循环注浆（共7篇）
循环注浆 篇1
1 工程概述
某写字楼的桩基工程, 楼高213 m, 三层地下室, 土层为:20～38 m为残积砂质粘性土, 极限摩阻力为39 kPA;38～45 m为全风化花岗岩, 极限摩阻力为56 kPA;45～75 m为散体状强风化花岗岩, 极限摩阻力为82 kPA;由于地基要到75～100 m才到中风化, 如要成设计桩端承载, 如此深度的桩施工沉渣很难控制, 且桩的垂直度很难控制。故桩长设计为54～65 m, 桩端为散体状强风化花岗岩, 地下室采用厚底板, 为桩筏基础, 桩基和筏板共同作用。设计桩采用冲钻孔灌注桩, 桩身直径为1 200 mm, 桩身混凝土强度等级为C40;冲钻孔灌注桩静载验收标准在桩顶极限荷载25 000 kN作用下为控制沉降6 cm以内。
2 设计上对桩基沉降控制的方案
2.1 桩机的选择和气举反循环二次清渣
设计冲钻孔灌注桩均可, 由于如采用冲孔灌注桩, 在施工过程中很容易产生泥皮, 这样会大大降低桩侧摩擦, 钻孔灌注桩机具设备简便、施工方便, 成孔质量可靠, 钻孔灌注桩沉渣的清理是控制桩身质量的关键, 钻孔灌注桩气举反循环清孔工艺, 其清孔效果远好于一般清孔工艺。因此, 采用反循环钻机成孔, 加膨润土人工造浆的办法, 这样能有效减少桩侧泥皮和桩底沉渣。
2.2 采用桩端及桩侧联合后注浆法
(1) 即使是采用反循环钻机成孔工艺, 都会存在孔壁土体被扰动、成桩后桩底沉渣过厚和桩侧泥皮过厚的问题, 影响钻孔桩的承载力。
(2) 采用桩端后注浆主要是解决桩底沉渣过厚问题, 桩侧后注浆主要是修补桩身缺陷, 解决因泥皮过厚带来的摩阻力下降问题。
(3) 一般情况下桩侧注浆管的设置是竖向设置, 设计上采用环状设置桩侧注浆管的方法, 能更好地提高桩侧摩阻力。
3 施工中的具体施工工艺要求
虽然设计上已采取了一些技术手段控制沉降, 但施工中对施工工艺的细节处理至关重要。
3.1 气举反循环二次清渣的施工工艺
(1) 导管下放深度以出浆管底距沉淤面300～400 mm为宜, 风管下放深度一般以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.55～0.65来确定。
(2) 主要参数。空压机的风量6～9 m3/min, 导管出水管直径>Φ200 mm, 送风管直径 (水管) Φ25 mm, 浆气混合器用Φ25 mm水管制作, 在1 m左右长度范围内打6排孔、每排4个Φ8 mm孔即可。
(3) 开始送风时应先孔内送浆 (补浆) , 停止清孔时应先关气后断浆。清孔过程中, 特别要注意补浆量, 严防因补浆不足 (水头损失) 而造成塌孔。
(4) 送风量应从小到大, 风压应稍大于孔底水头压力, 当孔底沉渣较厚、块度较大, 或沉淀板结时, 可适当加大送风量, 并摇动出水管 (导管) , 以利排渣。
(5) 随着钻渣的排出, 孔底沉淤厚度较小, 出水管 (导管) 应同步跟进, 以保持管底口与沉淤面的距离。
3.2 桩端及桩侧联合后注浆法的施工工艺
对用于注浆的高压注浆泵、拌浆机等设备需进行检查。高压注浆泵的工作参数要满足方案要求, 在使用前对高压注浆泵及管线的密封性要进行试运行, 对注浆管, 要检查注浆头的长度、出浆孔径、孔距是否符合方案要求, 安设注浆管时, 要检查注浆管与钢筋笼连接是否可靠、牢固, 注浆头是否用合适的橡胶膜封闭、包裹, 注浆管各节连接是否牢固、密封, 及注浆管上端是否略高出地坪, 并要有良好的封堵, 以防止杂物进入堵塞注浆管。
后注浆施工流程:压浆管制作、安装→压降管试水→压力试验→上侧管压浆→下侧管压浆→端管 (3 d后) 。
3.2.1 主要机具和材料
本工程选用BW150型压浆泵、经过计量校准的量程20 MPa压力表、水泥浆搅拌机、0.5 m贮浆筒 (上覆滤网) 。
主要材料:水泥采用42.5普通硅酸盐水泥, 水灰比根据现场试验调配 (参考水灰比为0.55) ;压浆管选用直径34×35 mm无缝钢管, 浆液用3×3 mm的滤网进行过虑, 浆液采用纯水泥浆。
3.2.2 压浆管制作
经过详细的材质检查、验收合格的Φ34×3.5 mm无缝钢管, 在工地集中加工成压浆管。压浆孔用ϕ6 mm钻头加工, 孔洞轴向间距50 mm, 沿管周螺旋形错开。钻孔完毕后将孔内铁屑清理干净, 孔口用堵头封闭, 最底部的一根压浆管下端口用4 mm厚、直径40～50 mm的圆形钢板焊接封闭。
3.2.3 压浆管安装
压浆管随钢筋笼一起下放, 与钢筋笼的主筋点焊并绑扎紧密。桩径1 200 mm设置2根桩端注浆管, 2根桩侧注浆管, 桩径1 500 mm设置2根桩端注浆管, 3根桩侧注浆管。考虑到本工程桩的深度较大, 为加强注浆效果, 桩侧设上、下侧压浆管。上侧压浆管位于桩的中部, 下侧压浆管靠近桩端部。压浆管之间采用丝扣连接, 避免焊接。
3.2.4 开塞控制
在混凝土浇筑两天后, 混凝土强度达到C20～C25时方可进行开塞。开塞时间的早晚, 对注浆较为关键。能否顺利注浆, 控制好注浆时间是重点。开塞时间早了, 混凝土未形成一定的强度, 在高压水的冲射下会破坏桩端的桩成形和混凝土强度;过迟, 包裹注浆后的混凝土强度过大, 会造成注浆头橡胶膜打不开现象, 使预埋管报废, 最终不能注浆。开塞时要在现场观察高压注浆泵的开塞压力, 开塞要求低压慢速:压力太小, 浆跑不了, 压力太大, 冲力也太大。流量最大控制在<75升 (4档) , 一般情况每分钟50升 (4档) 。记录开塞情况, 要写明开启一根、两根、还是未开启。
3.2.5 注浆控制
首先检查水泥, 其不能有结块现象。核实进场的水泥量及水泥浆的水灰比, 掺外加剂的, 检查外加剂的掺量。检查高压注浆泵的压力表、阀门、管线完好状况。注浆开始记录注浆压力。注浆压力过小, 对桩端土、桩周土加固范围渗入充填强度、深度小, 加固作用小;注浆压力过大, 可能会损坏注浆管。因此要控制一个较合适的注浆压力, 一般为开塞压力的一半。注浆一般以注入水泥量为主控因素, 水泥注入量达到预定量, 无特殊情况即可停止注浆。预定量可根据第一、二根的注浆情况进行修正。现场人员要记录每次水泥的用量, 保证水泥的注入量达到要求且注浆流量不超过浆50 L/min, 浆液处理时间控制在3 min。
3.2.6 压浆方法
一般在成桩2天后开始压浆。压浆采用低速慢压的方法, 同一根桩的压浆顺序:上侧管→下侧管→ (2 d后) 端管;同一承台桩的压浆顺序:先四周桩后中心桩。压浆完毕后立即给压浆管拧上堵头, 以免因回浆而降低压浆效果。
3.2.7 施工方式及注浆顺序
采用间歇施工, 一根接一根, 不能同时施工, 注浆时先桩侧后桩端 (注:桩端注浆需专人观测, 形成记录) , 先上后下。
3.2.8 压浆参数
后注浆技术终止压浆的总的控制原则是以压浆量为主, 压力控制为辅。压浆参数根据地质条件合理选择, 如桩端为密实的中风化岩石、碎块状强风化时, 可考虑采取大压浆量和较大的压浆压力, 以压浆量为主要控制指标;如桩侧为密实的沙土层, 可以以压浆压力为主要指标, 压浆量为参考指标。
终压条件:总压浆量达到要求或稳压压力大于3.0 MPa持续时间1 min。
3.2.9 施工过程中的注意事项
(1) 为防止水泥浆从空孔部分的压浆管接头处压出, 空孔部分的压浆管接头应采用生料带进行密封, 并且空孔部分的钢管均应采用整根长钢管连接。
(2) 压浆应低档慢压, 先稀后浓。低档慢压既能有效防止压力突然增大无法压浆的情况, 也能防止浆液顺着桩身上窜或从其他的地方冒出, 使桩端或桩周土体被水泥浆液逐步填充, 随着压浆量的增加, 压力自然形成逐渐增加的状况。
(3) 同一根桩的压浆管, 如其中一根确实无法压浆或压浆量不够, 另一根压浆管压浆时应补足相应的压浆量。邻近桩的相邻压浆管也应补足相应的压浆量。
(4) 如压浆量未达到设计要求, 就出现浆液冒出地面时, 应暂停压浆, 并将压浆管内的水泥浆用缓凝型的水泥浆置换出, 停止1h左右再进行复压, 如此往复, 直至达到设计压浆量。
(5) 当场地附近出现渗浆现象或压浆量满足要求、但压力较小时, 不能盲目地认为压浆量达到要求就终止压浆。此时应采用间隔复压、掺早强剂、封闭渗浆通道等方法, 保证有效压浆量。
3.3 灌注水下混凝土的注意事项
灌注水下混凝土的漏斗应有足够量, 保证混凝土初灌量使导管一次埋入混凝土面不小于1.2 m。由于此写字楼在设计和施工工艺的双重的控制下, 桩基沉降满足了设计沉降量的要求, 使工程能够顺利进行。
循环注浆 篇2
随着城市化进程飞速发展，工程建设规模逐步扩大，在原有工程场地范围内建设新工程的情况已经出现。原工程场地为天然地基的较易进行处理，但原工程为桩基础的较难处理，拔桩工程费用较大、工期长，且拔桩对原有土质有较大破坏。对于低层建筑，采用地基处理新建建筑基础底与原工程桩桩顶之间的土体，进而用作新建建筑的地基，既利用了原有工程桩，又省去了拔桩的费用，不失为一种有效的方法。对于不具备施工工程桩条件的基坑工程，注浆支护方式是一种可行的方法。本文将结合实际工程，对在原工程场地上新建建筑工程的情况进行探讨分析，为类似工程提供参考。
一、工程概况
天津市海河剧院附属用房位于天津市南开区卫津南路与复康路交口处，为一栋高度为24.2 m的六层框架结构，地下一层为3.9 m高与另外一栋海河剧院相连的车库。基坑深度约为4.7 m，基坑近似成矩形，面积为3 500 mm2。该场地进行过工程桩施工及工程开挖，原设计深度为10.0 m，采用钻孔灌注桩加设一道水平环撑的方式进行支护，后开挖后将基坑回填，回填过程中支撑及支护桩受到了不同程度损坏。现场地地坪埋深10 m范围内为杂填土及素填土，结构松散、土质不均，且填垫年限小于十年。
本场地西侧紧邻施工道路，东侧与既有12层框架结构建筑距离为8 m，且东侧地下室外墙与原支护桩相邻，北侧为施工单位临时办公用房，距离地下室外墙距离为15 m，南侧与本工程海河剧院相连。海河剧院采用三轴工法桩(SMW)进行支护，辅助用房场地范围分布着原工程的工程桩，采用工法桩或钻孔灌注桩的方案不可行。北侧有放坡空间，可采用放坡开挖，东侧及西侧不存在放坡空间，且无法施工支护桩。该场地10 m范围内为松散的填土，且10 m深度以下密布原工程桩，不具备重新施工工程桩的条件，若将此部分土换填，则开挖工作量大，工期长，支护结构较难选择。
二、基坑支护设计
由于原工程的截水帷幕保留较完好，并能将新建工程包括在内，原截水帷幕距坑边较近，且新建工程开挖深度较浅，故依靠原截水帷幕截水，在坑边设置大口进行降水，沿基坑四周及基坑内部设置碎石排水暗沟，将其与集水井相连，形成纵横连通排水系统。距离坑边设置三排间距1.0 m、孔距1.0m的注浆孔，孔径为100 mm，孔深为基坑底下6 m，并在每个孔内插入3根直径16 mm的钢筋以增加其刚度。注浆初期强度较低，为防止施工时浆液串孔和对邻近注浆体的破坏，采取穿插、跳打方式施工，施工后期加入速凝剂。在注浆孔顶部周圈设置250mm厚度的盖板，将整个支护结构连成一个整体，盖板在坑内一侧方向垂下900 mm长的垂板以固定基坑顶部的土体。由于坑边较长，每隔15 m设置一个斜撑，斜撑顶与盖板相连，斜撑底与坑底基础相连。计算模型采用重力式挡墙[1]，墙厚度取注浆孔距加左右外扩0.5 m，为3 m，弹性模量及抗压强度均进行了相应折减，计算桩顶最大位移为40 mm，满足设计要求及工程需要。在基坑施工过程中进行了实时监测，坑体变形与周边建筑的观测变形均满足设计要求，时值雨季，有效地保证了地下工程的施工，节省了工期及工程造价。
三、注浆加固地基设计
由于本工程重新施工工程桩的条件不完备，为了提高地基承载力、减小不均匀沉降，采用压密注浆方法来进行地基处理。压密注浆方法通过与土体发生物理化学反应及挤密土层来提高土体承载力[2,3]。压密注浆地基处理需要达到的目的：(1)基础以下形成一定厚度的均匀、坚硬持力层，达到基础承载力要求[4];(2)由于原工程桩长短、刚度不一，通过压密注浆，控制建筑物建筑物产生明显的不均匀沉降。
本场地后填土大约至10.5 m，其下为粉土、粉质粘土层，土层较好，故加固深度设计为进入好土层不少于0.5 m(即加固至埋深11.0 m)。
压密注浆孔的扩散半径为1.5 m，为了更好达到注浆效果，中间注浆孔孔距设为1.2 m，按梅花状布置[5]，沿基础周边布置的外围封闭注浆孔设为1.0 m。注浆顺序先外后内，内部注浆孔采取隔排跳打方式进行注浆。
1. 有限元模型分析
本工程最关心的是竖向沉降问题，而且地基是抗剪强度很低的人工填土和软土，故采用文克尔地基模型，采用COMBINl4弹簧单元来模拟注浆桩和桩间土体的共同体，SHELL43壳单元来模拟筏板、地下室顶板及地下室外墙，BEAM188梁单元来模拟梁和柱[6]。
为简化模型及综合考虑整体结构刚度，仅建立地下一层模型，在地下一层顶处输入PKPM中导算下来传至柱顶的准永久荷载。底板约束限制x、y方向平动及z方向的转角，桩底全刚接，见图1。准永久荷载下底板沉降计算结果如下：整个底板变形下凹，中部变形最大，最大沉降为20 mm，四周变形较小，最小沉降为3.6 mm，见图2。
2. 实测结果对比
据主体封顶后的环形闭合线路沉降观测结果，建筑四周沉降量为2.05～4.5 mm，中间沉降在15 mm左右，沉降总体较为稳定，沉降差较小。总体来说实测结果与有限元分析结果较为吻合。地基承载力载荷板试验，地基承载力达到120KPa，满足基础设计要求。
四、结语
采用类似重力式挡墙模型对注浆插筋支护结构进行了分析，采用有限元分析方法对注浆加固地基进行了沉降计算，并在施工过程中进行实时观测，得出结论如下。
(1)对于较浅且不具备放坡及支护桩施工条件的基坑工程，采用注浆加固土体的方式能有效控制基坑变形，计算时采用类似重力式挡墙模型能较真实反映工程实际情况，保证支护工程正常施工。
(2)注浆加固地基对提高地基承载力及控制主体沉降能起到有效作用，并具有施工方便、灵活、成本低、工期短等优点，具有一定的推广价值。
(3)随着城市化进程飞速发展，在原有桩基工程上新建工程的情况会越来越多，拔桩的工期长，成本高，可行性差。注浆支护及注浆加固地基是一种有益的尝试，具有可操作性。本工程只是对于低层建筑的一个探讨，有必要对原有桩基上施工高层建筑进行进一步研究。
摘要：本文以海河剧院附属用房注浆支护及注浆加固地基为例,介绍了压密注浆支护及加固地基在实际工程中的应用,采用类似重力式挡墙计算支护结构,采用有限元数值分析基础沉降,并与工程实测进行对比,验证了注浆支护及加固地基对控制基坑变形、控制基础沉降能起到显著作用,具有施工方便、降低成本、缩短工期等特点,是在原工程基础上施工新建建筑的一种有益尝试,为此技术的推广提供理论参考与借鉴价值。
关键词：注浆支护,注浆加固地基,重力式挡墙
参考文献
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[4]刘恩元.秦皇岛市某公司车间注浆加固地基实例[J.山西建筑,2009(06).
[5]顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠珊.地基与基础[M].中国建筑工业出版社,2002.
循环注浆 篇3
赵固二矿11050工作面是赵固二矿的第一个采全高综采工作面, 该工作面二1煤层底板岩层裂隙非常发育, L9灰岩、L8灰岩及L7灰岩富水性强, 且周围大断裂发育, 补给水源充沛。其中L8灰岩水压高达6.47Mpa, 二1煤层至L8灰岩间的隔水层平均厚度只有23.96m, 突水系数为0.27MPa/m。为保障11050工作面顺利投产, 针对该工作面水文地质条件及工程地质条件, 对11050工作面前500m区段二1煤层底板进行了注浆改造和断层注浆加固, 并对二1煤层顶板基岩和冲积层底部的富水情况进行了钻探检验, 确保工作面安全生产。
1 11050工作面基本情况
11050综采工作面的走向长度为2 160m, 倾斜长度为180m, 设计开采山西组二1煤, 厚度为6.32m, 地质储量333.90万吨, 可采出原煤317.20万吨。使用综采机采煤, 采用一次采煤层全高方式, 在回风顺槽用皮带运输机运煤, 胶带顺槽作为流水巷并放置设备列车, 开采标高为-557.08~-629.16m (煤层顶板标高) 。
2 地质概况
2.1 煤层
采面内部二1煤层平均厚度6.34m, 煤质变化很小, 层位稳定。二1煤层中下部含夹矸0~3层, 夹矸厚度0.01~0.03m, 多为黑色炭质泥岩。煤层结构比较简单, 煤质变化很小, 属稳定型厚煤层。二1煤层以块煤为主, 块煤强度较大、坚硬, 内生裂隙发育。
2.2 煤层顶板岩层
2.2.1 煤层顶板岩性
二1煤层伪顶主要为≤0.5m的泥岩、炭质泥岩, 一般随采随落。
直接顶板厚度3.43~13.98m, 以泥岩、砂质泥岩顶板为主, 老顶为大占砂岩, 厚2.32~6.94m, 粗、中、细粒砂岩, 坚硬, 稳定性较好。
2.2.2 顶板基岩情况
在切眼附近施工5个顶板基岩厚度探测孔, 其中3个孔垂深为70.20m, 另外2个孔垂深为60m, 全部穿过基岩, 钻孔揭露基岩厚度57.80~65.88m, 有4个钻孔的水量为0.1m3/h, 一个钻孔的水量为2.5m3/h, 均为基岩中的裂隙水, 5个钻孔均未见砾石含水层。根据地质勘探报告和本次顶板基岩厚度探测孔资料分析, 11050工作面顶板基岩厚度为57.80~110.00m, 最薄处在切眼附近, 最厚处在停采线附近, 该工作面基岩顶部没有砾石含水层, 基岩裂隙中水量很小。
2.3 地质构造情况
2.3.1 F18断层
位于11050工作面东南199m, 落差730m。据底板注浆改造孔资料分析, F18断层附近L9、L8及L2灰岩含水层岩层破碎, 富水性较强。
2.3.2 11050工作面前500m揭露的断层
在上顺槽距切眼143m处揭露一条F124断层, 该断层产状为113°∠43°, H=1.2m, 经前500m底板注浆改造钻孔揭露的地质及水文地质情况分析, 该断层仅为受F18断层影响而形成的派生小断层, 对顶底板破坏程度较小。
3 水文地质
3.1 主要含水层
3.1.1 L9灰岩岩溶裂隙含水层
平均厚度为0.94m, 裂隙发育, 构造破碎带附近含水丰富, 距二1煤层平均为12.40m。
3.1.2 L8灰岩岩溶裂隙含水层
平均厚度8.22m, 岩溶裂隙发育, 岩溶裂隙连通性好, 属强富水含水层。距二1煤层平均为23.96m, 为二1煤层底板主要充水含水层。
3.1.3 L2灰岩岩溶裂隙含水层
岩溶裂隙连通性好, 为强富水含水层。距二1煤层平均为87.11m, 正常情况对二1煤层没有影响, 在断裂构造附近对矿井安全影响较大。
3.1.4 O2灰岩岩溶裂隙含水层
中厚层状石灰岩、泥质灰岩, 厚度大于400m, 距二1煤128.40m, 正常情况不影响煤层开采, 断裂沟通情况下对矿井威胁大。
3.2 前500m区段富水情况
(1) 因受F18断层影响, 底板注浆钻孔揭露资料显示:前250m范围为集中富水区域, 该段范围内钻孔初始的水量在15~80m3/h间, 其中多数钻孔水量为15~30m3/h, 注浆量较大, 富水层位主要为L9灰岩、L8灰岩和L2灰岩顶板10m处的中粗粒砂岩层。
(2) 250m至500m内的钻孔的水量一般为1~3m3/h。
4 底板注将改造工程施工情况
4.1 注浆层位
以中国矿大许延春教授的底板破坏深度理论计算结果为基础, 结合在工作面二1煤底板施工的注浆钻孔出水深度、底板岩层破碎情况及11011工作面回采后出水情况, 决定本次所有注浆钻孔设计深度为二1煤层底板以下垂距85m, 接近L2灰岩含水层顶板。孔内涌水量大时酌情增加终孔深度, 延伸至L2灰岩含水层。
4.2 浆液配比
(1) 正常情况采用混合浆, 浆液比重为1.18g/cm3, 其中水泥:粘土=1:3。
(2) 在孔内出水位置接近L2灰岩, 判断为L2灰岩水时, 用比重1.17g/cm3的纯水泥浆液注浆。
(3) 在切眼外侧揭露断层破碎带时用比重1.17g/cm3的纯水泥浆液注浆。
4.3 注浆情况
(1) 为确保注浆效果, 采用下行法注浆, 钻孔水量大于10m3/h时停止钻进, 进行注浆。
(2) 要求一级套管注浆压力达10MPa停注, 二级套管注浆压力达15MPa停注。
(3) 注浆重点是L8灰岩含水层及其以下的深部裂隙水, 以阻断水源, 减少水量。
(4) 对出水量小的钻孔复孔一次, 再复注一次, 然后透孔封孔。对出水量大的钻孔采取多次复孔、多次复注, 直到孔内水量小于0.5m3/h时进行透孔封孔。
(5) 注浆时, 井下孔口安装两块20MPa的压力表, 以观察注浆压力, 两块压力表互相印证是否损坏。
5 前500m底板注浆改造工程效果评价
5.1 注浆改造前后物探情况
注浆改造前对前500m进行了直流电法勘探和无线电透视勘探, 且在采面内用钻探进行了验证。注浆改造后对前500m又进行二次直流电法勘探和一次瞬变电磁勘探, 并在工作面内采用对穿钻孔探工作面内煤层赋存情况, 以进行对比确认。结果如下:
(1) 无线电透视和钻探显示采面前500m范围内没有大断层和薄煤带, 只有F124断层, 落差为1.2m, 在进行立体注浆加固。
(2) 瞬变电磁勘探成果与检验钻孔检验效果相差较大。分析原因是因为巷道内金属物较多, 严重干扰瞬变电磁勘探效果, 所以瞬变电磁勘探成果不予采用。
5.2 注浆效果
工程施工中地测部每班派专人跟班监督, 并对当班工程量和质量进行验收。单孔结束后根据钻孔施工深度、固料与水比值、注浆终压、注浆连续性、注浆量对该孔进行评级, 坚持一孔一总结, 一孔一评级。钻孔级别共分四级:优、良、合格及不合格。
设计底板注浆钻孔数48个;设计效果检验钻孔数24个;实际注浆合格钻孔数99个;实际效果检验钻孔数27个;实际注浆不合格孔数10个;实际注浆合格钻孔占设计注浆钻孔的比率176%。合格注浆钻孔已远多于设计注浆钻孔数的76%, 大于90%, 实际效果检验钻孔数也多于设计检验钻孔数, 所以单孔注浆效果评价底板注浆改造工程为合格。
6 结论
(1) F18断层断层虽然落差较大, 影响距离远, 但距11050工作面199m, 并且已在切眼外侧布置14个底板注浆加固孔进行了注浆和检验, 检验孔水量小于4.6m3/h, 因此该断层对回采工作不会造成威胁。
(2) F124断层破碎带水量不大, 且已注浆, 不会对工作面回采造成大的影响。
(3) 前500m区段已底板注浆改造, 二1煤底板已变为弱富水的阻隔水层。但由于存在地质条件复杂性和工程局限性等影响因素, 所以生产中仍要加强防治水的管理工作。
(4) 11050工作面切眼附近顶板基岩厚度最薄, 但基岩顶部没有砾石含水层, 基岩裂隙中水量很小, 也不会对工作面回采造成大的影响。
7 建议
(1) F124断层破碎带检验孔如水量较大, 则必须补孔注浆加固。
(2) 虽然前500m区段已底板注浆改造, 二1煤底板已变为富水弱的区域, 为防特殊情况发生, 采面下顺槽防排水设施仍要按正常水量2m3/min、最大水量10m3/min的排水能力配备。
(3) 在回采初期采高要控制在5m以下, 待基岩厚度大于70m时才可采煤层全高。同时要求继续提前钻探煤层顶板基岩厚度, 在基岩厚度大于70m以后可以不探。
(4) 加强采面的水文地质资料收集和分析, 正确指导生产。
(5) 由于地质条件复杂性和工程的局限性等到因素影响, 生产中要根据揭露的实际水文地质资料, 及时采取措施。
摘要：底板注浆加固技术是一种充填煤层底板岩层裂隙、改变煤层底板含水层为隔水层、增加底板隔水层厚度的防治水措施。焦煤集团赵固二矿根据11050工作面的工程概况, 为了降低安全隐患, 工作面采用底板注浆改造和断层注浆加固措施对工作面加以控制和防范。底板注浆改造和断层注浆加固后二次物探探明, 11050工作面切眼以外500m的低阻区变成高阻区, 底板形成一个整体, 为11050工作面安全回采创造了有利的条件。
关键词：物探,注浆改造,注浆加固
参考文献
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循环注浆 篇4
鹅岭隧道进口DK6+625-DK7+482处在隧道浅埋段, 覆盖层10-30m不等, 地质条件极差, 围岩为流-软塑性粘土, 地下水丰富, 湧水量17-25m3/h, 土层强度低, 灵敏度高, 开挖后自稳能力差。其中DK7+330-DK7+482段覆盖层仅10-15米, 地面上斜穿一段河道和公路, 极易造成穿水和塌方。虽然也采用了锚杆、小导管超前注浆、型钢钢架等预加固措施, 但效果均不够理想。究其原因, 采用单液水泥注浆也可能是围岩加固失败的原因之一。
本试验研究的目的旨在克服单液水泥注浆强度发展缓慢、易被地下水稀释失效的缺点, 寻求一种固化速度快, 早期强度高的注浆料, 水泥—水玻璃双液注浆料是首选品种之一。
1 水泥—水玻璃浆液性能试验
水泥—水玻璃浆液性能能主要表现为:①浓度 (可灌性) ;②凝胶时间 (指在水泥浆液中混入水玻璃浆液后, 混合浆液突然变稠的时间) ;③强度等三个指标, 试验对以上三个指标进行研究。
1.1 原材料的选择与配制
(1) 水泥采用齐峰P.O42.5;
按水泥:水=1∶1 (重量比) 搅拌均匀成水泥浆后备用。
(2) 水玻璃 (液体硅酸钠) 采用佛山市南海区大沥中发水玻璃厂生产的模数2.2～2.5, 50Be (密度1.53g/ml) 的水玻璃, 按以下两种比例加水稀释, 调成40Be和25Be两种水玻璃溶液。
①40Be:水玻璃原液:水 (体积比) =100∶40;
②25Be:水玻璃原液:水 (体积比) =100∶100;
1.2 试验配合比的选择 (体积比)
(1) 水泥浆液与40Be水玻璃浆液的体积比采用1∶1;1∶0.8;1∶0.6;1∶0.4;1∶0.2;1∶0.1;1∶0.05进行试验;
(2) 水泥浆液与25Be水玻璃浆液的体积比采用1∶0.6;1∶0.4进行试验。
1.3 凝胶时间与强度试验结果水泥—水玻璃浆液的试验结果
2 试验结果分析
从以上试验结果可以看出, 在水泥浆液水灰比为1的情况下, 凝胶时间随水玻璃的掺量减少而减少, 而强度随水玻璃掺量的减少而增加, 在水泥浆液:水玻璃浆液 (体积比) =1∶0.4时达到峰值, 随后随着水玻璃浆液掺量继续减少, 强度也随之下降, 25Be的水玻璃亦呈现同样的规律。
水泥的凝结和硬化, 主要是水泥水化析出的凝胶性的胶体物所引起的。水泥水化生成硅酸二钙、硅酸三钙和氢氧化钙等水化矿物, 当加入水玻璃以后, 水玻璃马上与新生成的氢氧化钙产生反应, 生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙, 因此水玻璃的加入加快了水泥的水化速度, 也加快了水泥的凝结和硬化。随着水玻璃和氢氧化钙之间反应的进行, 生成的胶体物质越来越多, 结石体强度也越来越高, 所以水泥—水玻璃浆液结石体的初期强度是水玻璃与氢氧化钙的反应起主要作用。而后期强度则是水泥本身水化起主要作用, 因为水泥水化所产生的氢氧化钙量是固定的, 而与之起反应的水玻璃的量也是固定的, 如果水玻璃加入过量, 有一部分水玻璃不能与氢氧化钙产生反应而存留在结构体中, 造成强度下降, 如果掺量过少, 有一部分氢氧化钙不能与水玻璃产生反应生成水化硅酸钙, 早期强度同样不高。所以在双液灌浆中严格控制水泥、水玻璃浆液的比例是隧道围岩注浆成败的关键所在。
3 施工方案
3.1 经研究和论证, 开挖掘进决定采用正台阶法施工, 下台阶应滞后3-5m。
围岩土体加固采用两种方案
(1) DK6+625-DK7+330段对拱部施作Φ42超前小导管加强支护, 小导管长度3.5m, 顶部20cm切削成尖靴, 尾部预留止浆段为1m, 并对尾部焊接垫圈, 在起拱线以上沿拱边轮廓线安设, 尾部与型钢钢架焊接 (钢架纵向间距为0.8m) 使之连为一体, 其环向间距为0.4m, 纵向间距1.8m, 小导管安设后用塑料胶泥封堵孔口及周围裂隙, 开挖长度应小于导管长度, 预留部分作下一循环的止浆墙
(2) DK7+330-DK7+482段从起拱线开始环向等距增设28根Φ108钢管与钢架焊接成大管棚, 以提高围岩的稳定性, 其余同上。
3.2 双液劈裂注浆的目的
双液劈裂注浆的目的主要是通过对超前小导管进行劈裂注浆在隧道开挖轮廓线上25cm～30cm范围内形成一加固的环状土体, 并对隧道掌子面的地层进行劈裂注浆改良, 然后在加固围岩和管棚的保护下进行开挖支护与衬砌。根据鹅岭隧道进口土质性状采用劈裂注浆施工方法, 是实现以上目的的最佳途径。
3.3 劈裂注浆原理
劈裂注浆是近年来地下工程使用最广泛的加固软弱土层的施工方法, 它与普通注浆工艺不同之处在于采用了高压注浆工艺 (压力一般达到1～2MPa) 。它的加固原理是:通过高压注浆将流—软塑性土体劈裂成网状通道, 浆液通过网状通道填充到其中, 凝固后形成网脉骨架。另一方面在形成网脉骨架的同时又挤密了土体使流—软塑性土体得到压密和脱水形成硬塑性土体。这样使整个土体性状发生了根本的改变, 变形得到约束, 围岩强度提高, 稳定性抗渗性都得到极大的改善。
3.4 劈裂注浆参数
(1) 注浆压力:1.0MPa～1.5MPa 终注压力2.0MPa;
(2) 浆液扩散半径18cm～30cm;
(3) 注浆速度:不大于30L/min;
(4) 双液注浆机:水玻璃压注速度可调, 注浆安全压力应大于等于5.0MPa。可选用KBY双液注浆泵系列机械。
3.5 建议采用配合比
40Be的水玻璃;水泥浆液:水玻璃浆液 (体积比) =1∶0.4;该配合比凝胶时间适中, 早期强度高, 完全能满足围岩加固要求, 建议在地下水较少时采用。
25Be的水玻璃:水泥浆液:水玻璃浆液 (体积比) =1∶0.4;
该配合比凝胶时间较短, 早期强度适中, 能满足围岩加固要求, 建议在地下水丰富时采用。
4 现场施工成果
(1) 经采用上述方案, 隧道成功地穿过了浅埋段, 施工中未出现湧泥, 突水等地质灾害, 公路面在未封闭的情况下未出现下沉, 隧道衬砌断面误差控制在设计范围之内。
(2) 对湧水量小的地段采用40Be水玻璃配合比, 能明显提高土体强度, 对湧水量大的地段采用25Be水玻璃配合比堵水效果明显, 但应采取二次补压措施。
(3) 劈裂注浆时应先下后上, 先外后中间, 每环钻孔间隔依次进行, 以增强土体挤密效果。
(4) 劈裂注浆后, 对掌子面土体进行开挖, 目测土体自稳能力大大增强, 浆脉分布明显, 注浆孔周围土体明显被挤密。从对劈裂注浆前后近40个土样含水率和无侧限抗压强度分析, 含水量从62～82%降至25～28%, 强度从0～0.05MPa增至0.38～3.23MPa, 说明劈裂注浆改良流-软塑性粘土效果明显, 采用此方法能够满足隧道施工要求。
(5) 管棚超前支护极大地约束了拱部围岩变形, 实测拱部最大位移6.7mm, 拱顶最大下沉8.5m, 满足验标要求。
5 结语
煤矿注浆料 篇5
煤矿注浆料是一种全新理念的安全高分子聚合物。对防止瓦斯聚集、巷道冒顶, 加固、填充孔洞、封闭密闭墙, 防水、防火、瓦斯爆炸等安全生产作出重大贡献。以低温发泡、抗静电、高阻燃、无毒、无味、绿色环保、使用方便而受到广大用户高度好评。
煤矿注浆料的分类:a) 煤矿充填密闭浇注料。指由高分子材料为主剂, 配以添加剂、填料等组分混合形成的注浆产品, 通过充填工艺快速膨胀成型的密闭固体材料;b) 煤矿加固注浆料。指由高分子材料为主剂, 配以添加剂、填料等组分经一定工艺加工制成的注浆产品, 通过注浆工艺反应成型的具有粘结和加固功能的材料;c) 煤矿堵水注浆料。指由高分子材料为基材, 配以添加剂、填料等组分混合形成的注浆产品, 通过注浆实现粘结和封堵出水裂隙及孔隙的轻型硬质材料。
注浆治水方案浅析 篇6
为了正确治理水患, 做到经济合理, 技术可靠合最终实现高速度、高堵水率的目标, 每项治水工程, 在实施前都必须制订一个明确的治水方案, 和一个为实现该方案的工程设计。而为了制订好方案、设计, 又必须明确界定矿井突水治理的三大基础条件, 分析矿井水文质地条件, 研究突水的内在原因, 查明突水点位、突水水源和突水构造, 该文就如何注浆治水进行了具体的阐述。
1 突水治理的基本原则
突水治理的基本原则是必须根据三大不同基础及其所处的地质、水文地质条件, 研究、采用针对性的优化技术思路和对策。其最终目标是, 尽快回复生产、消除隐患和取得最好的封水效果。
突水后矿井是否被淹, 突水点位置、突水构造 (包括空间形态和位置) 、突水水源是否清楚, 突水矿井的井巷有无规范的导线测绘资料, 这是突水治理的三大基础。任何一个方案的突水制订, 都离不开这个基础, 都必须从各自的基础条件出发, 来思考问题和解决问题。
2 突水治理方案制订的基础
方案制订的基础是:正确分析水情 (主要包括突水原因、突水构造、突水的直接水源和可能的补给水源, 以及重新分析、认识矿井水文地质条件等) ;分析判断可能的突水类型和突水量的发展趋势;结合矿井开拓、开采现状, 突水点 (区) 与周边井巷的关系, 和矿井当时的综合排水能力等进行综合研究。其主要任务是:针对当时的各项客观条件、经过对多种方式的对比、分析, 提出最优化的治水技术思路、工程部署和各项技术要求;指出工程的技术难点和主要解决方案, 并对工程概算、工期和工程的治水目标做出预计。
3 注浆治水方案
由于矿井突水治理的情况比较复杂, 条件千差万别, 实践中的治水方案总是各具特点, 各不相同, 多半是复合型的。当突水的导水构造不清, 或一时难以查清, 而由突水点流出来的集中过水巷道及其与其他巷道之间的空间关系明确、有合格的导线测绘资料、且具备可截堵的条件时为了尽快制止水患, 抢先回复生产, 可采用先把突水区与生产区分隔开的方案, 稳住局面、赢得时间, 然后再研究是否需要根治或如何进行根治的问题。如1984年开滦矿务局范各庄矿陷落柱特大突水的治理, 2003年刑煤集团东庞煤矿陷落柱特大突水的治理等均是如此。方案的实质就是:通过若干个地面透巷钻孔, 往集中过水巷道内灌注骨料和压铸特种水泥浆, 把该段巷道封堵成不再过水的高压隔水闸墙。要点如下:
3.1 截流堵水巷道的选定
它必须是突水水流的集中过水通道, 附近20-30m以内没有与其平行或上下交叉的其他巷道存在;截流部位的水流前进方向 (水流下游) 最好是上坡道或者含有一段上坡道 (越长越好) , 至少是平巷, 但一定不要是下坡道, 或下山;截流部位应距水仓比较远, 以免骨料进入水仓、井底车场而影响矿井原有排水系统的快速恢复。
3.2 巷内水流阻力段的骨料充填长度
这是把巷内的管道流转变为渗透流和有效控制浆液流失的关键。由于突水水流所具有的巨大能量只有经过较长距离的巷内阻力段, 才能得以逐步消失, 所以巷内骨料充填段的长度不能太短 (开滦范各庄矿-320m电车道的充填长度约500m, 邢台东庞矿2903巷道的充填长度约700m左右) 。我们希望有一定的长度, 但也不是越长越好, 特别是不能让骨料进入矿井井底车场和水仓、泵房, 必须从设计总注入量和灌注工艺上加以严格控制。但从另以方面讲, 其充填长度还决定于巷道自身条件, 如变坡、拐弯及其与其他巷道的交接等, 这是在设计中应予充分考虑。
3.3 有效注浆段的最小长度
这是指在前述巷内骨料充填段末端 (指充填段的起始部分) , 通过透巷钻孔在充填骨料中, 历经反复升压注浆, 达到终压、终量等注浆质量标准的那一段堵水巷道的长度 (L) 。其设计计算的简化公式如下:
L——有效注浆堵水段的最小长度, M;
PW——截留部位将要承受的最高水柱压力, 1000kg/m2;
Π——截流巷道的受力断面 (毛断面) , m2;
F——安全超载系数, 一般取1.2~1.3;
Α——综合安全系数
δ——经过注浆后的骨料充填体与周边煤体结合面的初期有效期的有效抗剪强度
o——截流巷道承压断面的周边长度, m
3.4 透巷钻孔的布孔原则和设计要点
在上述设计的巷内堵水段范围内, 按15-20M孔间距布孔。透巷的裸孔直径以不大于146mm, 不小于127mm为宜。透巷前的最后一层通天式封闭套管, 如无特殊原因, 一般可下在巷顶以上10-5m处的较坚硬岩层之中, 但必须先经孔斜测定, 预计能正中透巷时才可下人。透巷前如发现孔内漏水较大, 应先行注浆, 达到初步升压后在透巷。各孔灌注骨料的次序是:先注水流下游, 并最好采取多孔联合灌注的方式, 以有利于骨科加速封顶。当下游有一个以上钻孔确切达到骨料封顶后, 其上游各孔应立即转入孔口不加压的浓浆自流灌注, 只要原封顶钻孔的巷内骨料堆积没有被突破, 上游的浓浆自流灌注就应继续进行或各孔轮番进行, 但必须控制号进浆量, 切忌孔内起压, 以防止封顶部位的突破。本方案必须具有突水影响区内、外及突水点附近的突水含水层水位观测孔。
3.5 对于引发突水的导水断层。
要用平、剖面地质图把断层与突水点的空间关系搞清楚, 一般可在距离水点5-10m的来谁方向布孔进行探查、注浆。孔数多少应根据突水量的大小、突水点的分散、集中程度, 以及断层的具体情况来定, 少则2-3孔甚至1孔, 多则4-6孔或再多一点。但无论孔多孔少, 必须坚持以下原则:一是一孔多用, 力争做到既是探查孔, 也是注浆孔;二是必须尽可能的遵循先设置阻力段, 再进行实质性注浆堵水的原则;三是必须坚持从上而下注好一段, 再延深一段的下行注浆法原则;四是后期必须有钻孔对各类浆段进行专门的检查和加固注浆。
3.6 对于突水点附近, 可能与突水有关的断层 (但是否是它引发了本次突水情况不清) 。
必须根据现有资料把断层的性质和它的“历史表现”搞清楚。
4 结束语
循环注浆 篇7
呼家楼站是北京地铁十号线的中间站, 与规划M6线呈十字换乘关系。受京广桥桩的影响, 站台分开设置在东三环北路东西辅路下, 埋深10m, 车站长179.5m。车站设5个出入口, 两组风亭、风道。
车站为分离岛式暗挖车站。主体为双线双洞, 双层结构, 单拱单跨断面。主线标准断面开挖宽度12.6m, 高15.15m。主体结构为洞桩法施工。
车站周边环境:该车站设在繁华商业地区。地面建筑物居民楼、朝阳剧场地基距主体结构最近处2.2m;地下管线有Φ700mm、Φ1250mm污水管、Φ1400mm自来水管、Φ1050mm雨水管, 管线距主体结构最近处0.9m。热力管沟、电力、电信管沟密布。暗河 (雨水方沟3.2m×4.5m) 横跨主体结构上方, 距主体结构2.4m, 桥桩距主体结构2.4m。
根据本工程的特点, 整个工程的重点是开挖初支施工的安全。由于本工程开挖拱部地处含水粘土层、粉细砂层、圆砾层, 其自稳性差。如果开挖初支施工不当, 将引起地层较大的变形, 危及地面交通、管线及房屋安全。因此, 将车站的开挖初支防坍塌、控制沉降, 作为施工的首要重点。将超前小导管注浆止水、加固地层作为施工的关键工艺和环节。
2 注浆材料、浆液配比
2.1 注浆材料
注浆材料见表1。
2.2 浆液配比
通过20多组不同组合的配比试验, 优选出两类4个浆液配比, 见表2。
2.3 水泥—水玻璃 (CS浆液) 浆液堵水加固原理
硅酸盐水泥的成分硅酸三钙 (3CaO·SiO2) 、硅酸二钙 (2CaO·SiO2) 占水泥重量的70%～80%, 当水泥配水泥浆后, 其主要成分硅酸三钙发生水化作用, 生成含水硅酸二钙和活性很强的氢氧化钙, 即
3CaO·SiO2+nH2O=2CaO·SiO2 (n-1) +Ca (OH2)
其中另一主要成分硅酸二钙也发生水化作用, 生成含水硅酸二钙, 即
2CaO·SiO2+ mH2O=2CaO·SiO2·mH2O
以上反应生成的含水硅酸二钙呈胶质状态, 不溶于水, 生成的氢氧化钙与水玻璃 (Na2O·mSiO2) 很快发生反应, 生成凝胶性硅酸钙, 即
Ca (OH2) + Na2O·mSiO2+nH2O= Cao·mSiO2·mH2O+ 2NaOH
由于水泥浆液和水玻璃浆液发生化学反应, 其混合浆液很快形成一定强度的胶质体。随着反应连续进行, 胶质体强度不断提高, 变为稳定的凝固体, 从而起到堵水与加固地层的作用。胶质体的前期强度是水玻璃起主要作用, 后期强度是水泥起主要作用。
2.4 改性水玻璃浆液堵水加固原理
改性水玻璃就是将水玻璃进行酸化, 使其在弱酸性条件消耗体系中的NaOH, 是平衡右移产生硅酸。硅酸成胶凝体, 其反应如下:
Na2O·nSiO2+ (n-1) H2SO4 →nSi (OH2) SO4+ Na2SO4+H2O
2.5 试验结果分析
影响水泥—水玻璃 (CS浆液) 浆液初凝时间的主要因素:
(1) 当C—S比例和波美度一定时, 水泥浆中w/c越大初凝时间越长;当C—S比例一定时, 水玻璃波美度越高初凝时间越长。
(2) 当水泥浆w/c和水玻璃波美度一定时, C—S浆液水玻璃体积大初凝时间长, 水玻璃体积小, 浆液初凝时间短。
(3) 新鲜水泥活性高, 浆液初凝时间短, 水泥存放时间长活性降低, 浆液初凝时间则延长。
(4) 温度低浆液初凝时间则延长, 温度高浆液初凝时间则缩短。
3 超前小导管注浆工艺
超前注浆是用带孔的钢花管, 在工作面周边按一定的角度打入地层进行注浆, 在工作面周围形成承载薄壳, 达到加固地层的目的。超前小导管既作为注浆导管注浆加固地层, 又可起到超前小管棚支护的作用。
小导管布置在起拱线以上隧道周边上, 导管间距为0.3m, 外插角10～30°, 该站标准断面布导管23根, 每隔一榀隔栅钢架打设一环 (如图1) , 导管长3.5m, 外露20cm以便安设注浆管路。经现场检验有效注浆范围达开挖轮廓线外3m。
(1) 超前小导管的制作。
导管采用Φ32mm焊接水煤气管制成。先将钢管结成3.5m, 一端做成尖锥形, 另一端焊上Φ6mm钢筋制成的箍;在距头部1.0～1.5m以下每隔10cm交叉钻Φ8～Φ10mm的孔。
(2) 注浆。
进浆速度一般每根管控制在30L/min以内, 每根管内注入100～150 L浆液后结束注浆;注浆压力0.3～0.5MPa。
(3) 单管注浆结束标准。
注浆过程中, 压力逐渐上升, 流量逐渐减小, 当压力达到注浆终压, 注浆量达到设计注浆量的85%以上, 可结束该孔注浆;注浆压力未能达到设计终压, 而注浆量已达到设计注浆量, 也可结束该孔注浆。
4 结语
通过近一年的现场试验、实践, 不同地层选择不同的浆液超前小导管注浆, 其效果有:
(1) 超前小导管注浆后在开挖面周围地层形成硬壳保护拱, 在拱的保护下掌子面很少坍塌, 并且开挖轮廓规整、稳定。
(2) 喷射混凝土时间由过去8h左右减少到2h左右, 提高工效3倍。喷射混凝土回弹减少50%以上。
(3) 根据监控量测结果, 拱顶下沉及地表总沉降量最大值23mm, 小于设计风险值 (总沉降量不超过30mm) 。保证了施工安全, 管线、建筑物及路面交通安全。
摘要：北京地铁十号线呼家楼站, 主体结构开挖其拱部地层为粉细砂、圆砾、高含水量粘土, 其自稳性差。通过水泥—水玻璃浆液、改性水玻璃浆液不同配比在不同地层止水、加固的试验应用及优化注浆工艺, 提高了工效, 确保了地面沉降的控制范围和施工安全。