1981—)，男，助理研究员，硕士，100013 北京市朝阳区和平里青年沟路5号。