強夯結合注漿法在某廢棄礦區地基工程中的應用研究

孔秋平

(1.福建省巖土與環境企業工程技術研究中心 福建龍巖 364000;2.福建永強巖土股份有限公司 福建龍巖 364000)

0 引言

我國礦產資源豐富，一方面帶給當地的是經濟的發展，另一方面不合理的開采造成生態破壞水土流失采空區等問題。其中，采空區問題是地下隱藏的安全問題之一。礦山的開采，除帶來采空區安全問題外，也會帶來一系列例如大土石方量深挖高填松散且厚度不均的地基問題，因此礦山地基往往呈現非均勻性高填方填土外加埋藏的采空區。

本文針對礦山高填方及采空區的地基處理，結合某工程實例，對強夯結合復合注漿加固技術在礦山高填方及采空區地基處理中的應用進行了探討，為今后類似地基處理工程提供參考。

1 工程概況

某礦山公園是建立在廢棄煤礦礦山整治后形成的山丘臺地上，屬丘陵斜坡堆積地貌，擬建一系列的集住宅教育醫療旅游等主題生態旅游建筑。該礦區采取治理與修復并舉的措施，對廢棄礦山開展全面規劃，開發利用礦山土地資源，達到經濟效益社會效益和環境效益的協調發展，為生態修復治理節約集約用地開展一次有益探索。

該區A2地塊，為高層建筑區，主樓基礎采用灌注樁，灌注樁施工前要求采用強夯法結合注漿處理填土和采空區空洞。根據已鉆探揭露的地層情況，場區巖土層自上而下可分為7層，分別為：①素填土②粉質黏土③碎塊狀強風化泥巖③1碎塊狀強風化砂巖③2碎塊狀強風化炭質粉砂巖④1中風化砂巖及④2中風化炭質粉砂巖。

場地原為山坡地，現經挖山整平后，整體呈南高北低的態勢，地勢起伏較大，高程介于402.30m～418.72m之間，最大高差約16.00m。填土主要由碎礫石及黏性土回填而成，含碎石及砂粒等硬質，硬質含量12%～35%，新近回填，雖經分層輾壓，但分布極不均勻，整體呈欠固結狀態，承載力特征值fak=80kPa,力學性能差，在地表水的下滲及自重壓力等條件下，隨時間易產生較大的自重固結，且自重固結程度不均勻，容易產生不均勻沉降。

此外，該場地為典型廢棄煤礦礦山區域，局部存在采空區，采空區揭露深度約10m～50m，空洞高度約0.5m～8m，多位于中風化炭質粉砂巖及中風化炭質粉砂巖層中，局部采空區含有松散狀坍落巖屑或土狀物充填物。圖1為典型地質剖面圖。

圖1 典型地質剖面圖

2 地基處理方案

2.1 地基處理方案選擇

對于填土的地基處理，目前常見經濟有效的處理方法為強夯法地基處理。強夯法給地基以強大的沖擊力和振動，達到提高地基土的強度降低土的壓縮性等目的。同時，夯擊能還可以提高土層的均勻程度，減少將來可能出現的差異沉降。強夯法已成功而廣泛地應用于處理各類碎石土砂性土濕陷性黃土人工填方低飽和度的粉土和一般黏性土，特別是處理一般方法難以加固的大塊碎石類土及建筑生活垃圾或工業廢料組成的雜填方[1]。

該場地回填土層分布不均勻，局部較厚達8m以上，地基處理要提高深厚填土的強度，減少填土的沉降，強夯無疑是優選方案之一。對場地局部分布采空區區域，強夯的沖擊作用除能振動密實表層一定深度的填土地基外，也通過夯擊作用使淺層采空區塌陷所造成的不密實地帶穩定化,使下伏采空區空洞和松軟地帶快速擠壓，達到地層穩定，防止不均勻沉降[2]。

但強夯的處理范圍是有限的，對于深層分布的采空區，其較難使其塌陷密實，故除采用強夯處理外，還聯合注漿處理，主要是解決超出強夯處理深度范圍外的采空區問題，避免深部采空區因未處理而造成塌陷，導致上部建筑的不均勻沉降及局部傾斜[3]。

基此，該項目采用強夯結合復合注漿地基處理技術，同時利用了強夯及注漿加固優點，相互作用相互協調，以有效地控制高填方及采空區地基的局部和整體穩定性。要求處理后的地基的承載力特征值fak≥180kPa。

2.2 地基處理方案

該項目先進行強夯地基處理，對8m左右填土范圍，根據有效處理深度，采用夯擊能3000kN·m進行兩遍點夯，按6m×6m梅花型布置，每點不少于6擊，終夯為最后兩擊平均夯沉量為5cm，再用1500kN·m一遍滿夯，壓半夯，如圖2所示。

圖2 點夯夯點布置圖

對于復合漿液注漿地基處理，根據不同地質情況分兩段處理：

(1)在高填土區，無采空區地段，采用強夯夯點中間布置注漿孔，主要是復合漿液在一定的范圍內均勻地注入土體中，以填充滲透擠密等方式，驅走回填土顆粒間的水分和氣體，并填充其位置，硬化后將巖土膠結成一個強度高滲透性小的結石整體，從而使地基得到加固，防止或減少滲透和不均勻的沉降，提高地基強度，降低壓縮性[4]，進一步加固強夯效果，如圖3所示。

圖3 無采空區區域地基處理平面布置圖

(2)采空區地段，均采用先強夯再布孔，進行復合漿液注漿處理。

復合漿液注漿，以揭露空洞的鉆孔為中心(采空區詳勘孔兼為注漿孔)，以2.5m間距，等角度環形向外輻射6孔(按60°原則進行外擴布孔)，直至最外一排孔未再揭露空洞為止，如圖4所示。

圖4 注漿孔布置圖

鉆孔采用110mm鉆頭，鉆至采空區底板下2m處終孔。注漿管采用DN20的焊接鋼管加工，壁厚3.5mm，單節長6m，采空區段加工為花管，每0.2m距離于一側開一個8mm的泄漿孔，孔外纏繞4圈膠帶，管底采用橡膠塞封堵。

復合漿液采用配合比(質量比)，即水泥∶粉煤灰∶重鈣粉=1∶2∶2，水灰比1∶1。水泥采用P.C32.5復合硅酸鹽水泥，漿液攪拌均勻，使用普通攪拌機時，不少于3min；使用高速攪拌機時，不少于30s。漿液在使用前過篩，自制備至用完的時間小于2h。

漿液通過高壓管泵送至注漿管，注漿壓力不小于5MPa，穩定時間為15min。若壓力未達到，經4h的連續注漿后停止注漿2h，再次進行注漿,至注漿量變小或孔口冒漿時終止注漿。

2.3 處理效果

對地基處理效果進行重型圓錐動力觸探以檢測填土夯實效果，測得擊數標準值為6.2擊，總體填土夯實效果好。對采空區進行鉆芯取樣檢測，其空洞充填物為土砼混合體，充填效果好。處理后地基的承載力特征值達180kPa，滿足設計要求。該項目投入運行一年多，未出現開裂變形和不均勻沉降現象。

3 結語

近年來城市的快速發展，使得建設用地十分緊張，資源壓占與城市建設的矛盾越來越突出，土地資源越來越緊張，原本荒廢的采空區土地，也不得不納入土地使用的范疇[2]。本文針對礦區高填方及采空區地質，針對性地采用強夯和復合注漿組合地基處理方式。根據礦區不同地質條件，分區段進行地基處理。對填方和采空區均有分布地質條件，強夯治理高填方土層，以復合漿液為主要方法治理采空區，強夯預處理淺層空洞或塌陷坑；同時，對無采空區的地段，強夯點間隔布置復合漿液注漿孔，達到提高地基強度，增加強夯加固效果，獲得較好的社會經濟效益。由此可見，有針對性的采用多元化的地基處理方法，通過組合型的地基處理，可充分發揮各自技術的優勢，彌補各自不足，不失為一種行之有效的處理辦法。該工程應用實例，對國內其他地區類似地基處理具有一定指導和借鑒意義。