礦山工程施工導致地表沉降的處理實例研究

郭萬得

（廣東明源勘測設計有限公司，廣東 河源 517000）

面對礦山樁基工程施工，多數是在已建工程的包圍圈里。特別是在特殊地質條件下，在樁基施工中，稍有不慎都可能導致周圍地面沉降現象的發生。尤其是本文介紹的案例工程的區域屬于特殊地質帶，地下層潛伏廣泛的碳酸鹽，地上水位通常是在土石分界面上下分布，地層坍塌發生的概率很大，對工程施工會造成嚴重的影響。本文就該區域特殊地質問題,提出了復雜地質條件下基坑施工綜合處理方法，主要采用鉆灌一體沖擠灌漿工藝的止水帷幕，將從以下幾個方面進行介紹。

1 樁基施工中防止地面沉降的處理方案

1.1 樁基工程概況

該工程的基坑圍護樁從開工到完工，共計用了50 天的時間，完成了562 根樁的施工，采用的是振動機械下12m 深套管、旋挖成孔工藝[1]。該項目的工程樁于2019 年9 月12 日開始施工，利用的施工技術為泥漿護壁、沖擊成孔等，但在開工半個月后，該樁十米處的基坑圍護外側發生塌陷情況，雖然及時處理了塌陷問題，但由于塌陷區域南側的原有工程項目及地表出現不均勻的沉降，只能暫停樁基施工，共計完成樁基203 根。

1.2 場地周圍沉降狀況分析

按照監測的具體計劃，總共設立了17 個沉降觀測點，負責場地周邊沉降情況監測，其中臨近塌陷的201#樁的原有工程的觀測點的編號為CJ1 ～CJ6，周邊工程項目通過十個月的觀測，得出數據顯示，場地周圍原有工程項目在本項目不同對應區域樁基施工的四個階段沉降變化的狀況大體一致，具體如下：第一，圍護樁施工階段基坑周圍建筑監測點顯示沉降量顯著增加，沉降速率為0.24mm/d ～0.41mm/d，累計沉降量占總沉降量的比例大約在55%左右；第二，維護樁施工完畢到工程樁施工之前的過渡期不同監測點的沉降速率明顯恢復到穩定狀態；第三，工程樁施工階段各監測區域的沉降速率再度增加，在對受特殊地質條件影響的201#樁附近范圍內的監測點數據可以不計的情況下，其他監測點沉降量大約為5mm 左右，沉降發生差異程度不明顯，明顯低于維護樁施工期間的沉降速率；第四，2019 年9 月27 日，在進行樁施工引發地質坍塌，周圍的原有工程項目20m 處的監測點CJ2 以及15m 處的監測點CJ3，沉降速率增加迅速，一個月內兩個監測點的沉降量增加分別為13mm 和17mm，但其它監測點檢測數據都沒有異常變化，初步判斷對塌陷的影響范圍不會超過24m；第五，在暫停施工階段，不同監測點沉降速率都呈現平緩的狀態，小于0.02/d 的監測點大約占比60%。

1.3 對出現沉降區域的鑒定與勘查

1.3.1 出現沉降區域的鑒定

上文介紹在樁基施工中發生塌陷處的面積大約為3 900 平方米，為條形淺基礎的磚混結構。該監測點CJ2 距離大約20m，CJ3監測點距離15m 左右，兩個監測點沉降速率在快速增加[2]。相關權威部門對施工區域周邊項目的安全情況實施鑒定，結果如下：頂面、側面都是預制板，使用磚墻的承重體系，而實際的承重墻為24cm 厚的實心磚。經過對樓體的檢測和復核計算，施工項目各層墻體的承重載力復算數據都沒有超標。

1.3.2 對施工區域的現場勘查

通過對工程區域中的塌陷情況進行調查，考慮到原有礦山施工場地與施工區域的地下貫通的可能性，便委托工程的第三方利用探地雷達法、高精度瞬變電磁法、跨孔地震波層析成像法、微動探測法等手段對附近區域地下地質發育狀態實施綜合勘查，勘查結果如下：在探測的有效范圍內，塌陷區域的深度通常距離地面14m～38m 左右，主要是黏土和碎石填充[3]。

1.4 場地周圍施工項目及地表沉降原因綜合分析

通過對樁基施工狀況、地質結構、沉降的數據等的分析，得出場地周邊工程施工及地表沉降的原因。第一，施工振動因素，體現在維護樁施工振動設備作用下，在工程樁和鋼套管沖擊成孔引起的強烈振動，對振動因素實施消除后，沉降現象立刻收斂；第二，穿越地質層造成的影響，頂板被沖擊成孔進行穿越后，突然發生護壁泥漿漏失的現象，井下水會改變動力條件，從而引發沉降；第三，塌陷的因素，塌陷的地層會直接導致附近地表發生沉降變形。

2 后續基坑施工降低影響的處理方案

圖1 灌漿隔離孔位布置示意

按照物探勘察后的相關結果，得知原有項目以北部分地下巖溶與擬建礦山工程項目存在貫通，基于擬建工程還沒有施工的17 根工程樁，加之受不良地質條件的不良影響，制定隔離方案，即在已有項目與擬建礦山工程項目之間實施鉆孔止水帷幕灌漿，以防止水土流失。根據需要的間距布設鉆孔，實施填充、滲透、構建一道封閉的隔離體，將兩者之間的地下水力聯系徹底切斷，達到兩者完全隔離的效果，將周邊地表沉降程度控制在最小范圍。更能減輕后期樁基施工對周邊環境的不良影響[4]。

2.1 布置鉆孔

按照場地周邊既有工程項目補勘及對巖溶的物探結果，同時基于有待施工的工程樁分布狀況，以及201#樁施工導致的塌陷產生的影響區域，制定隔離注漿方案。

（1）位置：在基坑圍樁外側、用地紅線內進行鉆孔布置，呈現和周邊既有建筑A 樓的平行向。

（2）范圍：周邊既有項目的東、西兩側跨度范圍內進行鉆孔。

（3）方式：擬建的工程樁有待施工區域及坍塌的影響范圍內，進行雙排鉆孔布置，內排鉆孔間距設置1.5m，外排鉆孔間距設定1m，設定1.5m 的排間距。另外的鉆孔進行單排設置，鉆孔設置1m 的間距。注漿孔一共有72 孔。見圖1。

（4）深度：施工區域的上部松軟覆蓋層及土巖接觸帶作為隔離保護注漿處理主體，針對中風化灰巖以一米為終孔規定。例如，鉆穿巖溶在1m 進基巖內，那么就要對相遇的第一個塌陷區實施灌漿加固，預估孔深平均在18m ～24m 范圍。

2.2 隔離保護的注漿新工藝

本工程現場的上覆土層構成為含礫粉質黏土、填土、稍密狀圓礫等，構成下部塌陷的主要是半充填流塑狀粉質黏土，勘查鉆探的前期呈現比較嚴重的鉆孔漏漿問題[5]。傳統的注漿工藝主要是劈裂灌漿工藝以及常規的充填，存在壓力受限與劈裂跑漿等技術缺陷，為了保證注漿工序對隔離處理的有效性，采用的新工藝為自上而下、鉆灌一體沖擠灌漿工藝。該工藝使用的鉆具為高壓沖擠灌漿形式，鉆具是一種特制的長圓管或者螺旋管組成的，鉆孔的沖洗液采用灌漿液，具備經濟環保、均勻灌漿、快捷簡便、材料可控的特點[6]。鉆孔自上而下灌漿相遇到塌陷情況后，灌漿充填空腔，然后針對塌陷區域使用軟弱充填物實施分段的鉆灌一體沖擠灌漿。

2.3 隔離保護材料的配比

（1）上部覆蓋層鉆灌一體工藝中，水泥穩定漿液作為上部覆蓋地首選，詳細的配比性能見下表1。水泥的類型為普通硅酸鹽水泥、強度等級不低于42.5MPa，可將穩定劑、速凝劑、減水劑等外加劑等加入其中，通過灌漿試驗確定最佳的摻加量[7]。

表1 覆蓋層水泥穩定漿液配比性能

（2）對溶洞進行充填擠密以及沖擠灌漿采用的材料是一種水下不分散膏狀漿液，該材料明顯特征是其自身重力影響遠低于膏漿的剪切屈服強度值。該種材料的自堆積性能和抗水流沖釋性能超強，特別適合松散架空的土體的灌漿填充，利用速凝水泥膏漿注漿可以大大縮短膏漿地凝結時間，以節省材料和提高效率。

3 結束語

通過以上的介紹和分析中，不難看出，在礦山工程項目與已完成工程項目之間，實施了鉆灌一體沖擠灌漿，進行了防滲設置、隔離體的灌漿加固，把兩者之間的地下水力的聯系切斷，有效控制了附近區域地表沉降，把樁基施工的不利影響降到最低。截至目前，該項目的地下樁基和相關地下施工已經順利完成，通過考察觀測周圍地表沉降變形的狀況，后續施工變形程度微乎其微，為整個工程項目的順利開展奠定了良好的基礎，該施工和處理方案值得推廣。