煤矿采空区场地注浆设计及治理效果检测分析

拟建徐州工业园区南湖小学场地下存在多层采空区,对建筑物的影响较大。根据项目规划、煤层开采情况和场地岩土工程条件,在场地稳定性评价的基础上,提出了场地采空区地基注浆治理设计,确定了采空区治理范围、深度、注浆孔平面布置及工作量、注浆施工工艺顺序、注浆主要材料及浆液比级。注浆施工结束后,采用钻孔取心、波速测试、室内单轴抗压强度试验和钻孔压水试验等方法对场地注浆效果进行了综合检测,所得检测结果均达到预期的注浆效果,场地注浆充填治理的质量达到了采空区治理设计要求,可为类似场地注浆治理工程施工提供参考。     

煤矿空洞型采空区高浓度浆液充填扩展机制及控制措施

高浓度浆液在采空区内的充填扩展机制及控制措施是空洞型采空区充填治理需要解决的难题之一。基于此,结合高浓度浆液输送及流变学理论,构建高浓度浆液充填过程模型,揭示其扩展机制,研究充填扩展过程的动力及阻力计算方法,确定充填堆积体形态主要影响因素及控制方法,并通过室外充填试验验证理论成果。结果表明:高浓度浆液充填阻力计算值与实验值相对误差约为5%;浆液的流变参数屈服应力及黏度与管道输送阻力成正比;凝结特性影响浆液堆积体强度增长趋势,凝结过程使浆液在堆积体与顶板间流动时阻力增大;当充填材料及流量不变时,管道输送沿程阻力主要受管道直径及长度影响;局部阻力与管道直径、弯头、变径形式及数量相关,数量越多局部阻力越大;浆液性质、充填路径及注浆工艺是影响充填堆积体形态的主要因素,缩短充填距离、减少管道变径及弯头数量、降低浆液屈服应力及黏度、增大注浆流量及压力有助于浆液扩展至更大范围,反之可使浆液扩展范围减小。成果为空洞型采空区高浓度浆液控制性充填提供依据。      

浆液-风积沙双相介质充填材料堆积角度实验研究

堆积角度是描述充填材料采空区内空间堆积形态的一个重要参数,对确定钻孔间距、优化浆液配置、调整注浆工艺参数具有重要的指导意义。为掌握浆液-风积沙双相介质充填材料堆积角度变化规律,采用尾矿自流堆积模型实验和流变特性实验,以风积沙的质量掺入比为变量,分别测定不同含砂率条件下浆料堆积参数和流变参数,并以此为基础对Sofra&Boger公式进行了回归修正,建立适合于浆液-风积沙双相介质充填材料的堆积角度计算式,为充填材料堆积角度定量评价提供了一条新途径。      

花管注浆在全充填采空区治理工程的应用

为规范采空区治理工程设计方案和施工工艺,杜绝因设计方案导致的治理质量隐患,结合《高速公路采空区(空洞)勘察设计与施工治理手册》,通过对各采空区治理工程试验段试验、检测统计分析,提出全充填压力注浆法设计、施工优化改进技术方案——浆液正循环花管注浆法。此法可完全消除冒落带和裂隙带通道堵塞、钻孔主通道封闭现象,彻底解决传统裸孔注浆法经常出现的注浆表观终止假象;可高压直接作用孔底和孔壁,有效突破煤柱边缘孔底通道;可完全解决注浆孔因堵塞、封闭等原因造成的报废事故,节约投资;提高浆液的充填率和结石率,能够安全有效保证治理质量。     

影响覆岩离层注浆减沉效果的地质因素

煤层开采后,采空区上覆岩层内产生离层现象,注浆充填离层可以减小地面沉陷。覆岩离层注浆减沉效果受离层带地层条件、离层围岩透水性和工程地质特性的影响,表现为离层的形成、宜于注浆的离层带的位置、注浆液的保存与支承力的维持。      

全胶结注浆法在煤矿采空区治理工程中的应用

由于煤矿采空区块段顶板基本保持悬空状态,上部岩体易产生沉陷变形,影响地表建筑物地基基础的稳定。全胶结注浆法,就是将水泥粉煤灰浆液直接注入采空区及其上覆岩体裂隙中,浆液固化后胶结岩体裂隙,同时采空区内的浆液形成的结石体对其上覆岩体形成支撑作用,阻止上覆岩体的进一步冒落,保证上部建筑物地基的稳定。山西省晋城富晋精密工业有限公司二期生产项目A区煤矿采空区治理工程应用该技术取得很好的治理效果,全胶结注浆法具有施工简单,安全性高,施工工艺成熟,施工易于管理,质量检测手段简便易行等优点,在同类型矿山采空区的治理中有较大的应用推广价值。     

大型复杂采空区注浆效果检测方法研究

大型复杂采空区由于具有分布范围广、多层、厚度及埋深不等和周围岩性复杂等特点,导致其注浆质量检测难度较大,目前尚无可靠的系统检测方法。结合某采空区注浆工程实践,对浆液结石体的电阻率进行了现场试验,得到了浆液结石体的视电阻率范围为93～130m,与采空区及围岩均有较大差异。运用电测深法和电磁波CT对采空区注浆前后进行检测,发现注浆后浅部0～30m范围内,视电阻率普遍得到降低且变得相对均匀稳定; 深部低阻异常在注浆后电阻率也得以减弱,且均匀范围明显扩大; 电磁波吸收系数在40～70m范围内得到提高约25%。钻探取心发现,多数孔内可见注浆结石体; 检测孔的后期注浆中, 10个孔的注浆量均不大于周围相邻4个孔的注浆量平均值的15%。对以上检测结果分析可知:采空区在物性特征上表现为较低的电磁波吸收系数,注浆以后升高; 地下水位之上的采空区表现为较高的电阻率,注浆之后降低,地下水位以下的采空区则反之。注浆前后采空区物探差异明显,本段落采空层的浆液充填效果较好,几种检测方法的结果具有良好的对应关系。同时表明,采用全域检测的电测深和局部详查的电磁波CT相结合的物探方法,与钻探取心结果及检测孔后期注浆数据进行分析对比,可以对大型复杂采空区注浆效果进行有效检测和评价,可为类似采空区提供借鉴。     

注浆填充技术在采空区地基处理中的应用

我国城镇化不断推进,城市建设深入发展,在采空区上开发和建设的需求日益增多。采空区治理具有隐蔽性和不确定性,通过某采空区注浆充填的工程实例,从场地采空区的分布情况、治理方案的比选、施工重点问题的处理等方面对此进行了分析。在此基础上,综合采用多道瞬态面波试验、波速测试等多种物理探测手段,并结合钻探取芯、沉降监测等手段对采空区填充处理效果进行评价。结果表明,该项目注浆充填效果良好,满足设计要求,可为采空区注浆充填治理工程提供参考。     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长; 水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大; 黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高; 与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆; 水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

水泥-黄土注浆充填材料的试验研究

采空区危害巨大,目前主要采用注浆充填方式进行处置。水泥-粉煤灰浆液在采空区治理中得到了广泛的应用,但在一些采空区治理工程中,由于缺乏粉煤灰,需要寻找其他低成本的注浆材料。水泥-黄土浆液具有就地取材、工艺简单等优势,是替代水泥-粉煤灰浆液的首选。本文以陕西泾阳、甘肃兰州、山西吕梁黄土为研究对象,通过大量水泥-黄土浆液黏度、结石率、凝结时间、结石体强度等性质的试验,研究了水泥掺量、水固比、黄土类型、水玻璃掺量等因素对水泥-黄土浆液性质及其结石体强度的影响。试验结果表明:随黄土掺量的增加,结石体强度、浆体流动性降低,而凝结时间延长;水泥-黄土浆液结石体早期强度较低,而后期强度增长较大;黄土的地域性分布,造成水泥-黄土浆液性质差异较大,黄土的粒径越粗,结石体的强度越高;与离石黄土浆液相比,马兰黄土浆液性能稳定,强度较高,更适宜于采空区充填注浆;水玻璃的掺入,使浆液黏度增大,结石率提高,凝结时间缩短,强度减小。本研究成果为采空区注浆设计和施工提供了新的思路。     

砂卵石层上大直径扩底短墩竖向承载性状

根据同一场地砂卵石层中一组土的深层静载荷试验、一组纯摩擦桩和两组原型扩底墩的竖向承载力静载试验,分析了埋深在6.20～6.75 m处的扩底短墩的荷载传递性状。结果表明,可用直接试验法和间接试验法确定扩底墩的竖向承载力。以卵石层为持力层的S3试验墩的极限承载力为7 250 kN,其中端阻力达6 890 kN,占95 %;以砂层为持力层的S2墩的极限承载力为2 330 kN,端阻力占85 %。当墩顶仅沉降1.46 mm左右时,S3、S2墩侧摩阻力已充分发挥;在端阻力充分发挥时,S3、S2墩顶沉降则分别达92.64 mm和21.07 mm。直径相同时,扩底桩的竖向承载力远大于纯摩擦桩和直身墩。     

厚层黄土状土中扩底墩竖向承载性状

根据同一试验场地厚层非湿陷性黄土状土中8根大直径扩底墩、2根等直径桩的竖向承载力静载试验,对扩底墩的竖向承载性状进行了研究。结果表明,在其他条件相同时,随扩底墩直径D的增大,虽单位面积极限端阻力有不同程度的降低,但墩的极限承载力Qu增大;当D和墩身直径d不变时,总极限侧阻力所占墩顶极限荷载的百分比随长径比L/d的增大而增大;d不变时,随长径比L/D的增加,各墩的墩顶荷载呈起伏变化,总端阻所占百分比（比等直径桩大）相应降低,平均极限侧阻力（比等直径桩小）相应增大,而L/D = 3时,其承载性状较好;在扩底墩墩身直径d与等直径桩相同、入土长度相当的情况下,前者承载力比后者大,且沉降小。     

土体参数对扩底墩竖向承载性状影响的数值分析

为了分析不同土体参数对扩底墩竖向承载性状的影响,利用有限单元法,建立了均匀地基中不同土体模量、内摩擦角、粘聚力的三维有限元模型,模拟分析了土体模量、内摩擦角和粘聚力变化时扩底墩的竖向承载性状。分析表明,扩底墩基础以端阻力为主,土体模量和内摩擦角对其竖向承载性状的影响较大,粘聚力影响较小。因此扩底墩持力层应选择土体模量和内摩擦角大的坚硬土层。     

孔隙砂岩多次化学注浆试验研究

选取宁东地区典型的孔隙砂岩,采用不同颜色示踪的化学浆液进行4次注浆试验;揭示了浆液在孔隙中的扩散、充填规律及注浆次数与被注岩层渗透系数、孔隙率之间的关系。研究发现：每次化学注浆浆液的充填情况有明显的差别,首次注浆浆液在整个岩样均有较均匀的充填,后续的各次注浆浆液均呈现部分区域积聚充填的现象;随着注浆次数的增加岩样的渗透系数减小,孔隙充填率增加,渗透系数、孔隙充填率与注浆次数的关系可分别采用幂函数及对数函数拟合;4次注浆后岩样的渗透系数减小了97%,说明多次注浆起到了很好的减渗效果。依据试验成果,建立数值计算模型,预测了不同注浆次数、不同开挖条件下注浆孔及井筒的涌水量,并与井筒实际涌水量进行对比,发现两者数据较为吻合,说明依据试验结果建立数值模型进行涌水量预测是可行的。     

近距离开挖卸荷条件下运营地铁高架桥墩响应研究

上海地铁12号线龙漕路车站基坑下穿运营3号线高架,施工条件受限,需要对位于基坑中间的高架桥墩进行保护以确保3号线运营安全。依托该工程,采用精细化三维数值分析、室内试验和现场实测等方法,对近距离开挖卸荷引起的高架桥墩响应进行研究。监测结果表明：软土地层高架桥墩在近距离开挖卸荷影响下均产生上抬,与数值分析结果吻合;桥墩水平位移总体上朝向卸荷一侧,但发展过程中震荡明显且位移较大,位移终值基本符合数值分析的预估值;近距离卸荷导致桥墩基础桩极限承载力有轻微的损失,但基本不会威胁高架桥的安全;长期沉降表现为半周卸荷条件下上抬可略有恢复,全周卸荷下则不会恢复。     

提高钻孔桩桩底压浆工效及保证质量的技术措施

钻孔桩桩底压浆技术是向钻孔灌注桩桩底沉渣和围岩土体内压入一定量水泥浆,使桩底沉渣和桩底一定范围土体孔隙内充满水泥浆液,经物理、化学作用使其强度大幅提高,从而实现单桩竖向承载力的提高。结合高铁钻孔桩桩底压浆施工实践,介绍了2种压浆工艺过程,阐明了提高压浆工效、保证注浆质量关键技术措施实施的重要性。     

钻孔压浆桩的承载特点及单桩承载力的评价

钻孔压浆桩是一种新型端承-摩擦灌注桩,其承载能力要明显高于其他钻孔灌注桩。根据与相近场地条件钻孔灌注桩的实际测桩结果所作的对比分析,钻孔压浆桩可以形成较高的侧摩阻力,在极限荷载中,侧摩阻力的构成比达65%~75%。