淺析注漿法在矸石回填地基處理中的應用

李路

摘要：人工回填矸石堆場廣泛分布于山西省煤礦礦區內部及周邊，由于其本身具有易燃、不均勻、成分復雜等特點，往往不能直接作為天然地基來使用。本文以實際工程經驗論述了注漿法在煤矸石填土地基處理中的應用，科學地分析注漿法工藝要點，為注漿法在礦區矸石回填地基處理中的應用提供了參考性依據。

關鍵詞：煤礦;矸石回填地基;地基處理;注漿法

注漿法是利用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管把漿液均勻地注入地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式，趕走土顆粒間或巖石裂隙中的水分和空氣后占據其位置，經人工控制一定時間后，漿液將原來松散的土粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能好和化學穩定性良好的“結石體”。

1實例分析

1.1工程概況

山西省晉煤集團成莊礦為適應礦井生產，對礦井水處理站進行改擴建，其中新增預沉調節池及斜管沉淀池所在場地原為近西北一東南走向的沖溝，經人工回填矸石形成現地貌，回填時間在20年以上，最大回填厚度約17.0m，填料成分較復雜，主要為3#煤層矸石，粒徑及級配情況不詳;矸石回填層以下為褐紅色粉質粘土（Q2），勘察中該層未揭穿，具體厚度不詳。由于擬建場地表層土為矸石回填層，未經有效碾壓，不能直接作為天然地基使用，且在建筑場地周邊矸石曾發生自燃現象，由于年代較久遠，具體自燃時間及規模已無從考證。為增強地基剛度，提高地基穩定性，需對建筑物地基進行處理。

1.2治理方案

由于本工程中調節池及沉淀池對地基沉降要求較高，結合場地表層土為矸石回填層，未經有效碾壓，且周邊曾發生過自燃現象等特點，為提高地基均勻性及穩定性，防止矸石復燃，本工程最終選用了袖閥管注漿法對矸石層進行加固處理，水池外邊線向外2.0m布設一圈帷幕注漿孔，目的其一為與著火區隔離，其二為防止漿液外流。水池下方一般注漿孔采用4m孔間距正三角形布設鉆孔，注漿影響范圍為建筑物外邊線外擴4.Om，注漿使用純水泥漿液與水泥一粉煤灰復合漿液，水泥一粉煤灰復合漿液固相比為4：6。水泥采用42.5級普通水泥，粉煤灰使用Ⅱ級及以上規格。

1.3相關技術參數

由于參考的勘察資料中無回填矸石層空隙比數據，在設計之初參考同類工程經驗，執行動態設計原則，場地內矸石可注孔隙率為0.20，即塊體體積占80%，漿液結石率按照70%取值。

1.3.1鉆孔布置

本工程共布置注漿孔232個，其中帷幕注漿孔82個，固結注漿鉆孔150個。

帷幕鉆孔距水池外邊線2.0m向基礎外方向布設，孔間距2.7m，共計82個;注漿鉆孔采用正三角形布置，相鄰鉆孔間距4m，共計150個。鉆孔開孔孔徑不小于130mm，進入原狀土深度不小于1.0m，埋設袖閥管，

1.3.2注漿設計

（1）注漿材料

①注漿材料主要采用水泥、粉煤灰、水、速凝劑（水玻璃）等組成;②水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥;③粉煤灰為（熱力電廠）電廠初排產品，質量符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596-2005）Ⅱ級標準;④速凝劑（水玻璃）濃度為35-45°Be，模數為2.4-2.8。

（2）注漿配合比參數

水固比：為1：1-1：1.2。

帷幕孔采用水泥粉煤灰漿液，固相比（水泥：粉煤灰）：4：6，內部建筑物下一般注漿孔采用純水泥漿液。

速凝劑：帷幕注漿孔當注漿量較大時，摻入水泥重量2%的速凝劑。

（3）注漿方法

①采用全孔下入φ76mm鋼管改裝成袖閥管注漿，內設6分管作為注漿芯管，實行分段分層注漿，且遵循少注多次的注漿原則。②注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，注漿開始后，定時觀測泵的吸漿量和泵壓，記錄注漿過程中發生的各種現象，收集原始數據，并根據實際情況及時調整注漿量和漿液濃度。為便于注漿質量控制，實際注漿時，每孔可選稀、稠兩種配比的漿液進行灌漿，稀漿灌注量取單孔注漿量的30%為宜。

（4）注漿壓力

①注漿壓力。注漿開始時先進行壓水，注漿壓力孔口控制在不大于2-3MPa。②漿液擴散半徑。設計漿液擴散半徑為5.0m，實際施工中根據注漿效果進行調整。

（5）注漿結束標準

注漿末期，泵壓逐漸升高，當注漿壓力在3.0MPa，泵量在15L/min，穩定10-15min，該孔注漿結束。

多次注漿間歇時間依據現場試驗得到的漿液初、終凝時間確定，以不小于初凝時間，且不大于終凝時間為準。當注漿達到到設計結束標準時，該孔注漿結束。

1.4取得的效果

由于場地矸石堆填厚度較大，如采用部分換填墊層法對擬建建（構）筑物進行地基處理，雖然能節省部分投資，但剩余矸石層產生的不均勻沉降可能引起水池的開裂，影響水池的安全使用。本工程注漿法施工對周邊原有建筑基礎影響小，且能徹底解決矸石的復燃及沉降問題。滿足了工程建設需求的同時兼顧環保要求，為成莊礦井建設提供了安全保障。

2推廣情況

近年來，隨著我市煤炭資源整合步伐的加快，煤炭產量不斷提高，礦山生態環境與煤炭資源需求之間的矛盾日漸凸顯，特別是煤矸石及廢棄物的堆放，不僅占據了大量建設用地，而且其自燃產生的有害氣體及水的滲透對大氣和地下水源都造成了嚴重的污染，本文通過實例分析，采用注漿法不僅有效解決了礦區內部建設用地緊張問題，同時在一定程度上對矸石堆放場地起到阻燃及防滲透的效果，為我市及其他地區煤礦企業矸石堆放場地治理提供了可借鑒的依據。