桩基施工技术在矿山建设工程中的应用

贾丽芳

（山西应用科技学院，山西 太原 030062）

矿产资源是支撑我国经济建设的主要资源，在能源生产与消费中占据重要地位。在矿产资源大量开采的环境下，能源需求与供给之间的矛盾不断增加。工业领域无法适应日益减少的资源开采现状，严重制约着其发展[1]。为了满足矿产资源的使用条件，矿山建设工程推陈出新，利用现代化技术﹑智能化技术，在一定程度上提升了矿产资源的开采能力[2]。矿山建设工程是一项较为复杂的工程，投资大﹑风险高﹑回报高，是矿山建设工程的特点。由于矿山建设工程生命周期较长，施工人员较多，矿区人员的安全开采问题至关重要[3]。矿山建设工程中工程量较大，使管理人员更加注重施工周期，忽略了施工安全性问题，造成了较多较大的安全事故隐患，同样对矿山建设工程造成了较大的隐患。矿山建设工程会受到地质条件﹑人为条件﹑施工条件﹑管理条件等多个因素的影响，增加了建设风险，影响施工周期[4]。桩基施工作为矿山建设工程中的关键环节，其稳定性亟待加强。因此，本文研究了一种基于桩基施工技术的矿山建设工程建设方法。从矿山桩基材料﹑土层等施工条件的角度出发，以期为从根本上解决桩基施工失稳现象，最大限度提高矿山桩基的稳定施工效果提供一定帮助。

1 工程概况

本文以X矿山建设工程为例，设计基于桩基施工技术的矿山建设工程建设方法。X矿山建设工程位于某市，矿井建设投资较多，矿区井田范围东西走向为20080m，南北走向约2160m[5]。矿井面积约28.12km2，-700m高程的水平涌水量为952.13m3/h，最大涌水量约1128.43m3/h。受该市的水文地质条件影响，施工技术条件中等，施工内容包括立井井筒﹑岩石斜巷﹑平巷﹑矿层平巷﹑开采准备﹑矿区等方面。目前来讲，冻结段的立井井筒已经施工800m，基岩段的立井井筒已经施工1000m，岩石斜巷施工1000m，平巷施工2000m，矿层平巷施工2500m。为了使矿山建设工程建设得更加便捷，本次工程在剩余的施工区域应用桩基施工技术，提高矿山建设工程的整体建设水平。

2 基于桩基施工技术的矿山建设工程建设方法设计

2.1 埋设矿山碎裂带钢护筒

在X矿山建设工程中，地质条件较为复杂，地表下方存在较大的填石层，填石层下方还存在较厚的淤泥，桩基施工过程中，困难重重[6]。为保证桩基施工的稳定性，本文在施工区域埋设钢护筒，将桩基保护在钢护筒中，减少碎裂带对桩基的影响。钢护筒埋设之前，本文对照钢护筒的尺寸与实际施工环境，采用20mm厚度的钢护筒，其内径超过钻头直径，选择200mm的钢护筒。护筒在施工过程中，高出施工地面400mm，埋设深度以穿过填石层为主[7]。本次工程将埋设深度设定为2000mm，在碎裂带区域，钢护筒直接穿过填石层，进入岩石层以下500mm，整体预埋深度达到2800mm。每个钢护筒之间的中心轴线对应，中心轴线与桩基的固定桩位置对应，偏差＜10mm即可。具体施工情况如图1所示。

图1 钢护筒安装施工图

如图1所示，本次工程安装的钢护筒总共100根，护筒直径从200mm～400mm不等，护筒最长为800mm，护筒之间可连接，形成一个深度2800mm的钢护筒，从基础上减少桩基整体位移现象。

2.2 填充矿山注浆裂缝

受到地形条件影响，X矿山注浆裂缝较多，桩基不能直接施工安装。本文排查出X矿山建设工程中的多处注浆裂缝，将其用泥浆进行填充，保证矿山桩基施工区域的完整性。本文选取的泥浆相关指标如表1所示。

表1 矿层泥浆指标

如表1所示，矿山注浆裂缝包括了砂层﹑黏土层，以及填石层，是较为严重的注浆裂缝。根据X矿山建设工程的地质勘测结果显示，矿区砂层被灰岩与泥灰岩两种岩层包裹，在施工过程中，多处漏浆﹑塌孔[8]。按照本文调制出的泥浆比重为1.15g/cm3﹑粘度22Pa·s﹑pH值为7﹑胶体率97%﹑含砂率4.0%等指标，将泥浆填充到注浆裂缝中，以避免裂缝对桩基施工的影响，保证矿山桩基施工区域的地质条件完整。

2.3 钻进矿山填石层

在注浆裂缝填充完成之后，矿山地下土层环境得以完整。在此基础上，本次工程利用ZLJ矿用岩芯钻机钻进矿山填石层。矿区土层采用ZLJ矿用岩芯钻机的扩孔功能，将土层扩大到原来的2倍。土层此时从1800mm变为3600mm，在填石层直接形成3000mm的孔径。针对钢护筒深度2800mm，本文在孔径中放置桩基配筋。其中，内圈焊接纵筋采用截齿钻头，转速为4.27r/min推进填石层，推进的直径为150mm，放置内圈焊接纵筋；第一撑纵筋采用6.86r/min推进填石层，推进的直径为530mm，放置第一撑纵筋；外层螺旋并筋采用球齿钻头，转速为12r/min，推进直径为100mm，放置外层螺旋并筋；在内圈焊接纵筋周围放置两个内纵筋并固定，同时放置两个内圈加固筋并固定，即可保证桩基配筋的稳定性。具体桩基配筋施工简图如图2所示。

图2 桩基配筋简图

如图2所示，内纵筋与内圈加固筋垂直成孔，两筋角度为90°，垂直偏差未超过0.005°。此时，内圈焊接纵筋被内纵筋与内圈加固纵筋固定住，能够抵御矿山填石层对桩基的影响。钻进填石层之后，桩基施工区域得以扩宽，在其内安装的桩基配筋，为后续桩基安装提供便利条件。

2.4 安装混凝土桩基

由于X矿山建设工程环境因素较为不稳定，本文采用混凝土桩基进行安装，混凝土桩基材料为PO36.7水泥凝胶材料，并掺杂矿渣粉与粉煤灰，降低混凝土材料的水化热现象。其中，水含量为150g，水泥含量为400g，砂石含量为1256g，粉煤灰含量为70g，矿渣粉含量为60g，外加剂为9.8g，水胶比为0.40。在此条件下，将混凝土桩基进行安装，桩基安装示意图如图3所示。

图3 桩基安装图

如图3所示，桩基的安装过程同样用到了ZLJ矿用岩芯钻机，在矿井内打出一个孔径大小为50mm的桩基孔，孔径大小根据桩基孔变化，其变化误差未超过0.05mm。在桩基孔处放置30mm的钢气管，与下方孔柱相连接，形成一个优质的连接孔。按照连接孔的区域下设混凝土桩基，其水平位移量更小，能够在真正意义上实现桩基的稳定施工。

3 施工结果

在上述施工条件下，桩基施工完成。本文针对矿山桩基施工情况进行分析，利用位移测量仪测量出桩基施工之后的水平位移量，位移量越小，桩基稳定性越高；反之，位移量越大，桩基稳定性越差。位移测量仪测量桩基情况如图4所示。

图4 位移测量仪

如图4所示，图4中的位移测量仪面板尺寸为160mm×80mm，机箱深度为100mm，安装开孔尺寸为（151mm±1mm）×（75mm±1mm），全金属面框，液晶玻璃面板，符合本次施工需求。同时，该测量仪的供电电源为AC85～265VAC，额定功耗为15WaTTs，各路电路电流为50mA。其中，负电压电源为-24VDC±1V，负电压电源为+24VDC±1V，可以保证室外位移测量效果。测量仪测量精度为0.01，线性误差≤0.005，适用于本次工程施工条件。本文将图4中的位移测量仪放置在桩基上方，测量出桩基的水平位移情况如表2所示。

表2 施工结果

如表2所示，本文随机选取出矿井中的10根桩基，将其编号为ZJ110B～ZJ1010B。由于桩基对应的土层情况不同，桩基施工之后的最小水平位移也不尽相同。因此，每一个桩基编号对应着一个最小位移数据。在此条件下，使用本文设计的基于桩基施工技术的矿山建设工程建设方法，得到的桩基水平位移数据均在最小水平位移的范围内。其中，位移量较大桩基编号为ZJ880B，位移量为1.42mm；位移量最小的桩基编号为ZJ440B，位移量为0.15mm。也就是说，使用本文设计的方法之后，桩基水平位移量在0.15mm～1.42mm范围内波动，水平位移较小，桩基稳定性随之提升，符合本文研究目的。

4 结语

近年来，矿产资源不断开采，矿山开采废料堆砌﹑废水排放等污染﹑桩基稳定性差的开采事故，不仅对周围生态环境造成了较大的污染，还对开采人员造成了较大的安全隐患。新时代下的矿山建设工程，需要绿色开采，也需要安全开采。因此，本文设计了一种基于桩基施工技术的矿山建设工程建设方法。通过埋设钢护筒﹑填充注浆裂缝﹑钻进填石层﹑安装桩基等方式，将桩基的水平位移控制在合适范围内，以避免因为位移较大引发的桩基失稳现象。上述研究旨在减少矿山建设的安全事故，提高桩基施工稳定性，为矿山建设提供安全保障。