解奕煒 曾凡宇

(西山煤電集團(tuán),山西省太原市,030053)

★煤炭科技·開(kāi)拓與開(kāi)采★

杜兒坪礦筒倉(cāng)工程地質(zhì)條件分析及地基處理對(duì)策

解奕煒 曾凡宇

(西山煤電集團(tuán),山西省太原市,030053)

闡述了杜兒坪原煤筒倉(cāng)工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件,分析了杜兒坪斷層對(duì)建筑物基礎(chǔ)的影響,通過(guò)多盤樁技術(shù)和樁端及樁身后注漿技術(shù)對(duì)地基進(jìn)行了處理,達(dá)到了擴(kuò)建現(xiàn)有儲(chǔ)配煤筒倉(cāng)的目的。

杜兒坪斷層 儲(chǔ)配煤倉(cāng) 工程地質(zhì)條件 水文地質(zhì)條件 多盤樁技術(shù)

隨著產(chǎn)量的不斷增加,西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦原有的煤筒倉(cāng)規(guī)模已不能滿足生產(chǎn)的需要,為了有效地減少煤體露天堆放因風(fēng)化、遺失等造成的經(jīng)濟(jì)損失以及其產(chǎn)生的環(huán)境污染,山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司對(duì)杜兒坪礦現(xiàn)有儲(chǔ)配煤系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)建,開(kāi)發(fā)建設(shè)原煤筒倉(cāng)工程。

1 原煤筒倉(cāng)工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

擬建場(chǎng)地位于溝谷邊緣地段,現(xiàn)為杜兒坪礦1#煤庫(kù),自1954年建礦以來(lái),整個(gè)場(chǎng)地經(jīng)過(guò)多次平整,原始地貌變化極大;煤倉(cāng)所在地東、西、南3面為溝谷低洼地段。目前煤庫(kù)仍在使用,場(chǎng)地地表因回填土及堆煤起伏較大。

1.2 地層巖性

該場(chǎng)地地表自上而下堆積物及下伏地層主要特征。

(1)堆積煤:潮濕,較致密,為原煤庫(kù)煤堆積而成。

(2)雜填土:干硬,稍密或中密狀,主要為矸石、煤屑、礦井開(kāi)挖棄渣,未經(jīng)壓實(shí)處理。

(3)粉質(zhì)粘土:可塑狀態(tài)為主,局部呈硬塑狀,約含10%砂礫,屬中等偏高壓縮性土。該層土不均勻地具有濕陷性。

(4)粉質(zhì)粘土夾碎石:稍濕,粘土呈可塑或硬塑狀態(tài),無(wú)搖振反應(yīng),干強(qiáng)度中等,中等韌性。碎石以砂巖為主,呈棱角狀,粒徑2～15 cm,局部粒徑大于15 cm,砂巖含量約占30%～40%,屬中等壓縮性土。

(5)塊裂巖強(qiáng)風(fēng)化層:本層受杜兒坪斷層影響所形成,塊徑1～3 m,成分為石灰?guī)r及泥灰?guī)r,塊裂巖塊體周邊有泥化現(xiàn)象,塊石含量95%以上,裂隙發(fā)育,充填砂礫或粘土。

(6)塊裂巖中風(fēng)化層:塊徑一般在1～3 m,成分為灰?guī)r及泥灰?guī)r,塊石沒(méi)有風(fēng)化痕跡,裂隙發(fā)育,砂礫充填。

(7)斷層角礫巖:主要由灰?guī)r塊石、礫砂和斷層泥組成。灰?guī)r塊石塊徑0.5～0.8 m,最大塊徑可達(dá)3 m,級(jí)配很差,含量75%以上;碎石及礫砂占15%左右;斷層泥占10%左右,可塑狀態(tài)。

(8)灰?guī)r強(qiáng)風(fēng)化層:強(qiáng)風(fēng)化,節(jié)理裂隙發(fā)育,碎裂狀結(jié)構(gòu),巖芯呈短柱狀、碎塊狀,巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)較差,約5%～15%,裂隙面充填方解石脈。

(9)灰?guī)r中風(fēng)化層:中等風(fēng)化,裂隙塊狀或中厚層狀結(jié)構(gòu),巖芯呈柱狀,巖石質(zhì)量指標(biāo)(RQD)為20%～45%,裂隙充填方解石脈。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為 IV～I(xiàn)II級(jí)。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

杜兒坪斷層從工程場(chǎng)地內(nèi)通過(guò),為一正斷層,全長(zhǎng)約15.4 km,斷層走向北東45～65°,傾向北西,傾角60～75°,落差10～155 m,井田內(nèi)落差10～120 m。

高密度電法勘探表明,杜兒坪斷層在勘察區(qū)分布很復(fù)雜,除主斷層外還發(fā)育有次級(jí)斷層,且斷塊間地層受構(gòu)造應(yīng)力影響裂隙特別發(fā)育,有較寬的塊裂巖帶。筒倉(cāng)工程樁的布設(shè)及工程地質(zhì)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1,剖面高密度電法勘探解譯成果圖見(jiàn)圖2。

2 原煤筒倉(cāng)水文地質(zhì)條件

本區(qū)各主要河谷均為季節(jié)性逢流溝谷。場(chǎng)地地下水主要為第四系松散堆積層孔隙水及碳酸鹽巖溶裂隙水。

2.1 松散堆積層孔隙水

該層地下水賦存于填土之中,主要受大氣降水及周圍生產(chǎn)生活污水補(bǔ)給,儲(chǔ)水條件差,水量貧乏。2.2 碳酸鹽巖溶裂隙水

碳酸鹽巖溶裂隙水主要賦存于下部石灰?guī)r巖溶裂隙中,水量受地形、巖溶裂隙及杜兒坪斷層的影響。由于勘察區(qū)地形坡度陡,地表水徑流條件好,地下水補(bǔ)給條件差,富水性差。

本次勘察過(guò)程中,各鉆孔均未見(jiàn)地下水?？辈靺^(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,地下水不會(huì)對(duì)擬建建(構(gòu))筑物產(chǎn)生較大影響。

3 杜兒坪斷層對(duì)建筑物基礎(chǔ)的影響

原煤倉(cāng)設(shè)計(jì)為人工挖孔灌注樁基礎(chǔ),單倉(cāng)設(shè)計(jì)16條樁,其中筒倉(cāng)筒壁周邊設(shè)計(jì)有12條人工挖孔灌注樁,樁直徑為1600 mm,單樁承載力為2600 t;內(nèi)框架為4條人工挖孔灌注樁,樁直徑為2400 mm,單樁承載力為5600 t,兩種樁樁型均設(shè)計(jì)為端承樁,要求樁端持力層為均勻完整的中風(fēng)化石灰?guī)r,勘察單位提供的設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)上述的描述和工程實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)斷層角礫巖的承載力與設(shè)計(jì)采用的參數(shù)相差較遠(yuǎn),斷層角礫巖強(qiáng)風(fēng)化層的承載力特征值介于600～800 kPa之間,按端承樁考慮遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)的承載力。因此必須進(jìn)行地基處理。

表1 人工挖孔樁設(shè)計(jì)參數(shù)表

4 處理措施

4.1 地基處理措施

4.1.1 多盤樁技術(shù)

根據(jù)人工挖孔樁的特點(diǎn),充分利用位于樁基孔深中部10 m厚左右斷層角礫巖角礫塊體較大、結(jié)合較為緊密的特點(diǎn),在該地段頂部增加一次擴(kuò)底(擴(kuò)底尺寸同端部尺寸),樁身分兩次澆注成型,混凝土接槎部位按照施工縫要求進(jìn)行處理,保證樁身混凝土完整,以提高樁基的承載能力,同時(shí)在樁底也進(jìn)行增大擴(kuò)孔處理。兩次增大擴(kuò)孔處理增大的單樁承載力達(dá)到19721 kN,使樁基的承載力能達(dá)到設(shè)計(jì)的單樁承載力。

4.1.2 樁端及樁身后注漿技術(shù)

樁端及樁身后注漿技術(shù)是在人工挖孔灌注樁成樁、樁身混凝土達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度后,采用高壓注漿泵通過(guò)預(yù)埋注漿管注入水泥漿液、或水泥與其他材料的混合漿液,漿液滲透到疏松的樁端虛尖和巖石的縫隙中,形成強(qiáng)度較高的混凝土;隨著注漿量的增加,水泥漿液不斷向樁端持力層中滲透,在樁端形成梨形體,增加了樁端的承壓面積。當(dāng)梨形體不斷增大時(shí),滲透能力受到周圍致密土層的限制,使壓力不斷升高,對(duì)樁端土層進(jìn)行擠壓、密實(shí)、充填、固結(jié),使樁底沉渣、樁端受到擾動(dòng)的持力層得到有效地加固或壓密,使樁土間界面的幾何和力學(xué)條件得以改善,提高了樁端土體的承載力,從而大幅度提高了單樁承載力。

在樁基澆注混凝土前,在鋼筋籠外表面預(yù)埋6根直徑為33.5 mm、厚3.25 mm的鍍鋅鋼管,提前將鋼管端部壓扁,在端部3 m范圍內(nèi)梅花形鉆孔,孔徑為3～8 mm,間距為150～200 mm,鉆孔部位及端部用內(nèi)車胎捆綁后進(jìn)行混凝土澆注。為了防止混凝土漿液堵塞鋼管,在樁基端部干鋪300 mm厚的碎石層,便于注漿施工。注漿壓力控制在3 MPa左右,注漿壓力根據(jù)注漿量和注漿情況適當(dāng)調(diào)整。

本次對(duì)所有斷層地段的樁基和受斷層影響范圍內(nèi)塊裂巖地段的樁基均進(jìn)行了后壓漿處理,降低了樁基的沉降量,防止出現(xiàn)較大的不均勻沉降。

4.2 結(jié)構(gòu)處理措施

新建原煤倉(cāng)3#倉(cāng)內(nèi)框架樁基礎(chǔ)DJ3-11承臺(tái)頂部縱橫方向與上層結(jié)構(gòu)之間增設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)斜撐,斜撐的截面尺寸為500 mm×500 mm,將該樁基的荷載進(jìn)行分解,減少上部結(jié)構(gòu)對(duì)該樁基傳遞的荷載。同時(shí)也起到增加上部結(jié)構(gòu)剛度的目的,防止不均勻沉降對(duì)上部結(jié)構(gòu)的破壞。

5 沉降監(jiān)測(cè)

基礎(chǔ)施工完畢,根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》(GB50026-2007)及設(shè)計(jì)圖紙要求,對(duì)新建原煤倉(cāng)倉(cāng)體進(jìn)行裝煤沉降觀測(cè)。每個(gè)倉(cāng)沿倉(cāng)體外表面均勻設(shè)置4個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn),分別在開(kāi)始滑模、主體工程施工完畢、三分之一裝煤、三分之二裝煤、倉(cāng)體裝滿煤進(jìn)行沉降變形觀測(cè),從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析,倉(cāng)體有整體沉降現(xiàn)象,為均勻沉降,沉降量在規(guī)范許可范圍內(nèi)(見(jiàn)表2)。

表2 3號(hào)倉(cāng)沉降變形監(jiān)測(cè)成果表點(diǎn)號(hào)

6 結(jié)論

采用樁基后壓漿技術(shù)和多盤樁技術(shù)進(jìn)行地基處理,結(jié)合建筑物上部結(jié)構(gòu)調(diào)整,不但能解決樁基單樁承載力不足的問(wèn)題,同時(shí)也解決了樁基的不均勻沉降問(wèn)題,保證了筒倉(cāng)的安全。

[1]黃生根,龔維明.鉆孔灌注樁后壓漿的承載性能研究[J].巖土力學(xué),2004(8)

(責(zé)任編輯 張艷華 梁子榮)

Engineering geological condition of silo construction and the foundation treatments in Du’erping coalm ine

Xie Yiwei,Zeng Fanyu
(Xishan Coal Electricity Group Co.,Ltd.,Taiyuan City,Shanxi Province 030053,China)

The paper indicates the engineering geological condition of silo construction and the foundation treatments in Du’erping coalmine,and analyzes the impact of Du’erping Faults to the foundation of buildings.The expanding of existing coal storage and distribution silo is realized after foundation treatment bymulti-branch pile and grouting at the end of the pile and beyond the pile body.

Du’erping faults,coal storage and distribution silo,engineering geological condition, hydro geological condition,multi-branch pile technology

TD264.3

B

解奕煒(1963-),男,山西太原人,中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤田地質(zhì)系煤田地質(zhì)與勘探專業(yè)畢業(yè)。現(xiàn)任山西焦煤西山煤電集團(tuán)副總工程師、地質(zhì)處處長(zhǎng)、高級(jí)工程師。