軟基綜合加固技術在和尚橋礦石轉載站基礎處理中的應用

張素華 徐進軍

（1.湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司 長沙市 410007；2.馬鋼集團南山礦業有限責任公司 馬鞍山市 423000）

1 工程概況

馬鋼集團南山礦業有限責任公司和尚橋采礦場位于馬鞍山市向山鎮西南5km的佳山鄉境內，距南山礦約3.5km，礦區有簡易道路與南山礦相連。和尚橋采礦場建設規模為礦石（600～700）萬t/a，礦山服務年限為20年。采石場的開拓運輸方案為汽車-鐵路聯合運輸，在采場東部設礦石振動放礦轉載站和巖石振動放礦轉載站各一座，分別擔負和尚橋采場礦石和巖石的轉載任務。

2010年礦石振動放礦轉載站和巖石振動放礦轉載站土建工程完成后，9月開始對和尚橋采石場振動放礦進行大面積的高堆土，高堆土施工期間，發現礦、巖振動放礦料倉及擋墻位移、沉降、傾斜。為此，原設計、試驗、檢測單位對和尚橋振動放礦堆土場進行了補充勘察和地基內設置的CFG樁進行了檢測，并對振動放礦系統變形進行了變形測量和觀測。建筑物及基礎變形情況如下：

（1）觀測時間內，礦石振動放礦系統水平位移量達到（+3.4～-16.2）mm；巖石振動放礦系統沉降量水平位移量在（+3.6～-5.1）mm。礦石振動放礦系統沉降量最大4.4mm；巖石振動放礦系統沉降量最大1.6mm；地下水位下降280mm。

（2）礦石與巖石轉載站III類樁比例為35.29%，Ⅳ類樁比例為5.9%。

（3）在振動放礦系統場地除振動放礦系統料倉變形外，填筑場地的西北面地表出現隆起。

根據勘察和樁檢測情況，停止了礦石振動放礦場的填土，并對靠近變形較大的礦石料倉范圍內進行了取土卸載。為了礦石振動放礦場和轉載站的正常使用，必須對轉載站場地填土引起周邊建筑物的變形基礎進行加固處理。

2 礦石振動放礦場和轉載站地基地質條件

2.1 地形地貌

擬建場地位于和尚橋采石場，經過部分堆土后地形起伏較大，標高在（11.00～24.30）m之間，原地面高程為（11.5～12.0）m。地貌單元屬山麓斜坡堆積。

2.2 巖土性狀

根據勘探揭露的地層情況，建筑物場地巖性自上而下分別為：

（1）素填土：灰黃色，主要為粉質粘土，局部夾有植物根莖，呈松散狀態。厚度（0.3～13.30）m，層底標高（7.70～12.20）m，埋深（0.3～13.30）m。主要分布在原地形（11.5～12.0）m以上。無建筑意義。

（2）粉質粘土：灰黃色、灰色，呈可塑狀，含少量鐵錳質銹斑，稍有光澤，無搖震反應，干強度中等，韌性中等，整個場地局部缺失。厚度（0.5～13.2）m，層底標高（-1.0～11.20）m，埋深（1.8～19.60）m。分布于原地形較高的山頭部位。壓縮系數平均值a1-2=0.27 MPa-1，屬中等壓縮性土，具有一定的承載能力，可作為淺基礎持力層。

（3）粉質粘土：灰黃、灰黑色，呈流～軟塑狀，局部夾有薄層粉土，底部含棱角狀碎石，稍有光澤，無搖震反應，干強度、韌性低，整個場地局部地段缺失。厚度（2.70～20.30）m，層底標高（-11.20～8）m，埋深（7.60～34.20）m。壓縮系數平均值a1-2=0.42MPa-1，屬中等偏高壓縮性土，底部含棱角狀碎石，承載能力差。分布于建筑物基礎之下，是基礎內產生變形的主要來源。

（4）全風化閃長巖：黃色，風化強烈，巖芯呈粘土化，夾有碎塊，以殘積土形式存在，屬極軟巖，標準貫入錘擊數實測平均值為23.4擊，屬中等偏低壓縮性土。結構基本～全部破壞，有殘余結構強度，干鉆可鉆進。未揭穿。

2.3 地下水

場地內地下水為上層滯水及孔隙潛水，賦存于第四系松散地層的孔隙中，接受大氣降水和地表水體的補給，整個場地下水位較高，基本與建基面平齊。

2.4 存在的主要工程問題

礦石振動放礦場和轉載站上部建筑物形成后，在轉載站進料側進行進料道路和堆料場填筑接近料倉進口時高程時，發生（+34～-162）mm水平位移和（+3.6～-5.1）mm垂直位移。轉載站基礎向出料口方向前推，上部建筑物向進料口后仰，建筑物整體出現沉陷傾斜，嚴重威脅建筑物安全和運行，必須采取有效的處理措施，對建筑物基礎進行加固，防止變形繼續發展，才能確保該建筑物正常發揮作用。

3 軟基綜合加固處理技術

3.1 變形原因分析

礦石轉載場和巖石轉載場兩個轉載場料倉填土加載后，發現礦、巖振動放礦料倉及擋墻位移、沉降，在振動放礦系統場地除振動放礦系統料倉變形外，填筑場地的西北面地表出現隆起，說明現轉載場下部的地基承載力不夠。根據地質資料分析，轉載場地基中存在（12.8～18.8）m流～軟塑狀粉質粘土，含水量高，承載力極低，僅90kPa左右，是地基發生剪切破壞的主要原因。料倉建設時已考慮了此軟弱層的問題，采用CFG樁進行了地基處理，但CFG樁與轉載站料倉基礎混凝土之間的聯結未處理好，使CFG樁未充分發揮作用，當料倉加載時，載荷超過地基承載能力，導致樁間的土體發生位移，使部分CFG樁發生剪切變形，引起地基破壞。

3.2 綜合加固處理技術

（1）填土卸載。由于填土堆載速率過快，建筑物地基變形發展迅速，為減少變形、便于處理施工，對料倉填土進行卸載，減少土壓力對變形的影響。

（2）加強基礎連接，擴大基礎，減少單位荷載。北面采用加寬梁板與地連墻相接，南面增設直徑1.2 m的鉆孔灌注樁，作為持力樁。樁與原基礎采用混凝土梁板相連。先施工完成梁板混凝土與原地連墻的連接，再施工鉆孔灌注樁和梁板連接，然后對料倉基礎、擋土墻基礎采用可控注漿對復合地基加固。

料倉北面在料倉段和擋土墻段分別設置板和梁與地連墻相接，梁、板寬3.2m、高1m。

料倉南面增設鉆孔灌注樁：布置在料倉南面CFG樁的外延1200mm處，共12根，其中料倉段布置4根，擋土墻段布置8根。進入風化巖不小于6m。擋土墻段樁上部設置寬1.6m、高1m的梁，料倉段設置寬1.8m、高1m的混凝土梁與原底板混凝土相接。

通過梁、板、樁的有效連接，使建筑物基礎形成整體，一方面使上部荷載傳遞到承載力較大的基巖上，另一方面增大了基礎受力面積，減少了單位面積上的荷載，有利于基礎穩定。

（3）進行軟土加固，提高地基承載力。待所有梁板混凝土施工完成28d后，對料倉底板、擋土墻底板進行可控注漿。料倉內可控注漿孔布置在連接板上，南北面梁板各布置三排，孔距2m。第一排斜孔27°，注漿深度6.8m；第二排斜孔37°，注漿深度10.0 m，第三排斜孔60°，注漿深度18.5m。注漿孔鉆孔孔徑采用Φ110，注漿完成后，再掃孔下入鋼管，全孔注漿，形成鋼管樁結構。鉆孔合計108個，孔深約1440.0 m，灌漿深度約1260.0m，鋼管樁長度約1440.0m。

擋土墻基礎內可控注漿孔布置在擋墻外側，布置兩排斜孔，孔距2m鉆孔孔底進入到擋土墻基礎下部，第一排斜孔49°，注漿深度9.3m，第二排斜孔68°，注漿深度17.2m。鉆孔合計96個，孔深約1272.0 m，灌漿深度約1272.0m。

●工藝流程：定孔、設備調校—→鉆孔—→下注漿管—→制漿、泵送—→灌漿—→下入鋼管—→濃漿封孔。

●灌漿次序：可控灌漿先施工外圍排，再施工內排；每排分二序，按先施工Ⅰ序，再施工Ⅱ序。Ⅰ序孔孔距6m，Ⅱ序孔孔距6m，穿插在Ⅰ序孔中。

●灌漿材料：主要采用水泥與水玻璃可控漿材。水泥采用普通R32.5硅酸鹽水泥，水玻璃：Be″=28～40，模數2.4～3.0。灌漿水灰比0.6∶1～0.8∶1，采用高速制漿機制備,攪拌時間不少于30s，采用普通制漿機不少于3min。

●材料配合比：水泥-水玻璃摻合比例：水玻璃開灌時按5%添加，當灌入量超過200L/min時，而壓力未見上升，注入率未減小時，則須加濃水玻璃，按8%控制，若注入率仍較大或改變不明顯，而灌入量達到300L/min時，則改用加配10%的水玻璃進行灌注,有效控制水泥漿液的充填范圍。

●灌漿：鉆孔至設計深度后，下入灌漿管至孔底，然后分層填入砂礫料（砂卵石層）和粘土球（粘土層以上），確認止水效果良好后，自下而上分段灌漿到粘土層內3m。

●施工參數:當注入率小于5L/min，灌漿壓力Ⅰ序孔達到（0.6～0.8）MPa，Ⅱ序孔達到（1.0～1.2）MPa，Ⅲ序孔達到（1.2～1.4）MPa，穩定（10～15）min方可結束。

●特殊情況處理：a凡遇灌入量大，改變速凝劑加入比例仍無改善者，則采用加入粘土的膏狀漿液進行灌注，有效控制漿液的充填范圍。b冒漿處理：上提時，灌漿管壁接縫處易出現冒漿，一般情況下當孔口冒漿后待凝（15～30）min后再灌。

●全孔灌漿結束后，下入設計要求的鋼管。

●封孔灌漿:灌漿完成后，將0.5∶1的濃水泥漿液注滿全孔封孔，屏漿30min。

通過可控擠入灌漿和鋼管的置入，使地層得到擠壓密實，同時形成基礎與鋼管樁，使地基承載力從90kPa提高到150kPa以上，有效提高地基自身的存在能力，更利于防止地基土變形，使上部建筑物更趨于穩定。

（4）增加排水措施，降低地下水位。轉載站水平排水體采用沿砂樁方向施工排水溝，用砂溝導出。砂溝采用透水性好的中粗砂，干密度要求大于1.5t/m3，砂溝墊層厚度為0.5m，布置寬度1m，總長648m，用砂量324m3，集中向低洼處排泄。豎向排水體：施工砂樁2排，采用正三角形布置，砂井直徑為0.4m，砂井間距為2.6m，砂樁深度12m，砂樁250根，總長3000m，用砂量375m3。臨時倒裝臺四周施工2排砂樁，南側和北側砂樁布置長度各120m，東側和西側各為55m。水平排水體砂墊層采用透水性好的中粗砂，要求干密度大于1.5t/m3，墊層厚度為0.5m，布置寬度1m，用砂量350m3，集中超低洼處排泄。豎向排水體：施工砂樁布置2排，采用正三角形布置，砂樁直徑為0.4m，間距為2.6m，深度12m。總樁數270根，用砂量407m3。沿采場填筑公路兩側土體坡腳處設置砂井和排水溝。施工砂樁1排，砂井直徑為0.4m，間距為5m，砂樁深度12m，布置總長度1400m。水平排水體砂墊層采用透水性好的中粗砂，干密度要大于1.5t/m3，墊層厚度為0.5m，布置寬度1m，用砂量700m3，集中向低洼處排泄。施工砂樁280根，用砂量422m3。

通過各建筑物水平、垂直向的排水和導出，有效降低地下水位，利于軟弱土體內孔隙水排泄和地基土排水固結，提高土體承載能力。

4 加固處理效果

馬鋼南山礦和尚橋礦石振動放礦轉載站通過軟基綜合加固處理技術施工加固后，現場檢測地基土標貫擊數由平均6.9擊提高到15擊，樁間土由軟塑～流塑擠密至可塑～硬塑狀，地下水位降低近1m，經過1年多的運行觀察，水平位移為20mm，沉降位移2 mm。滿足加固設計要求和安全運行要求。

5 結 語

置于軟基上的建筑物出現位移、沉降、傾斜主要因地基土承載力不夠而引起。馬鋼南山礦和尚橋礦石振動放礦轉載站通過軟基綜合加固處理技術從整體基礎、擴大基礎面積、增加樁柱傳力承載、地基土擠密加固、排水等綜合措施入手，采用增加鉆孔灌注樁、梁板連接、鋼管樁、可控擠密灌注、豎直砂井、水平砂溝等方法對軟土地基進行綜合加固處理，取得良好的加固處理效果，保證了礦石振動放礦轉載站暨有建筑物的安全運行。