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        礦山工程施工導(dǎo)致地表沉降的處理實(shí)例研究

        2020-03-29 04:05:36郭萬得
        中國金屬通報(bào) 2020年18期
        關(guān)鍵詞:工程樁監(jiān)測點(diǎn)樁基

        郭萬得

        (廣東明源勘測設(shè)計(jì)有限公司,廣東 河源 517000)

        面對(duì)礦山樁基工程施工,多數(shù)是在已建工程的包圍圈里。特別是在特殊地質(zhì)條件下,在樁基施工中,稍有不慎都可能導(dǎo)致周圍地面沉降現(xiàn)象的發(fā)生。尤其是本文介紹的案例工程的區(qū)域?qū)儆谔厥獾刭|(zhì)帶,地下層潛伏廣泛的碳酸鹽,地上水位通常是在土石分界面上下分布,地層坍塌發(fā)生的概率很大,對(duì)工程施工會(huì)造成嚴(yán)重的影響。本文就該區(qū)域特殊地質(zhì)問題,提出了復(fù)雜地質(zhì)條件下基坑施工綜合處理方法,主要采用鉆灌一體沖擠灌漿工藝的止水帷幕,將從以下幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

        1 樁基施工中防止地面沉降的處理方案

        1.1 樁基工程概況

        該工程的基坑圍護(hù)樁從開工到完工,共計(jì)用了50 天的時(shí)間,完成了562 根樁的施工,采用的是振動(dòng)機(jī)械下12m 深套管、旋挖成孔工藝[1]。該項(xiàng)目的工程樁于2019 年9 月12 日開始施工,利用的施工技術(shù)為泥漿護(hù)壁、沖擊成孔等,但在開工半個(gè)月后,該樁十米處的基坑圍護(hù)外側(cè)發(fā)生塌陷情況,雖然及時(shí)處理了塌陷問題,但由于塌陷區(qū)域南側(cè)的原有工程項(xiàng)目及地表出現(xiàn)不均勻的沉降,只能暫停樁基施工,共計(jì)完成樁基203 根。

        1.2 場地周圍沉降狀況分析

        按照監(jiān)測的具體計(jì)劃,總共設(shè)立了17 個(gè)沉降觀測點(diǎn),負(fù)責(zé)場地周邊沉降情況監(jiān)測,其中臨近塌陷的201#樁的原有工程的觀測點(diǎn)的編號(hào)為CJ1 ~CJ6,周邊工程項(xiàng)目通過十個(gè)月的觀測,得出數(shù)據(jù)顯示,場地周圍原有工程項(xiàng)目在本項(xiàng)目不同對(duì)應(yīng)區(qū)域樁基施工的四個(gè)階段沉降變化的狀況大體一致,具體如下:第一,圍護(hù)樁施工階段基坑周圍建筑監(jiān)測點(diǎn)顯示沉降量顯著增加,沉降速率為0.24mm/d ~0.41mm/d,累計(jì)沉降量占總沉降量的比例大約在55%左右;第二,維護(hù)樁施工完畢到工程樁施工之前的過渡期不同監(jiān)測點(diǎn)的沉降速率明顯恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài);第三,工程樁施工階段各監(jiān)測區(qū)域的沉降速率再度增加,在對(duì)受特殊地質(zhì)條件影響的201#樁附近范圍內(nèi)的監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)可以不計(jì)的情況下,其他監(jiān)測點(diǎn)沉降量大約為5mm 左右,沉降發(fā)生差異程度不明顯,明顯低于維護(hù)樁施工期間的沉降速率;第四,2019 年9 月27 日,在進(jìn)行樁施工引發(fā)地質(zhì)坍塌,周圍的原有工程項(xiàng)目20m 處的監(jiān)測點(diǎn)CJ2 以及15m 處的監(jiān)測點(diǎn)CJ3,沉降速率增加迅速,一個(gè)月內(nèi)兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降量增加分別為13mm 和17mm,但其它監(jiān)測點(diǎn)檢測數(shù)據(jù)都沒有異常變化,初步判斷對(duì)塌陷的影響范圍不會(huì)超過24m;第五,在暫停施工階段,不同監(jiān)測點(diǎn)沉降速率都呈現(xiàn)平緩的狀態(tài),小于0.02/d 的監(jiān)測點(diǎn)大約占比60%。

        1.3 對(duì)出現(xiàn)沉降區(qū)域的鑒定與勘查

        1.3.1 出現(xiàn)沉降區(qū)域的鑒定

        上文介紹在樁基施工中發(fā)生塌陷處的面積大約為3 900 平方米,為條形淺基礎(chǔ)的磚混結(jié)構(gòu)。該監(jiān)測點(diǎn)CJ2 距離大約20m,CJ3監(jiān)測點(diǎn)距離15m 左右,兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)沉降速率在快速增加[2]。相關(guān)權(quán)威部門對(duì)施工區(qū)域周邊項(xiàng)目的安全情況實(shí)施鑒定,結(jié)果如下:頂面、側(cè)面都是預(yù)制板,使用磚墻的承重體系,而實(shí)際的承重墻為24cm 厚的實(shí)心磚。經(jīng)過對(duì)樓體的檢測和復(fù)核計(jì)算,施工項(xiàng)目各層墻體的承重載力復(fù)算數(shù)據(jù)都沒有超標(biāo)。

        1.3.2 對(duì)施工區(qū)域的現(xiàn)場勘查

        通過對(duì)工程區(qū)域中的塌陷情況進(jìn)行調(diào)查,考慮到原有礦山施工場地與施工區(qū)域的地下貫通的可能性,便委托工程的第三方利用探地雷達(dá)法、高精度瞬變電磁法、跨孔地震波層析成像法、微動(dòng)探測法等手段對(duì)附近區(qū)域地下地質(zhì)發(fā)育狀態(tài)實(shí)施綜合勘查,勘查結(jié)果如下:在探測的有效范圍內(nèi),塌陷區(qū)域的深度通常距離地面14m~38m 左右,主要是黏土和碎石填充[3]。

        1.4 場地周圍施工項(xiàng)目及地表沉降原因綜合分析

        通過對(duì)樁基施工狀況、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、沉降的數(shù)據(jù)等的分析,得出場地周邊工程施工及地表沉降的原因。第一,施工振動(dòng)因素,體現(xiàn)在維護(hù)樁施工振動(dòng)設(shè)備作用下,在工程樁和鋼套管沖擊成孔引起的強(qiáng)烈振動(dòng),對(duì)振動(dòng)因素實(shí)施消除后,沉降現(xiàn)象立刻收斂;第二,穿越地質(zhì)層造成的影響,頂板被沖擊成孔進(jìn)行穿越后,突然發(fā)生護(hù)壁泥漿漏失的現(xiàn)象,井下水會(huì)改變動(dòng)力條件,從而引發(fā)沉降;第三,塌陷的因素,塌陷的地層會(huì)直接導(dǎo)致附近地表發(fā)生沉降變形。

        2 后續(xù)基坑施工降低影響的處理方案

        圖1 灌漿隔離孔位布置示意

        按照物探勘察后的相關(guān)結(jié)果,得知原有項(xiàng)目以北部分地下巖溶與擬建礦山工程項(xiàng)目存在貫通,基于擬建工程還沒有施工的17 根工程樁,加之受不良地質(zhì)條件的不良影響,制定隔離方案,即在已有項(xiàng)目與擬建礦山工程項(xiàng)目之間實(shí)施鉆孔止水帷幕灌漿,以防止水土流失。根據(jù)需要的間距布設(shè)鉆孔,實(shí)施填充、滲透、構(gòu)建一道封閉的隔離體,將兩者之間的地下水力聯(lián)系徹底切斷,達(dá)到兩者完全隔離的效果,將周邊地表沉降程度控制在最小范圍。更能減輕后期樁基施工對(duì)周邊環(huán)境的不良影響[4]。

        2.1 布置鉆孔

        按照場地周邊既有工程項(xiàng)目補(bǔ)勘及對(duì)巖溶的物探結(jié)果,同時(shí)基于有待施工的工程樁分布狀況,以及201#樁施工導(dǎo)致的塌陷產(chǎn)生的影響區(qū)域,制定隔離注漿方案。

        (1)位置:在基坑圍樁外側(cè)、用地紅線內(nèi)進(jìn)行鉆孔布置,呈現(xiàn)和周邊既有建筑A 樓的平行向。

        (2)范圍:周邊既有項(xiàng)目的東、西兩側(cè)跨度范圍內(nèi)進(jìn)行鉆孔。

        (3)方式:擬建的工程樁有待施工區(qū)域及坍塌的影響范圍內(nèi),進(jìn)行雙排鉆孔布置,內(nèi)排鉆孔間距設(shè)置1.5m,外排鉆孔間距設(shè)定1m,設(shè)定1.5m 的排間距。另外的鉆孔進(jìn)行單排設(shè)置,鉆孔設(shè)置1m 的間距。注漿孔一共有72 孔。見圖1。

        (4)深度:施工區(qū)域的上部松軟覆蓋層及土巖接觸帶作為隔離保護(hù)注漿處理主體,針對(duì)中風(fēng)化灰?guī)r以一米為終孔規(guī)定。例如,鉆穿巖溶在1m 進(jìn)基巖內(nèi),那么就要對(duì)相遇的第一個(gè)塌陷區(qū)實(shí)施灌漿加固,預(yù)估孔深平均在18m ~24m 范圍。

        2.2 隔離保護(hù)的注漿新工藝

        本工程現(xiàn)場的上覆土層構(gòu)成為含礫粉質(zhì)黏土、填土、稍密狀圓礫等,構(gòu)成下部塌陷的主要是半充填流塑狀粉質(zhì)黏土,勘查鉆探的前期呈現(xiàn)比較嚴(yán)重的鉆孔漏漿問題[5]。傳統(tǒng)的注漿工藝主要是劈裂灌漿工藝以及常規(guī)的充填,存在壓力受限與劈裂跑漿等技術(shù)缺陷,為了保證注漿工序?qū)Ω綦x處理的有效性,采用的新工藝為自上而下、鉆灌一體沖擠灌漿工藝。該工藝使用的鉆具為高壓沖擠灌漿形式,鉆具是一種特制的長圓管或者螺旋管組成的,鉆孔的沖洗液采用灌漿液,具備經(jīng)濟(jì)環(huán)保、均勻灌漿、快捷簡便、材料可控的特點(diǎn)[6]。鉆孔自上而下灌漿相遇到塌陷情況后,灌漿充填空腔,然后針對(duì)塌陷區(qū)域使用軟弱充填物實(shí)施分段的鉆灌一體沖擠灌漿。

        2.3 隔離保護(hù)材料的配比

        (1)上部覆蓋層鉆灌一體工藝中,水泥穩(wěn)定漿液作為上部覆蓋地首選,詳細(xì)的配比性能見下表1。水泥的類型為普通硅酸鹽水泥、強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5MPa,可將穩(wěn)定劑、速凝劑、減水劑等外加劑等加入其中,通過灌漿試驗(yàn)確定最佳的摻加量[7]。

        表1 覆蓋層水泥穩(wěn)定漿液配比性能

        (2)對(duì)溶洞進(jìn)行充填擠密以及沖擠灌漿采用的材料是一種水下不分散膏狀漿液,該材料明顯特征是其自身重力影響遠(yuǎn)低于膏漿的剪切屈服強(qiáng)度值。該種材料的自堆積性能和抗水流沖釋性能超強(qiáng),特別適合松散架空的土體的灌漿填充,利用速凝水泥膏漿注漿可以大大縮短膏漿地凝結(jié)時(shí)間,以節(jié)省材料和提高效率。

        3 結(jié)束語

        通過以上的介紹和分析中,不難看出,在礦山工程項(xiàng)目與已完成工程項(xiàng)目之間,實(shí)施了鉆灌一體沖擠灌漿,進(jìn)行了防滲設(shè)置、隔離體的灌漿加固,把兩者之間的地下水力的聯(lián)系切斷,有效控制了附近區(qū)域地表沉降,把樁基施工的不利影響降到最低。截至目前,該項(xiàng)目的地下樁基和相關(guān)地下施工已經(jīng)順利完成,通過考察觀測周圍地表沉降變形的狀況,后續(xù)施工變形程度微乎其微,為整個(gè)工程項(xiàng)目的順利開展奠定了良好的基礎(chǔ),該施工和處理方案值得推廣。

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