黑岱沟矿毛煤仓地基加固劈裂注浆工艺

黑岱沟矿毛煤仓地基加固劈裂注浆工艺摘要黑岱沟露天矿选煤厂毛煤仓建成后移交前，由于地下水位上升，地基土湿度增加，导致力学性能降低，使仓体发生不均匀沉降。为确保安全使用，采用旋喷桩与劈裂注浆两种工艺施工综合治理，提高地基强度。在劈裂注浆施工中，设计改进了钻机结构，解决了劈裂注浆在煤仓箱形基础内造孔的难题；设计了双管多功能止浆塞，解决了在仓外土层止浆的难题。经认真推敲，反复比较，确定了科学的施工工艺及有关技术参数，取得了地基承载力标准值提高25%的较好效果。关键词地基加固劈裂注浆煤仓工艺1概况黑岱沟露天矿选煤厂位于内蒙古准格尔矿区，其毛煤仓是一组由9个立式钢筋混凝土圆筒仓分两排并列组成的群仓，仓高60m,直径22m,单仓容量16000t。筒仓各仓体独立采用天然地基，基础为钢筋混凝土箱形基础，埋深6m。箱形基础顶板厚度为0.25m；底板厚度仓内为1.3m,仓外为1.55m。顶底板间净空高4.7m。每个箱体均被分为8个互不相通的单元，各单元又分成2～3个隔间，内隔间分别和有入口的隔间相连，通道为0.9m×1.4m,共有20个隔间，每一个单元有1个入口，其规格为0.6m×1.0m或0.75m×1.55m。地基地质条件较为简单，由上而下依次为：(1)粉土。第四系上更新统，黄色，湿～很湿，可塑～硬塑，大孔隙结构，含少量钙质结核，不具湿陷性；(2)粉质粘土。第四系中更新统，褐黄色，饱和，可塑，大孔隙结构，含少量钙质结核，不具湿陷性；(3)粉质粘土。第三系，红褐色～棕红色，饱和，硬塑，含大量钙质结核；(4)泥岩。二叠系，强风化，夹厚层强风化砂岩，灰绿～紫红色。2地基处理设计毛煤仓地基处理采用旋喷桩与劈裂注浆两种工艺施工的综合治理方案。其中旋喷桩以半圆弧形连线分布于仓外，起封闭作用；劈裂注浆孔分布于仓内及旋喷桩外圆弧内。劈裂注浆孔共有760个(仓内556个，仓外204个)；孔深4.8～29.5m，嵌入第三系地层0.5m，如该层缺失，进入二叠系地层0.3m。注浆段总长8966m(仓内6658m，仓外2308m)，钻进总延米10912.8m(仓内7380.8m,仓外3532m)，其中，入混凝土952.2m(仓内722.8m,仓外229.4m)。注浆采用由上而下分段饱和注浆法施工，分段要求：注浆体长11m内一次注浆，注浆体长11～17m分两段注浆，注浆体长大于17m分3段注浆。使用425号普通硅酸盐水泥(水灰比1∶1)浆液。劈裂注浆施工要求用干钻或优质泥浆护壁成孔，孔直径不得大于80mm,注浆压力不小于1.6MPa。3施工工艺根据工程设计要求和现场地质情况，劈裂注浆工程有以下难点：(1)同一钻孔的造孔，既有1.5～2.0m厚的钢筋混凝土底板(双层钢筋，直径32mm)，又有饱和土层及强风化岩；(2)仓内隔间空间小、数量多、入口小，造孔设备还需反复拆、装、搬、移；(3)多数注浆孔需分段施工，要重复扫孔、钻进，重复止浆；(4)仓外土层止浆难度较大。因此，选择合理的施工工艺，解决以上诸多难点，是保质保量如期完工的关键，故采用以下施工工艺。3.1造孔工艺首先，选用了JGZ1400型万向式金刚石空心钻，并对其机架、动力部分进行了改进。改进后，其钻进能力由原设计的0.8m提高到2m以上，质量仅20kg，实际取得了单孔破混凝土厚度2.5m、两人单机每班平均造孔10m以上的好成绩，且孔壁规则、平滑，利于止浆塞安放并减少了止浆塞的损耗。钻机选用KQL-100D型潜孔钻机，它是由电动机驱动回转、气缸直接推动的支架式凿孔设备，具有结构简单、性能可靠、体积小、重量轻、效率高等特点。设计改进了KQL-100D型潜孔钻机的可拆装式支架，使其拆装方便、省时省力。对钻具进行选型和改造，形成了针对钻孔情况的多种钻具组合，如仓外混凝土、无水土层及风化岩层中的冲击钻进，含水土层中的主机旋转冲击取芯钻进，粘度较高土层及复注扫孔层段中的主机旋转、三翼钻头破碎、压风出渣钻进等。实现了打干孔，减少了施工用水对煤仓土基的影响，简化了施工工艺，提高了成孔效率。3.2注浆工艺(1)止浆。这一工程的难点之一就是土层止浆。我们对原生裸露土体进行了试验，其止浆难度是极大的，跑冒浆是极难避免的；而且已注段土体和未注段土体性质未发生改变，虽然止浆位置下移，但在第2层注浆时，其注浆压力接近或达到上段注浆终压值时，上段已注层不能成为止浆层，在止浆塞长度远小于止浆点以上孔深时，发生冒浆或不及时提塞而埋塞、断塞也是极为可能的。为此，研制了双管多功能止浆塞，选用厚壁、φ34mm钢管，长度为50～200cm，多种规格，使用时可任意组合。直线筒状胶囊长30cm，内径较注浆管大1～2mm，外径与钻孔直径相同；制作胶囊材料中的天然橡胶含量不低于70%，材料恢复性能好，抗压强度不低于20MPa，永久变形不大于10%，伸长率不小于40%，在10%NaOH溶液中浸泡24h的膨胀率不大于5%，止浆塞内管下压盘以下留芯管接头，φ48mm钢管为外压管，可使注浆管向下无限延长，便于分层注浆，也可使下部注浆管径变细，以便注浆后提出回收。胶囊视现场情况，采用单点(每个30cm胶囊视为一点)、双点或多点止浆，一般混凝土结构中用单点或双点，土层中用多点。在土层止浆时，多采用受注段以上全段封闭止浆方法。由于该止浆塞长度可任意组合，小型轻便，施工中操作极为方便；且止浆段相对较大，在止浆塞受压涨紧时，对止浆段孔壁宏观上不产生破坏。实际使用中未发生止浆塞跑漏浆现象，上千次土层止浆中埋塞废孔仅3例，达到了止浆和容易回收的良好效果。(2)移动制浆、注浆系统。用150L立式泥浆搅拌机进行一次搅拌，搅拌好的水泥浆放至二次搅拌池，供给注浆泵使用。注浆泵采用2TGZ-60/210型专用注浆泵，流量19～60L/min，注浆压力0～21MPa。(3)输浆系统。浆液从一次搅拌机直接放送至二次搅拌池，注浆泵到孔口全部采用高压胶管。(4)浆液配制。采用425号新鲜普通硅酸盐水泥，用三乙醇胺和食盐做速凝早强剂，加入适量的水搅拌而成单液水泥浆。(5)压力监测。注浆压力是控制注浆过程和质量的主要参数。针对本次施工仓外制浆、仓内受注、输浆距离和落差大的实际工程情况，采用二重反馈压力监控法，即注浆泵输出压力和孔口压力指示，以防止假性压力干扰注浆施工质量。4效果评价毛煤仓加固工程只安排了3个月的施工工期，接着便要投产使用。为此，从施工工艺上进行了试验和改进，加强现场管理。在注浆段长增加1348.4m、钻进增加1749.2m、入钢筋混凝土增加386.91m和扫孔5742.2m的情况下，仅用79d就完成了该项目施工，提前工期约12%。劈裂注浆属隐蔽工程，为保证施工质量，除对注浆材料实行合格证加复检管理及严格按试验确定的注浆参数施工外，还采取每一孔段注浆P，Q曲线现场分析评价的方法(附图)。从P，Q曲线看，较为理想的劈裂注浆过程应为P线多顶点，Q线对应P线顶点时曲率增大，最后两条曲线均趋于平缓；即随着驱动浆液流动的压力能量的积聚，劈裂土体的瞬间压力明显下降，而浆液单位时间注入量增加、持续并达到另一循环，后期两条曲线趋缓，则是该孔段土层相对受注饱和的反映。P，Q曲线对施工有很大的指导意义。从施工原始记录数据变化中，现场施工员掌握、分析受注孔段的实际变化情况，对保证注浆质量是非常重要的。附图某钻孔的注浆P，Q曲线(a)第1段注浆曲线；(b)第2段注浆曲线对劈裂注浆效果，通过钻孔取土试验、旁压试验、动力触探试验等检测手段所获得的资料表明，原地基土经劈裂注浆加固后，地基承载力标准值提高了25%左右，满足设计需要，达到了加固目的。迄今，煤仓经过半年的加载运转，仍保持稳定。实践证明，以上工艺的组合选择使用是合理的、先进的。5结语上述工艺的选择，虽然不尽完善，但根据实际施工情况看，比预期目标还要好。最初对这几种设备配套使用把握不大，因为：①潜孔钻机是专用凿岩设备，在钢筋混凝土和土层中使用很少；②采用冲击钻机与合金三翼钻头结合钻进土层是首次试验，缺少经验；③仓内使用的金刚石取芯钻