强夯结合注浆法在某废弃矿区地基工程中的应用研究

孔秋平

(1.福建省岩土与环境企业工程技术研究中心 福建龙岩 364000;2.福建永强岩土股份有限公司 福建龙岩 364000)

0 引言

我国矿产资源丰富，一方面带给当地的是经济的发展，另一方面不合理的开采造成生态破坏水土流失采空区等问题。其中，采空区问题是地下隐藏的安全问题之一。矿山的开采，除带来采空区安全问题外，也会带来一系列例如大土石方量深挖高填松散且厚度不均的地基问题，因此矿山地基往往呈现非均匀性高填方填土外加埋藏的采空区。

本文针对矿山高填方及采空区的地基处理，结合某工程实例，对强夯结合复合注浆加固技术在矿山高填方及采空区地基处理中的应用进行了探讨，为今后类似地基处理工程提供参考。

1 工程概况

某矿山公园是建立在废弃煤矿矿山整治后形成的山丘台地上，属丘陵斜坡堆积地貌，拟建一系列的集住宅教育医疗旅游等主题生态旅游建筑。该矿区采取治理与修复并举的措施，对废弃矿山开展全面规划，开发利用矿山土地资源，达到经济效益社会效益和环境效益的协调发展，为生态修复治理节约集约用地开展一次有益探索。

该区A2地块，为高层建筑区，主楼基础采用灌注桩，灌注桩施工前要求采用强夯法结合注浆处理填土和采空区空洞。根据已钻探揭露的地层情况，场区岩土层自上而下可分为7层，分别为：①素填土②粉质黏土③碎块状强风化泥岩③1碎块状强风化砂岩③2碎块状强风化炭质粉砂岩④1中风化砂岩及④2中风化炭质粉砂岩。

场地原为山坡地，现经挖山整平后，整体呈南高北低的态势，地势起伏较大，高程介于402.30m～418.72m之间，最大高差约16.00m。填土主要由碎砾石及黏性土回填而成，含碎石及砂粒等硬质，硬质含量12%～35%，新近回填，虽经分层辗压，但分布极不均匀，整体呈欠固结状态，承载力特征值fak=80kPa,力学性能差，在地表水的下渗及自重压力等条件下，随时间易产生较大的自重固结，且自重固结程度不均匀，容易产生不均匀沉降。

此外，该场地为典型废弃煤矿矿山区域，局部存在采空区，采空区揭露深度约10m～50m，空洞高度约0.5m～8m，多位于中风化炭质粉砂岩及中风化炭质粉砂岩层中，局部采空区含有松散状坍落岩屑或土状物充填物。图1为典型地质剖面图。

图1 典型地质剖面图

2 地基处理方案

2.1 地基处理方案选择

对于填土的地基处理，目前常见经济有效的处理方法为强夯法地基处理。强夯法给地基以强大的冲击力和振动，达到提高地基土的强度降低土的压缩性等目的。同时，夯击能还可以提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。强夯法已成功而广泛地应用于处理各类碎石土砂性土湿陷性黄土人工填方低饱和度的粉土和一般黏性土，特别是处理一般方法难以加固的大块碎石类土及建筑生活垃圾或工业废料组成的杂填方[1]。

该场地回填土层分布不均匀，局部较厚达8m以上，地基处理要提高深厚填土的强度，减少填土的沉降，强夯无疑是优选方案之一。对场地局部分布采空区区域，强夯的冲击作用除能振动密实表层一定深度的填土地基外，也通过夯击作用使浅层采空区塌陷所造成的不密实地带稳定化,使下伏采空区空洞和松软地带快速挤压，达到地层稳定，防止不均匀沉降[2]。

但强夯的处理范围是有限的，对于深层分布的采空区，其较难使其塌陷密实，故除采用强夯处理外，还联合注浆处理，主要是解决超出强夯处理深度范围外的采空区问题，避免深部采空区因未处理而造成塌陷，导致上部建筑的不均匀沉降及局部倾斜[3]。

基此，该项目采用强夯结合复合注浆地基处理技术，同时利用了强夯及注浆加固优点，相互作用相互协调，以有效地控制高填方及采空区地基的局部和整体稳定性。要求处理后的地基的承载力特征值fak≥180kPa。

2.2 地基处理方案

该项目先进行强夯地基处理，对8m左右填土范围，根据有效处理深度，采用夯击能3000kN·m进行两遍点夯，按6m×6m梅花型布置，每点不少于6击，终夯为最后两击平均夯沉量为5cm，再用1500kN·m一遍满夯，压半夯，如图2所示。

图2 点夯夯点布置图

对于复合浆液注浆地基处理，根据不同地质情况分两段处理：

(1)在高填土区，无采空区地段，采用强夯夯点中间布置注浆孔，主要是复合浆液在一定的范围内均匀地注入土体中，以填充渗透挤密等方式，驱走回填土颗粒间的水分和气体，并填充其位置，硬化后将岩土胶结成一个强度高渗透性小的结石整体，从而使地基得到加固，防止或减少渗透和不均匀的沉降，提高地基强度，降低压缩性[4]，进一步加固强夯效果，如图3所示。

图3 无采空区区域地基处理平面布置图

(2)采空区地段，均采用先强夯再布孔，进行复合浆液注浆处理。

复合浆液注浆，以揭露空洞的钻孔为中心(采空区详勘孔兼为注浆孔)，以2.5m间距，等角度环形向外辐射6孔(按60°原则进行外扩布孔)，直至最外一排孔未再揭露空洞为止，如图4所示。

图4 注浆孔布置图

钻孔采用110mm钻头，钻至采空区底板下2m处终孔。注浆管采用DN20的焊接钢管加工，壁厚3.5mm，单节长6m，采空区段加工为花管，每0.2m距离于一侧开一个8mm的泄浆孔，孔外缠绕4圈胶带，管底采用橡胶塞封堵。

复合浆液采用配合比(质量比)，即水泥∶粉煤灰∶重钙粉=1∶2∶2，水灰比1∶1。水泥采用P.C32.5复合硅酸盐水泥，浆液搅拌均匀，使用普通搅拌机时，不少于3min；使用高速搅拌机时，不少于30s。浆液在使用前过筛，自制备至用完的时间小于2h。

浆液通过高压管泵送至注浆管，注浆压力不小于5MPa，稳定时间为15min。若压力未达到，经4h的连续注浆后停止注浆2h，再次进行注浆,至注浆量变小或孔口冒浆时终止注浆。

2.3 处理效果

对地基处理效果进行重型圆锥动力触探以检测填土夯实效果，测得击数标准值为6.2击，总体填土夯实效果好。对采空区进行钻芯取样检测，其空洞充填物为土砼混合体，充填效果好。处理后地基的承载力特征值达180kPa，满足设计要求。该项目投入运行一年多，未出现开裂变形和不均匀沉降现象。

3 结语

近年来城市的快速发展，使得建设用地十分紧张，资源压占与城市建设的矛盾越来越突出，土地资源越来越紧张，原本荒废的采空区土地，也不得不纳入土地使用的范畴[2]。本文针对矿区高填方及采空区地质，针对性地采用强夯和复合注浆组合地基处理方式。根据矿区不同地质条件，分区段进行地基处理。对填方和采空区均有分布地质条件，强夯治理高填方土层，以复合浆液为主要方法治理采空区，强夯预处理浅层空洞或塌陷坑；同时，对无采空区的地段，强夯点间隔布置复合浆液注浆孔，达到提高地基强度，增加强夯加固效果，获得较好的社会经济效益。由此可见，有针对性的采用多元化的地基处理方法，通过组合型的地基处理，可充分发挥各自技术的优势，弥补各自不足，不失为一种行之有效的处理办法。该工程应用实例，对国内其他地区类似地基处理具有一定指导和借鉴意义。