矿山工程施工导致地表沉降的处理实例研究

郭万得

（广东明源勘测设计有限公司，广东 河源 517000）

面对矿山桩基工程施工，多数是在已建工程的包围圈里。特别是在特殊地质条件下，在桩基施工中，稍有不慎都可能导致周围地面沉降现象的发生。尤其是本文介绍的案例工程的区域属于特殊地质带，地下层潜伏广泛的碳酸盐，地上水位通常是在土石分界面上下分布，地层坍塌发生的概率很大，对工程施工会造成严重的影响。本文就该区域特殊地质问题,提出了复杂地质条件下基坑施工综合处理方法，主要采用钻灌一体冲挤灌浆工艺的止水帷幕，将从以下几个方面进行介绍。

1 桩基施工中防止地面沉降的处理方案

1.1 桩基工程概况

该工程的基坑围护桩从开工到完工，共计用了50 天的时间，完成了562 根桩的施工，采用的是振动机械下12m 深套管、旋挖成孔工艺[1]。该项目的工程桩于2019 年9 月12 日开始施工，利用的施工技术为泥浆护壁、冲击成孔等，但在开工半个月后，该桩十米处的基坑围护外侧发生塌陷情况，虽然及时处理了塌陷问题，但由于塌陷区域南侧的原有工程项目及地表出现不均匀的沉降，只能暂停桩基施工，共计完成桩基203 根。

1.2 场地周围沉降状况分析

按照监测的具体计划，总共设立了17 个沉降观测点，负责场地周边沉降情况监测，其中临近塌陷的201#桩的原有工程的观测点的编号为CJ1 ～CJ6，周边工程项目通过十个月的观测，得出数据显示，场地周围原有工程项目在本项目不同对应区域桩基施工的四个阶段沉降变化的状况大体一致，具体如下：第一，围护桩施工阶段基坑周围建筑监测点显示沉降量显著增加，沉降速率为0.24mm/d ～0.41mm/d，累计沉降量占总沉降量的比例大约在55%左右；第二，维护桩施工完毕到工程桩施工之前的过渡期不同监测点的沉降速率明显恢复到稳定状态；第三，工程桩施工阶段各监测区域的沉降速率再度增加，在对受特殊地质条件影响的201#桩附近范围内的监测点数据可以不计的情况下，其他监测点沉降量大约为5mm 左右，沉降发生差异程度不明显，明显低于维护桩施工期间的沉降速率；第四，2019 年9 月27 日，在进行桩施工引发地质坍塌，周围的原有工程项目20m 处的监测点CJ2 以及15m 处的监测点CJ3，沉降速率增加迅速，一个月内两个监测点的沉降量增加分别为13mm 和17mm，但其它监测点检测数据都没有异常变化，初步判断对塌陷的影响范围不会超过24m；第五，在暂停施工阶段，不同监测点沉降速率都呈现平缓的状态，小于0.02/d 的监测点大约占比60%。

1.3 对出现沉降区域的鉴定与勘查

1.3.1 出现沉降区域的鉴定

上文介绍在桩基施工中发生塌陷处的面积大约为3 900 平方米，为条形浅基础的砖混结构。该监测点CJ2 距离大约20m，CJ3监测点距离15m 左右，两个监测点沉降速率在快速增加[2]。相关权威部门对施工区域周边项目的安全情况实施鉴定，结果如下：顶面、侧面都是预制板，使用砖墙的承重体系，而实际的承重墙为24cm 厚的实心砖。经过对楼体的检测和复核计算，施工项目各层墙体的承重载力复算数据都没有超标。

1.3.2 对施工区域的现场勘查

通过对工程区域中的塌陷情况进行调查，考虑到原有矿山施工场地与施工区域的地下贯通的可能性，便委托工程的第三方利用探地雷达法、高精度瞬变电磁法、跨孔地震波层析成像法、微动探测法等手段对附近区域地下地质发育状态实施综合勘查，勘查结果如下：在探测的有效范围内，塌陷区域的深度通常距离地面14m～38m 左右，主要是黏土和碎石填充[3]。

1.4 场地周围施工项目及地表沉降原因综合分析

通过对桩基施工状况、地质结构、沉降的数据等的分析，得出场地周边工程施工及地表沉降的原因。第一，施工振动因素，体现在维护桩施工振动设备作用下，在工程桩和钢套管冲击成孔引起的强烈振动，对振动因素实施消除后，沉降现象立刻收敛；第二，穿越地质层造成的影响，顶板被冲击成孔进行穿越后，突然发生护壁泥浆漏失的现象，井下水会改变动力条件，从而引发沉降；第三，塌陷的因素，塌陷的地层会直接导致附近地表发生沉降变形。

2 后续基坑施工降低影响的处理方案

图1 灌浆隔离孔位布置示意

按照物探勘察后的相关结果，得知原有项目以北部分地下岩溶与拟建矿山工程项目存在贯通，基于拟建工程还没有施工的17 根工程桩，加之受不良地质条件的不良影响，制定隔离方案，即在已有项目与拟建矿山工程项目之间实施钻孔止水帷幕灌浆，以防止水土流失。根据需要的间距布设钻孔，实施填充、渗透、构建一道封闭的隔离体，将两者之间的地下水力联系彻底切断，达到两者完全隔离的效果，将周边地表沉降程度控制在最小范围。更能减轻后期桩基施工对周边环境的不良影响[4]。

2.1 布置钻孔

按照场地周边既有工程项目补勘及对岩溶的物探结果，同时基于有待施工的工程桩分布状况，以及201#桩施工导致的塌陷产生的影响区域，制定隔离注浆方案。

（1）位置：在基坑围桩外侧、用地红线内进行钻孔布置，呈现和周边既有建筑A 楼的平行向。

（2）范围：周边既有项目的东、西两侧跨度范围内进行钻孔。

（3）方式：拟建的工程桩有待施工区域及坍塌的影响范围内，进行双排钻孔布置，内排钻孔间距设置1.5m，外排钻孔间距设定1m，设定1.5m 的排间距。另外的钻孔进行单排设置，钻孔设置1m 的间距。注浆孔一共有72 孔。见图1。

（4）深度：施工区域的上部松软覆盖层及土岩接触带作为隔离保护注浆处理主体，针对中风化灰岩以一米为终孔规定。例如，钻穿岩溶在1m 进基岩内，那么就要对相遇的第一个塌陷区实施灌浆加固，预估孔深平均在18m ～24m 范围。

2.2 隔离保护的注浆新工艺

本工程现场的上覆土层构成为含砾粉质黏土、填土、稍密状圆砾等，构成下部塌陷的主要是半充填流塑状粉质黏土，勘查钻探的前期呈现比较严重的钻孔漏浆问题[5]。传统的注浆工艺主要是劈裂灌浆工艺以及常规的充填，存在压力受限与劈裂跑浆等技术缺陷，为了保证注浆工序对隔离处理的有效性，采用的新工艺为自上而下、钻灌一体冲挤灌浆工艺。该工艺使用的钻具为高压冲挤灌浆形式，钻具是一种特制的长圆管或者螺旋管组成的，钻孔的冲洗液采用灌浆液，具备经济环保、均匀灌浆、快捷简便、材料可控的特点[6]。钻孔自上而下灌浆相遇到塌陷情况后，灌浆充填空腔，然后针对塌陷区域使用软弱充填物实施分段的钻灌一体冲挤灌浆。

2.3 隔离保护材料的配比

（1）上部覆盖层钻灌一体工艺中，水泥稳定浆液作为上部覆盖地首选，详细的配比性能见下表1。水泥的类型为普通硅酸盐水泥、强度等级不低于42.5MPa，可将稳定剂、速凝剂、减水剂等外加剂等加入其中，通过灌浆试验确定最佳的掺加量[7]。

表1 覆盖层水泥稳定浆液配比性能

（2）对溶洞进行充填挤密以及冲挤灌浆采用的材料是一种水下不分散膏状浆液，该材料明显特征是其自身重力影响远低于膏浆的剪切屈服强度值。该种材料的自堆积性能和抗水流冲释性能超强，特别适合松散架空的土体的灌浆填充，利用速凝水泥膏浆注浆可以大大缩短膏浆地凝结时间，以节省材料和提高效率。

3 结束语

通过以上的介绍和分析中，不难看出，在矿山工程项目与已完成工程项目之间，实施了钻灌一体冲挤灌浆，进行了防渗设置、隔离体的灌浆加固，把两者之间的地下水力的联系切断，有效控制了附近区域地表沉降，把桩基施工的不利影响降到最低。截至目前，该项目的地下桩基和相关地下施工已经顺利完成，通过考察观测周围地表沉降变形的状况，后续施工变形程度微乎其微，为整个工程项目的顺利开展奠定了良好的基础，该施工和处理方案值得推广。