杜儿坪矿筒仓工程地质条件分析及地基处理对策

解奕炜 曾凡宇

(西山煤电集团,山西省太原市,030053)

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杜儿坪矿筒仓工程地质条件分析及地基处理对策

解奕炜 曾凡宇

(西山煤电集团,山西省太原市,030053)

阐述了杜儿坪原煤筒仓工程地质条件及水文地质条件,分析了杜儿坪断层对建筑物基础的影响,通过多盘桩技术和桩端及桩身后注浆技术对地基进行了处理,达到了扩建现有储配煤筒仓的目的。

杜儿坪断层 储配煤仓 工程地质条件 水文地质条件 多盘桩技术

随着产量的不断增加,西山煤电集团公司杜儿坪矿原有的煤筒仓规模已不能满足生产的需要,为了有效地减少煤体露天堆放因风化、遗失等造成的经济损失以及其产生的环境污染,山西焦煤西山煤电集团公司对杜儿坪矿现有储配煤系统进行了扩建,开发建设原煤筒仓工程。

1 原煤筒仓工程地质条件

1.1 地形地貌

拟建场地位于沟谷边缘地段,现为杜儿坪矿1#煤库,自1954年建矿以来,整个场地经过多次平整,原始地貌变化极大;煤仓所在地东、西、南3面为沟谷低洼地段。目前煤库仍在使用,场地地表因回填土及堆煤起伏较大。

1.2 地层岩性

该场地地表自上而下堆积物及下伏地层主要特征。

(1)堆积煤:潮湿,较致密,为原煤库煤堆积而成。

(2)杂填土:干硬,稍密或中密状,主要为矸石、煤屑、矿井开挖弃渣,未经压实处理。

(3)粉质粘土:可塑状态为主,局部呈硬塑状,约含10%砂砾,属中等偏高压缩性土。该层土不均匀地具有湿陷性。

(4)粉质粘土夹碎石:稍湿,粘土呈可塑或硬塑状态,无摇振反应,干强度中等,中等韧性。碎石以砂岩为主,呈棱角状,粒径2～15 cm,局部粒径大于15 cm,砂岩含量约占30%～40%,属中等压缩性土。

(5)块裂岩强风化层:本层受杜儿坪断层影响所形成,块径1～3 m,成分为石灰岩及泥灰岩,块裂岩块体周边有泥化现象,块石含量95%以上,裂隙发育,充填砂砾或粘土。

(6)块裂岩中风化层:块径一般在1～3 m,成分为灰岩及泥灰岩,块石没有风化痕迹,裂隙发育,砂砾充填。

(7)断层角砾岩:主要由灰岩块石、砾砂和断层泥组成。灰岩块石块径0.5～0.8 m,最大块径可达3 m,级配很差,含量75%以上;碎石及砾砂占15%左右;断层泥占10%左右,可塑状态。

(8)灰岩强风化层:强风化,节理裂隙发育,碎裂状结构,岩芯呈短柱状、碎块状,岩石质量指标(RQD)较差,约5%～15%,裂隙面充填方解石脉。

(9)灰岩中风化层:中等风化,裂隙块状或中厚层状结构,岩芯呈柱状,岩石质量指标(RQD)为20%～45%,裂隙充填方解石脉。岩体基本质量等级为 IV～III级。

1.3 地质构造

杜儿坪断层从工程场地内通过,为一正断层,全长约15.4 km,断层走向北东45～65°,倾向北西,倾角60～75°,落差10～155 m,井田内落差10～120 m。

高密度电法勘探表明,杜儿坪断层在勘察区分布很复杂,除主断层外还发育有次级断层,且断块间地层受构造应力影响裂隙特别发育,有较宽的块裂岩带。筒仓工程桩的布设及工程地质简图见图1,剖面高密度电法勘探解译成果图见图2。

2 原煤筒仓水文地质条件

本区各主要河谷均为季节性逢流沟谷。场地地下水主要为第四系松散堆积层孔隙水及碳酸盐岩溶裂隙水。

2.1 松散堆积层孔隙水

该层地下水赋存于填土之中,主要受大气降水及周围生产生活污水补给,储水条件差,水量贫乏。2.2 碳酸盐岩溶裂隙水

碳酸盐岩溶裂隙水主要赋存于下部石灰岩岩溶裂隙中,水量受地形、岩溶裂隙及杜儿坪断层的影响。由于勘察区地形坡度陡,地表水径流条件好,地下水补给条件差,富水性差。

本次勘察过程中,各钻孔均未见地下水。勘察区水文地质条件简单,地下水不会对拟建建(构)筑物产生较大影响。

3 杜儿坪断层对建筑物基础的影响

原煤仓设计为人工挖孔灌注桩基础,单仓设计16条桩,其中筒仓筒壁周边设计有12条人工挖孔灌注桩,桩直径为1600 mm,单桩承载力为2600 t;内框架为4条人工挖孔灌注桩,桩直径为2400 mm,单桩承载力为5600 t,两种桩桩型均设计为端承桩,要求桩端持力层为均匀完整的中风化石灰岩,勘察单位提供的设计参数见表1。根据上述的描述和工程实践,发现断层角砾岩的承载力与设计采用的参数相差较远,断层角砾岩强风化层的承载力特征值介于600～800 kPa之间,按端承桩考虑远达不到设计的承载力。因此必须进行地基处理。

表1 人工挖孔桩设计参数表

4 处理措施

4.1 地基处理措施

4.1.1 多盘桩技术

根据人工挖孔桩的特点,充分利用位于桩基孔深中部10 m厚左右断层角砾岩角砾块体较大、结合较为紧密的特点,在该地段顶部增加一次扩底(扩底尺寸同端部尺寸),桩身分两次浇注成型,混凝土接槎部位按照施工缝要求进行处理,保证桩身混凝土完整,以提高桩基的承载能力,同时在桩底也进行增大扩孔处理。两次增大扩孔处理增大的单桩承载力达到19721 kN,使桩基的承载力能达到设计的单桩承载力。

4.1.2 桩端及桩身后注浆技术

桩端及桩身后注浆技术是在人工挖孔灌注桩成桩、桩身混凝土达到预定强度后,采用高压注浆泵通过预埋注浆管注入水泥浆液、或水泥与其他材料的混合浆液,浆液渗透到疏松的桩端虚尖和岩石的缝隙中,形成强度较高的混凝土;随着注浆量的增加,水泥浆液不断向桩端持力层中渗透,在桩端形成梨形体,增加了桩端的承压面积。当梨形体不断增大时,渗透能力受到周围致密土层的限制,使压力不断升高,对桩端土层进行挤压、密实、充填、固结,使桩底沉渣、桩端受到扰动的持力层得到有效地加固或压密,使桩土间界面的几何和力学条件得以改善,提高了桩端土体的承载力,从而大幅度提高了单桩承载力。

在桩基浇注混凝土前,在钢筋笼外表面预埋6根直径为33.5 mm、厚3.25 mm的镀锌钢管,提前将钢管端部压扁,在端部3 m范围内梅花形钻孔,孔径为3～8 mm,间距为150～200 mm,钻孔部位及端部用内车胎捆绑后进行混凝土浇注。为了防止混凝土浆液堵塞钢管,在桩基端部干铺300 mm厚的碎石层,便于注浆施工。注浆压力控制在3 MPa左右,注浆压力根据注浆量和注浆情况适当调整。

本次对所有断层地段的桩基和受断层影响范围内块裂岩地段的桩基均进行了后压浆处理,降低了桩基的沉降量,防止出现较大的不均匀沉降。

4.2 结构处理措施

新建原煤仓3#仓内框架桩基础DJ3-11承台顶部纵横方向与上层结构之间增设钢筋混凝土结构斜撑,斜撑的截面尺寸为500 mm×500 mm,将该桩基的荷载进行分解,减少上部结构对该桩基传递的荷载。同时也起到增加上部结构刚度的目的,防止不均匀沉降对上部结构的破坏。

5 沉降监测

基础施工完毕,根据《工程测量规范》(GB50026-2007)及设计图纸要求,对新建原煤仓仓体进行装煤沉降观测。每个仓沿仓体外表面均匀设置4个沉降观测点,分别在开始滑模、主体工程施工完毕、三分之一装煤、三分之二装煤、仓体装满煤进行沉降变形观测,从观测数据分析,仓体有整体沉降现象,为均匀沉降,沉降量在规范许可范围内(见表2)。

表2 3号仓沉降变形监测成果表点号

6 结论

采用桩基后压浆技术和多盘桩技术进行地基处理,结合建筑物上部结构调整,不但能解决桩基单桩承载力不足的问题,同时也解决了桩基的不均匀沉降问题,保证了筒仓的安全。

[1]黄生根,龚维明.钻孔灌注桩后压浆的承载性能研究[J].岩土力学,2004(8)

(责任编辑 张艳华 梁子荣)

Engineering geological condition of silo construction and the foundation treatments in Du’erping coalm ine

Xie Yiwei,Zeng Fanyu
(Xishan Coal Electricity Group Co.,Ltd.,Taiyuan City,Shanxi Province 030053,China)

The paper indicates the engineering geological condition of silo construction and the foundation treatments in Du’erping coalmine,and analyzes the impact of Du’erping Faults to the foundation of buildings.The expanding of existing coal storage and distribution silo is realized after foundation treatment bymulti-branch pile and grouting at the end of the pile and beyond the pile body.

Du’erping faults,coal storage and distribution silo,engineering geological condition, hydro geological condition,multi-branch pile technology

TD264.3

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解奕炜(1963-),男,山西太原人,中国矿业大学煤田地质系煤田地质与勘探专业毕业。现任山西焦煤西山煤电集团副总工程师、地质处处长、高级工程师。