周付彬，王文斌

(1. 山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 濟寧 272100；

2. 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文工程地質(zhì)勘查院，石家莊 050021)

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空洞充填水泥砂漿結(jié)合灰土墊層在淺層采煤塌陷區(qū)多層建筑地基處理中的應(yīng)用

周付彬1，王文斌2

(1. 山東省魯南地質(zhì)工程勘察院,山東 濟寧 272100；

2. 河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文工程地質(zhì)勘查院，石家莊 050021)

摘要：作者結(jié)合自身的施工實踐，針對淺層采煤塌陷區(qū)多層建筑地基處理方法進行總結(jié)，為今后類似工程及相關(guān)研究、生產(chǎn)工作提供一定的施工思路，供同行參考。

關(guān)鍵詞:塌陷；地基處理；灰土；勘察

0引言

山東省棗莊地區(qū)煤炭資源豐富，開采歷史悠久，隨著煤炭資源日漸枯竭，境內(nèi)礦井相繼閉坑。隨著城市規(guī)模擴張和城市改造加劇，土地資源日益緊缺，特別是靠近城區(qū)已閉坑的礦區(qū)土地需要經(jīng)過一定方法改造加以充分利用已成當(dāng)務(wù)之急。課題區(qū)處于棗莊市老城區(qū)西側(cè)，目前已同城區(qū)連片接壤，本場區(qū)原為大型煤礦開采區(qū)，1958年建井投入生產(chǎn)，于20世紀(jì)80年代停產(chǎn)，后經(jīng)私營企業(yè)無規(guī)律開采淺部煤層，致使產(chǎn)生與本工程直接有關(guān)的地基壓縮層內(nèi)存在巷道和采煤形成的空洞。根據(jù)工程勘察揭露情況，考慮建筑物荷載不大，采取對地基實施壓力灌漿方法進行加固處理，然后將基坑開挖至一定的深度，淺部采用換填灰土以進行人工處理，基礎(chǔ)形式采用筏板基礎(chǔ)。至今已過去近10年，建筑安然無恙。

1水文地質(zhì)條件概述

場區(qū)地下水為第四系孔隙潛水，富水性較弱。因其分布形式、巖性結(jié)構(gòu)、埋藏條件的不同，其地下水的水文地質(zhì)特性與降水等多種因素有著直接的關(guān)系，其補給來源主要為大氣降水入滲和地表水體的滲漏為主，排泄方式以側(cè)向徑流和地表蒸發(fā)為主。地下水位隨季節(jié)及氣象周期呈周期性變化，水位年變幅一般在2～3m之間。動態(tài)類型主要為入滲-開采、徑流型。勘察期間，由鉆孔中測得場區(qū)地下水穩(wěn)定水位埋深為3.3～5.5m，穩(wěn)定水位標(biāo)高64.5 m左右。

本區(qū)位于華北板塊東南部的魯西地體上，受魯西地體地殼演化規(guī)律的制約。按大地構(gòu)造單元劃分，屬中朝地臺的二級構(gòu)造單元——魯西隆起區(qū)的東南部，小區(qū)域構(gòu)造形跡以斷裂構(gòu)造為主，北東向斷裂發(fā)育。對場區(qū)有較大控制作用的斷裂為陶棗斷裂，嶧城斷裂(圖1)。

圖1　棗莊市構(gòu)造綱要圖

1.1陶棗斷裂

該斷裂在場區(qū)之北(距場區(qū)約7.5km)，西起薛城東北的于山關(guān)村，經(jīng)陶莊、棗莊向東至長灣村出境。從薛城至柏山段走向72°，柏山以東走向轉(zhuǎn)為110°。斷裂傾向轉(zhuǎn)向南，西段傾角為81°，東段傾角為40°~75°，整個斷裂呈一向北凸出的弧形，為北盤下降的正斷層，北盤從薛城至柏山為中寒武統(tǒng)，柏山以東主要為泰山群山草峪組；南盤為石炭~二疊紀(jì)地層及奧陶系地層，斷裂帶巖石破碎，有構(gòu)造角礫巖和糜棱巖化、綠泥石化現(xiàn)象。該斷裂具有多期活動之特點，前期受水南北向擠壓具壓扭性，后期受新華夏系影響具張扭性。斷裂活動歷史長，元古代、古生代、中生代和新生代均有活動，但主要活動期為中生代。

1.2嶧城斷裂

該斷裂在場區(qū)之南(距場區(qū)約7.0km )。斷裂長度約60km，走向近東西(北西西～南東東)，傾向南，為一正斷層，其斷距1050m，北盤(下盤)上升，地層為太古界山草峪組，南盤(上盤)下降，地層為第三系。

以上斷裂屬不活動或弱活動斷裂，對擬建場區(qū)的穩(wěn)定性影響不大。場區(qū)內(nèi)及其附近無明顯新構(gòu)造活動痕跡，區(qū)域穩(wěn)定。

依據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)及《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011—2001)有關(guān)規(guī)定，棗莊地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計抗震分組為第一組，根據(jù)地震動峰值加速度來分區(qū)，場區(qū)屬地殼穩(wěn)定區(qū)。

2擬建物基本情況及工程勘察成果分析

擬建物基本情況見表1。

表1　擬建物基本情況一覽表

場區(qū)土層上部為第四系沖洪積堆積物，下部揭露為石炭系泥巖(采煤空洞位于本層)，自上而下土層分布：

(1)素填土，灰褐色，棕黃色，灰黃色，松散-稍密，土質(zhì)以黏性土和回填的花崗巖風(fēng)化巖土為主，含少量碎磚塊、碎石塊、灰渣、砂粒、植物根系等，局部為雜填土。本層厚度0.70～3.30m。

(2)粉質(zhì)黏土，褐黃色，灰黃色，淺黃色，棕黃色，可塑-硬塑，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核及氧化鐵條帶，切面稍具光澤，干強度及韌性中等，無搖振反應(yīng)，局部為黏土，含少量粗砂粒。本層厚度0.80～5.90m。

(3)含砂粉質(zhì)黏土灰黃色，淺黃色，棕黃色，可塑-硬塑，含較多中粗砂粒及少量礫石，局部富集，偶見1~3cm的碎石。切面粗糙，稍具光澤，干強度及韌性中等，無搖振反應(yīng)。本層厚度0.50～4.10m。

(4)風(fēng)化泥巖，褐黃色，黃色，暗紫色，灰白色，硬塑—堅硬，巖心呈碎塊和短柱狀，原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造已破壞，風(fēng)化局部成黏土狀。最大揭露厚度9.90m。本層中揭露有煤層，由于無規(guī)律開采致使地基壓縮層內(nèi)出現(xiàn)多處空洞，鉆探揭露，空洞一般為半充填或無充填，充填物為破碎泥巖、煤矸石、煤渣碎屑等，夾有少量粉質(zhì)黏土。

圖2　推測的采空區(qū)及異常地段示意圖

圖3　工程地質(zhì)剖面示意圖

表2　鉆探深度內(nèi)空洞統(tǒng)計表

續(xù)表

從空洞情況統(tǒng)計來看，充填物主要為煤矸石、煤渣、泥質(zhì)及碎煤屑，所處位置多在7.0m、9.0m、11.0m左右，大多數(shù)空洞屬于半充填，由于當(dāng)時無序開采，缺乏監(jiān)管，所謂半充填實際是頂板冒落形成的松散層，經(jīng)過幾十年的自然沉陷，其實已經(jīng)基本沉穩(wěn)，基于這種考慮只要對空洞松散層進行充填，對上部一定深度進行灰土換填處理(大約0.6m)，采用筏板基礎(chǔ)形式即可滿足上部荷載要求。

3充填施工

注漿材料：由水、水泥、砂和水玻璃組成，水灰比1∶1.0~1∶1.4，加入少量水玻璃，攪拌均勻。水采用自來水；水泥采用32.5礦渣硅酸鹽水泥；砂，應(yīng)選用質(zhì)地堅硬的天然砂或人工砂，粒徑不大于2.5mm，有機物含量不大于3%。

灌漿系統(tǒng)：由料場、一級攪拌池、二級攪拌池、供水系統(tǒng)、注漿泵、注漿管道、封孔裝置等組成。

注漿施工工藝流程如下：

3.1定點

考慮地層上部為土層，固定注漿管困難，影響注漿效果，以整幢樓為治理單元，注漿孔間距2m左右，每次注漿管放至鉆孔空洞處近位注漿以保證注漿效果。孔距較近，在注漿孔漿體凝固后可以形成“群樁”效果，增強地基承載力。

3.2成孔

根據(jù)設(shè)計要求，主要處理15m深度范圍內(nèi)的異常情況，孔深15m，孔徑130mm，采用DPP-100型鉆機，螺旋鉆具干作業(yè)成孔。

3.3止?jié){

每次注漿管放至鉆孔空洞處近位注漿以保證注漿效果。用水∶水泥∶砂以配比1∶1∶1的水泥砂漿固定注漿管，完成后要試壓。

3.4注漿

注漿施工順序采用外圍包圍中間的方法，有效地使充填料充填在設(shè)計治理的范圍內(nèi)。每個孔打鉆與灌注相結(jié)合，完孔如為采空區(qū)，通過注漿站立即對該孔進行灌注漿作業(yè)。漿液應(yīng)先稀后稠，注漿開始后，要定時觀測泵的吸漿量和泵壓，并記錄注漿過程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，收集原始資料，并根據(jù)實際情況及時調(diào)整注漿量和漿液濃度，砂漿強度等級不低于M15。注漿時，由于地層壓力、漿液塌落度等因素的影響，要采用間歇注漿法。注漿中，要注意觀察地表變形情況，如出現(xiàn)地裂縫彌合，地面隆起，局部冒漿等，要采取間歇注漿法以保證采空區(qū)填充質(zhì)量。注漿結(jié)束后，用灰漿封孔。

3.5單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

在注漿孔注漿的末期，泵壓逐漸升高，泵單位吸漿量逐漸減少，當(dāng)泵的吸漿量小于70l/min，孔口壓力在1.0~1.5MPa之間，穩(wěn)定10~15min可結(jié)束該孔注漿施工；當(dāng)注入一定漿量，孔口壓力大于0.3MPa，若出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時，即可結(jié)束該孔注漿施工。

3.6注漿質(zhì)量檢測

本次采用鉆探作為檢測方法，注漿施工結(jié)束2個月后，注漿檢測位置布置在有疑點的部位進行鉆孔檢測，按注漿孔數(shù)量的2%設(shè)置檢查孔數(shù)量，檢查孔深度為15m，通過孔內(nèi)取心直接觀察漿液充填情況，并結(jié)合鉆探過程中循環(huán)液的漏失情況及孔壁的穩(wěn)定性評價注漿質(zhì)量情況。

所取巖心可見，裂隙已被水泥漿充填，局部空洞可見已凝固的水泥團塊，在全面分析研究這些資料的基礎(chǔ)上，最終確定注漿質(zhì)量是合格的。

4灰土墊層施工

4.1設(shè)計要求

將基槽挖至設(shè)計標(biāo)高，地基處理采用2：8灰土夯填。從設(shè)計基底標(biāo)高-1.8m夯填至-1.2m處，基槽2：8灰土厚度為600mm?；彝恋耐亮蟻碓床捎矛F(xiàn)場開挖原始土，壓實系數(shù)不小于0.95。

4.2施工要求

鋪灰前應(yīng)先把基底持力層用夯機夯實，灰土的土料最大粒徑不得超過15mm，土料中不得含有機雜物，灰土所使用的白灰，必須是充分熟化過且粒徑不得大于5mm； 灰土墊層施工時應(yīng)嚴(yán)格按灰土的配合比(體積比)進行拌合均勻，控制好含水量，方法為：用手緊握成團，兩指輕捏即碎為宜，如土料中水份含量過大或不足時，應(yīng)晾干或濕水后再進行夯實； 灰土每層虛鋪厚度為220~250mm，具體控制方法：首先在施工前在基槽壁兩邊釘樁或皮數(shù)桿，標(biāo)每層虛鋪厚度及頂面標(biāo)高，現(xiàn)場施工人員跟蹤配合進行標(biāo)高的抄測和控制；灰土施工應(yīng)拌合均勻，顏色一致，控制措施為：每班施工前必須按比例拌好樣品，進行參照拌合施工，當(dāng)天拌合好的灰土必須當(dāng)天用完，灰土不得過夜夯實；灰土墊層的夯實要求：采用打夯機夯實，必須掌握好夯實遍數(shù)(3~4遍)，要求一夯壓半夯，夯夯相連，不得漏夯，達到密實度規(guī)定要求，灰土表面必須平整，不得出現(xiàn)裂縫，起皮，松散等現(xiàn)象；灰土施工如需停頓留槎時，必須留踏步槎，其寬度不得小于500mm，二次接槎虛土應(yīng)清除干凈，適當(dāng)灑水潤濕。

5結(jié)語

(1)棗莊屬于全國資源枯竭型城市之一，遺留下來的礦區(qū)土地需要綜合治理再利用已成不爭的事實，根據(jù)需要如何治理，既要適用又要經(jīng)濟需要科學(xué)論證，仍將不斷的探索和總結(jié)；

(2)通過實踐證明，本工程的地基處理手段是適宜的，對類似工程具有借鑒意義，但對于高層建筑或荷載和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的建筑物，需要勘察、設(shè)計和施工綜合深層次分析和研究；

(3)有條件的情況下，可以采用粉煤灰替換細(xì)砂。全充填注漿法治理效果良好，施工工藝簡單、易于操作、實用性強。

參考文獻：

[1]李元仲. 山東陶棗煤田礦業(yè)開發(fā)對裂隙巖溶水的污染機理及防治對策[J]. 中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2014(3).

[2]GB50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]GB50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[4]GB/T50123-1999，土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]GB18306-2001，中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖[S].

[6]JGJ/T87-2012,建筑工程地質(zhì)勘探與取樣技術(shù)規(guī)程[S].

[7]JGJ79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[8]GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

作者簡介：周付彬，男(1979-)，漢族，河南鶴壁人，山東省魯南地質(zhì)工程勘察院主任，工程師，水工環(huán)專業(yè)，主要從事勘察施工與管理工作，山東省濟寧市兗州區(qū)建設(shè)東路272號，Tel：13562418291。

收稿日期：2015-07-10

中圖分類號:TU472.6

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-282X(2016)01-0040-04