固结注浆技术在某矿区瓦斯抽放站矸石回填地层加固中的应用

摘 要：由于受场地限制，某矿区瓦斯抽放站部分建筑物须置于矸石回填层之上，为满足地基承载力要求，文中通过固结注浆技术对该矸石松散回填层进行加固处理，并通过复合地基检测方法对该注浆质量进行了验证，取得了良好治理效果。

关键词：固结注浆 注浆技术 矸石回填 地基加固

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）06（a）-0072-02

煤矸石是煤矿采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，由于其排放量大、污染严重、占地面积大等因素，许多煤矿在其改扩建过程中，将部分废弃矸石用于沟谷回填或场地平整、恢复中，从一定程度上降低了煤矿的投资成本，减少了其对环境的污染和破坏。

利用煤矸石作为建筑地基是一条“以废治害”的有效途径，然而将其作为建筑地基材料不同于一般的粘土和砂砾土，它具有孔隙大、结构松散、整体稳定性差等特点，如不对其采取必要的加固措施，将会在上部建筑荷载和自重作用的影响下，加之其不同填筑厚度和不同压实度，易使得上部建筑在运行过程中产生不均匀沉降[1～2]。

1 工程概况

1.1 项目概况

某矿区瓦斯抽放站所在场地位于太行山西缘南端，沁水盆地南缘，微地貌单位为山麓斜坡堆积，以构造作用为主，长期受强烈切割作用影响。本次加固场地原始地形为一沟谷，总体为西北高东南低，后经人工回填矸石至场坪位置，回填矸石最大厚度21m。注浆加固平面图见（图1）。

1.2 工程地质条件

根据工程地质勘探资料，该场地原始地基土主要由填土（Q4），粉质粘土（Q3），残积土（Q2），强-中风化泥岩（P），中等风化砂岩（P）等五层组成。据土性及力学性质差异自上而下可划分①～⑤个地层。

后经开挖，进行了矸石回填，回填最大厚度21 m，最大粒径为500 mm，结构松散，压实度低。

2 注浆加固方案

该矿区瓦斯抽放站因受场地限制，部分建筑物布置于矸石回填区上，为防止地表水及地下水对瓦斯抽放站地基的冲蚀破坏及风化侵蚀，保证瓦斯泵站地基的整体安全性、提高地基整体承载力，减少不均匀沉降，根据场地原始地形、不同位置人工矸石回填的厚度、场地边界条件及以往同类型地基处理措施，拟采用固结注浆法对该回填场地进行加固处理。

2.1 钻孔

2.1.1 钻孔布置

根据现场原始地貌特征，为了形成有效的注浆范围，确保注浆效果，场地设置帷幕孔，孔径130 mm，孔间距为2 m；场地内部设注浆孔，呈梅花形布置，孔径130 mm，孔间距为3 m；另外由于区域南侧为一砌石挡墙，挡墙内侧为一排水沟，为保证挡墙的稳定性，在排水沟的内侧采用垂直孔与斜孔孔相间布置的措施，外倾角10°，孔间距1.5 m，其余参数保持不变。

2.1.2 钻孔工艺及技术要求

（1）钻孔工艺。

①帷幕孔、注浆孔均分三序，钻孔施工中总体按照先帷幕孔后注浆孔、先下游孔后上游孔、先Ⅰ序后Ⅱ序再Ⅲ序的原则进行施工。

②钻孔采用冲击回转钻进或浆液循环钻进，Ф130 mm钻头开孔，为了保证矸石回填松散体的注浆效果，三序钻孔的深度分别为Ⅰ序孔深5 m，Ⅱ序孔深12 m，Ⅲ序孔深进入基岩1 m。

（2）技术要求。

①钻孔施工开始后，应布置先导孔优先施工，并详细记录钻进过程中的塌孔、卡钻、冲洗液消耗等参数，为后续钻孔提供技术参考和指导依据。

②终孔后应立即下入注浆花管，若塌孔严重注浆管无法下入，可通过钻杆直接灌注。

2.2 注浆

2.2.1 浆液材料

浆液材料主要由水、水泥、粉煤灰、速凝剂（水玻璃）组成。

2.2.2 浆液配合比

该场地注浆浆液为水泥、粉煤灰混合浆液，浆液配比水固比为1∶1～1∶1.2，固相比（水泥∶粉煤灰）帷幕孔为4∶6，注浆孔为2∶8。

速凝剂∶用于帷幕孔及注浆量较大的注浆孔注浆，掺入量为水泥重量的2%。

施工前，应先做水固比为1∶1、1∶1.1、1∶1.2的浆液配合比试验，试验内容为单方浆液的干料含量、浆液密度、初凝、终凝时间及结石率。

2.2.3 注浆工艺及技术要求

（1）注浆工艺。

①注浆顺序。

注浆施工应先帷幕孔再注浆孔，先下游孔后上游孔，先Ⅰ序后Ⅱ序再Ⅲ序的原则进行。

②注浆工艺流程（图2）。

（2）技术要求。

①注浆时应采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，根据实际情况及时调整浆液浓度和注浆量。

②为便于控制注浆质量，当某一比级浆液的注入量达2000 L以上或灌注时间已达1 h，而注浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应加浓一级。当注入率大于200 L/min时，可根据具体情况越级变浓。

③当注浆量较大时，应采用间歇式注浆法施工，同时在浆液中加入水泥重量2%的速凝剂。

④终孔标准为注浆压力在0.5 Mpa以上，且注入率不大于50 L/min时，持续灌注15 min，注浆结束。

3 注浆加固质量检查

3.1 检查方法

（1）通过复合地基静载荷试验，检验加固后的地基承载力特征值及对应变形量是否满足设计要求。

（2）通过钻探取样，检验注浆加固后的地基处理深度及充填效果是否满足设计要求∶

（3）通过重型圆锥动力触探试验，评定处理后的地基密实度及地基均匀性等是否满足要求。

3.2 检查工作量布设原则

通过上述质检手段在注浆加固后的场地内按注浆孔孔数的3%～5%进行随机布点，检查注浆施工质量，进行注浆效果综合评价。

3.3 质检结论

经对该矸石回填地基分别采用复合地基静载试验、钻探取样及动力触探试验综合评价方法进检验后，认为注浆整体性良好，充果良好，地基承载力特征值180 kPa，且极限承载力值不小于360 kPa，满足承载力要求，该项目竣工后，通过基础开挖，揭示出浆液充填饱满，胶结良好，孔隙的充填率大于85%，结石率达到80%。

4 结语

通过本次固结注浆技术在矸石回填地层中的应用，笔者得到以下体会。

（1）固结注浆技术在以矸石回填层作为建筑物天然地基的加固处理中是可行的，这将为类似地层地基加固处理提供经验借鉴。（2）帷幕孔的注浆在地基注浆加固工程中非常重要，能否分析把握好帷幕注浆过程中的技术环节是关系着工程质量及工程投资关键环节之一。（3）对松散层进行注浆加固时应尽量采用自上而下分段注浆的方法，以保证浆体在地层中的连续性。

参考文献

[1] 唐志新，黄乐亭，戴华阳.采动区煤矸石地基理论研究及实践[J].煤炭学报， 1999，24（1）：43-47.

[2] 李静，王欣.煤矸石回填地基利用的实践[J].工业建筑，1998，28（4）：60-61.