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板集煤矿副井井口地基土冻融后沉降调查分析

所属栏目:矿业论文 发布日期:2021-04-15 09:39 热度:

   摘要:板集煤矿副井井筒采用冻结施工,后期沉降观测中发现井口周边存在不均匀沉降。通过现场调查和场地岩土工程勘察,发现沉降是由于前期冻结法施工后,地层冻融引起地基土物理指标和力学性能发生改变,造成地基承载力较冻结前明显下降。同时该区孔隙水压水消散缓慢,地基沉降将长期持续,为消除不均匀沉降带来的影响,可采用人工注浆等方式加固地基土。

板集煤矿副井井口地基土冻融后沉降调查分析

  关键词:地基土;冻融;沉降;工程勘察

  1引言

  两淮地区新生界冲、洪积松散层厚度较大,井筒大多采用冻结法凿井施工,板集煤矿位于淮河冲积平原,副井井筒冻结施工时间为2011年6月至2014年7月。后期沉降观测中,发现井口周边地坪存在不均匀沉降。在2008年我单位已完成板集煤矿工业场地、生产系统、配套交通设施等项目的岩土工程勘察工作,对该煤矿的地层分布、水文地质特征、土层物理力学性质等积累了丰富的原始数据。结合本次场地调查的岩土工程勘察工作成果,与本区地层原始资料对比,分析副井井口周边地基土沉降原因。

  2场地调查与岩土勘察

  2.1场地调查

  煤矿副井为人员下井通道,直径8.1m,井壁厚0.6m。井口房已于2015年建成并投入使用,上部为钢框架结构,下部采用柱下独立基础、墙下条形基础,尺寸67×17m。冻结圈影响范围直径25.6m,影响范围内所有基础开挖至-4.5m标高后,用级配砂石分层夯实回垫至-2.6m标高,压实系数大于0.95,级配砂石回填范围:独立基础每边宽出基础外边500mm;墙下条基为每边宽出基础外边300mm。至2018年6月进场开展场地调查时,井口西北侧地面已形成宽度1~2cm的可见裂缝,东北侧柱下也已形成宽度0.5cm左右的裂缝,其余侧沉降直接观察暂不明显。

  2.2勘察手段与方法

  岩土勘察主要采取钻探、原位测试以及室内试验等综合勘察手段。钻探使用DPP-100型工程钻机,采用泥浆护壁,旋转钻进工艺;取土采用静压法及锤击法;原位测试采用3T单桥静力触探设备。

  2.3勘察布孔与工作量

  勘察布置钻孔15个,位于井筒外侧,冻结圈影响范围内,见图1。取原状土样60件,进行室内土工试验,用于土层定名、土层划分、力学性质评价,提供物理、力学性质指标。采用单桥静力触探设备进行原位测试8组。

  2.4场地地层分布

  该场地各个土层以粉质黏土为主,根据钻孔揭露,场地地层分布如下。①层杂填土:杂色,松散,以混凝土地坪、建筑垃圾、煤矸石为主。②层粉质黏土:黄褐色,软、可塑~硬塑,夹黑色铁锰结核、砂姜、白色钙质结核。③层粉质黏土夹粉土:灰黄色,可塑~硬塑,含灰白色黏土、砂姜及铁锰结核,韧性中等,夹粉土,局部为粉质黏土与薄层粉土互层。④层粉质黏土:灰黄色,硬塑,含砂姜、黑色铁锰结核,场地内普遍分布。该层未钻穿。

  3成果与分析

  3.1物理指标变化

  冻融土与冻结前土样物理指标对比见表1。从表中可以看到,冻融、前后:各层土含水率、孔隙比、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数等指标均增大,干重度减小,比重和重度变化不明显。

  3.2力学性能变化

  冻融土与冻结前土样物理指标对比见表2。从表中可以看到,冻融前、后:各层土粘聚力(C)、压缩模量(Es),具有不同程度的减小,内摩擦角(φ)、压缩系数(a1-2)数值具有不同程度的增加,而且这种变化随深度增加从②层粉质黏土到④层粉质黏土,土样力学性能的变化逐渐减弱。

  3.3原位测试指标变化

  冻融土与冻结前原位测试数据变化曲线见图2。从图中可以看出,从②层粉质黏土到④层粉质黏土,单桥静力触探比贯入阻力Ps值冻融前、后明显降低,可见冻融后土层承载力较原状土有明显下降。

  3.4沉降原因分析

  3.4.1冻胀破坏井筒冻结施工时,地层孔隙中水受冷凝固成冰,冰的密度小于水,土体会产生冻胀现象。各种冻胀力的作用下,土体原始结构改变,从上表中可以看到,冻融后的土体孔隙比和压缩系数明显增大。在上部荷载和上部土自重应力作用卜,地层随着超静孔隙水压力的消散,土骨架固结压密造成沉降,超静孔隙水压力完全消散时,固结沉降才基本完成。本次取样的含水率、孔隙比均大于原正常固结土样,可见固结沉降还尚未完成,沉降会持续进行。3.4.2fL隙水压水上升根据太沙基有效应力原理:}0}}+1}式中:二为总应力,拜为孔隙水压力,胡为有效应力。由于冻融后地层含水量明显增加,于L隙水压力增加,导致地层有效应力降低。本区地卜水潜水稳定水位埋深在1.O}1.Sm,水力梯度约为1/7000,③层粉质薪土夹粉土抽水试验单井涌水量可达500一1000m'/d。地卜水水位较高,径流缓慢,自然条件卜排水不畅,孔隙水压力难以消散,造成冻结施工结束4年后,地基土仍未能重新固结稳定。3.4.3基础形式受限副井井筒冻结施工后,井口房设计时未进行冻融后的地基土工程勘察,依照经验选用独立基础和条形基础。由于冻融后地基承载力明显卜降,所选基础形式在上部荷载为非均布荷载时,容易产生不均匀沉降。根据以上各层土的物理力学参数以及原位测试数据,可以看出地层由上到卜,随着自重应力的增大,冻融土的影响随深度逐渐变弱,④层粉质薪土(埋深17.0m以卜)较冻融前各参数的变化已经很小,前期若选用预应力管桩或者桩基筏板复合地基,可有效避免不均匀沉降的发生。

  3.5治理措施建议

  由于现场井筒已投入使用,不适宜选用扰动较大的治理措施。结合本地区施工经验,建议可选用水泥浆液局部注浆加固地基。考虑井筒周边排水不畅,注浆宜选用小压力、低流量的慢速注浆法。施工结束28d后,结合沉降观测数据,采用原位测试、声波法等检验地基承载力。

  4结语

  通过现场调查和岩土工程勘察,发现板集煤矿副井井口周边出现不均匀沉降是前期冻结法施工,地基土冻融后物理指标和力学性能发生改变,造成地基承载力较冻结前明显卜降。由于该区地卜水径流缓慢,孔隙水压水消散持续时问较长,地层固结排水不畅,地基沉降将长期持续,为消除不均匀沉降带来的影响,可采用人工注浆等方式加固地基土,保证生产顺利进行.

  参考文献

  [1l李广信,张丙印,于玉贞.土力学[M].第2版.北京:清华大学出版社,2016.

  [2]程韶清.刘庄矿井主井井塔人工冻融土地基岩土工程勘察与评价[[J].土工基础,2015,29(4):127-129.

  [3]杨平,张婷.人工冻融土物理力学性能研究[J]冰川冻土,2002,24(5):665-667.

  [4]周景星,李广信,张建红,等.基础工程(第三牌[M].北京:清华大学出版社,2019.

  《板集煤矿副井井口地基土冻融后沉降调查分析》来源:《安徽建筑》,作者:魏刚

文章标题:板集煤矿副井井口地基土冻融后沉降调查分析

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