复杂地质条件下井架基础施工技术.pdf

文章编号l 0 0 3 5 9 2 3 2 0 0 3 0 10 1 1 6 - - 0 2 复杂地质条件下井架基础施工技术 刘金林1 ，吴如雷2 ．佟凤健2 1 中蝉二建二{ L t 程处，毒徽帝州2 3 4 0 0 0 ；2 山木省。} 庄生琏域日，山东懒山2 7 7 6 0 6 摘要湖西矿井井架基础施工是在复杂地质条件下进行的，根据湖区水文地质情况．经过仔细分析地质 资料，结合地表变形观测手段，多方研究、论证万案，最终确定旋喷桩帷幕止水轻型井点降水方案。安奎通过流 沙层。为相似地质条件下成功完成施工任务提供一条切实可行的途径。 关键词复杂地质每件；基础；井浆施1 技术 中圉分类号T D 2 6 5文献标识码B 1 工程概况 山东潮西矿业有限责任公司湖西矿井位于微 山湖畔，设计生产能力9 0 万t ／a 。矿井工业广场最 近处距昭阳湖5 0 0m ，区内共有鱼塘17 个，潜水位 接近地表，属典型的湖相沼泽相沉积环境。 湖西矿井副井位于鱼塘内，设计采用永久井架 凿井，剐井的四个永久井架基础均布置在龟塘内． 裙形基础外露地表0 ．8m ，井架基础深1 0m ，底部 开挖范围15 1 5m 。3 月份回填地表土，由于该区 为古运河河道，后经湖水淤积和洪水冲积形成现在 的地层。地质条件非常复杂，施工环境十分恶劣。 副井井简永久井架基础距地表以下8m 。鱼塘 范围为5 5 7 5m 。四周分别为2 9 处、7 1 处施工用 房、冻结站和主井井筒。当时主井井筒已经施工 2 3 0 多m ，距副井井简中对中5 0m 。潜水位标高地 表以F2 0 c m ，副井所在位置东西方向距鱼塘分别 为I7n 和3 8 m ，南北方向距鱼塘分别为4 3r n 和 4 7m ，四周鱼塘均未回填。据工程地质勘探报告提 供资料表明第四纪粘土分为5 层①层，粘土，褐 黄色，局部深灰色，饱和．可塑～硬塑，厚3 ．4 ～5 ．4 m 。②层，粉土．饱和中密，有水析现象，厚0 ．5 ～2 ． 2m 。③层，粘土，灰绿色，局部黄褐色，饱和，可塑 ～硬塑．厚0 ．9 ～4 ．2m 。④层粉土，灰黄色．饱和， 中密．厚】．9 ～1 ．7m 。⑤层，粉质粘土，灰色～黄褐 色，饱和，厚0 ．8 ～5m 。 2 原设计施工方案 湖西矿井井架基础施工原设计方案采用地面 布置降水井集中降水，普通挖掘机分两层施工，然 后浇注混凝土完成施工。 1 密集水井集中降水发生地面沉降 根据常规方法，施t 队伍采用密集水井集中降 水的方法，设计在基础所在4 4m 方圆内，每一个 方向布置3 眼深2 0m 的疏水井。先旋工的东南方 向的3 眼水井采用1 5 m 3 ／h 的水泵排水。4h 后发 现2 9 处砖结构的房屋出现裂缝，附近地面出现裂 缝，排出的水浑浊，最近一眼井距开裂房屋7m ，立 即停【J 排水，半小时后，裂缝最大宽度达到7c n l 。 从经济角度出发．我们在西南角进行三眼井的抽 水，并布置7 个观测点进行地表沉降观测。3d 后， 所有观测点均出现沉降，最大变形达到4 7r f l m 。7 】 处施工房、地面出现裂缝。流沙特征比较明显，施工 出现难题。 2 施工方案的提出 副井基坑开挖过程中遇到流沙层，边坡坍塌． 施工无法继续进行，如强行排水，可能导致流沙大 量涌出，引起周围地表沉降，破坏主井及相关地面 建筑，可能引发重大事故。经过分析，提出多种施工 方案，如钢板桩，篱笆桩，帷幕止水、打井降水．分段 施工，混凝土浇注地下连续墙、冻结法、大面积基坑 开挖等。考虑湖西矿井建设的具体情况．主要是工 期和工程造价及施工质量和安全，最后将方案重点 放在冻结法和帷幕止水两个方案。 考虑到施工和周围设施的安全，保证质量和成 功，冻结单位、设计单位、施工单位和部分专家比较 倾向于冻结法和混凝土桩帷幕法施工。冻结法施工 就是在基础开挖范围线上施_ T 钻孔，下冻结管后实 收稿日期2 0 0 2 一0 1 2 7 作者简价刘金林 1 9 6 7 一 ，男，安徽天长市』、，工程师，麓表论文多篇 1 16 2 0 0 3 №1 矿山压力与顶板管理 万方数据 施冻结，使之形成～道冻结墙挡住外围水进入基坑 范围内，然后在基坑范围内实施降水开挖。这无疑 是一个可靠的方案。但是T 程造价大，工期长；混凝 土桩帷幕j r 水施工方便，技术成熟，但止水效果不 好；在力求稳妥的基础上，从施工安全、工程质摄、 工期短、效果好、造价低五个方面综合考虑，确定 了先从基础周围施工旋喷桩进行帷幕止水，然后在 帷幕内降水的施工方案。 3 方案实施 本方案沿基础挖掘边坡线以外矩形布置单排 高压旋喷桩止水帷幕，采用j 管高压旋喷设备，水 泥置换为0 ．6 ，桩径设计为I2 0 0I T l r i l ，桩间距为 1 0 0 0m m ，桩与桩之问相互搭接2 0 0m m ，桩长为 1 0m ．桩端嵌入地表以下i 0n 、深度范围内的粘土 混砂姜层0 ．5m 。设计总桃数为17 8 根，总桩长 1 7 8 0m 。高压旋喷桩主要起止水作用，同时兼顾挡 土。为缩短副井施工工期，水泥中加入适量的早强 速凝剂，旋喷桩全部施工结束后1 5d 可进行基坑 开挖。为保证围护结构的稳定，止水结构内按基础 施工单位提出的天然放坡方案放坡。基坑内侧设疏 干井抽排地下水，降低地下水位至基坑地面以下。 1 扦挖过程遇到流沙层 旋喷桩全部施工结束后．对东北角的基坑进行 试挖遇到流沙层，由于沙土层中降水不充分，在第 一平台3m 处出现塌方严重，边坡滑动，发生管涌 现象。事实证明该区域内存在流沙层，埋深在地表 以下3 ～4 5 m 处。 粉土或粉沙土在饱和水状态下，一旦出现自由 面、排水或扰动将会发生流动、管涌。随着排水的进 行，远处的流沙层不断流向自由面，造成大面积的 地表塌陷．如果大量排出流沙和水．势必造成远处 的流沙涌动补给．巨大的远场土体应力会摧毁旋喷 桩．帷幕外的水和沙大量涌入，造成地表大面积塌 陷，导致主井井架倾斜、歪倒，井筒斟沉降不均匀丽 发生变形、破坏，冻结站、绞车房及地面建筑物被破 坏。 针对出现的意外情况，工程技术人员仔细研究 施t 方案，决定采用轻型井点降水配合加长臂挖掘 机．为减少工程量，又能满足安全施工，保证旋喷桩 不被远场应力破坏，改变原施工方案中的小角度边 坡，采用大角度边坡的施工方案。 轻型井点降水是把经过特殊处理的吸水管密 集型布置在流沙层。采用射流泵真空吸水，其优点 是排出沙层的水，使沙层不流动、不暴露自由面。保 持原始状态；【f f i 且T 程造价低，施工安全方便。 2 技术革新解决降水难题 轻型井点降水方法取得成功。开挖第一个基坑 时降水效果明显，只是由于基坑较深，井点降水深 度不够，基坑底部有水，基底容易片帮．造成上部土 体塌落，影响施工质量和进度，根据现场情况采取 在基底超深挖坑，对潜水泵实施技术革新后放在一 个经垃特殊加工的铁框里，框上焊接长5r n 庄右 的排水管，外围用纱网围起来，放在用沙和石子营 造过虑层的超深坑里进行降水，效果非常理想。 4 井架基础施工技术和效果 由于基坑面积较大．底部有水，造成片帮，为保 证基坑的有效面积和施t 质量，开挖时基坑为1 5 l5m ，底部口I 填毛石，用长臂挖掘机从空中向下 抛．使底部密实，然后回填一定级配的砂石，有效面 积l2 1 2I T l 2 ，分层夯实，单层厚度不超过15c m ． 周围用土回填并夯实，上部浇注混凝土，为解决裙 形基础高度大，一次性施工摸板支护难的问题。采 用分次施工．中间加入连接筋技术，较好地完成任 务，经过共同努力，共挖土方9 3 5 4 2I T l 3 ．回填沙石 4 6 3 5m 3 ，浇注混凝土1 2 0 0m 3 。比预计工期提前2 3 d 圆满地完成井架基础施工任务。井架起吊一次成 功，事实证明基础施工质量可靠。 s 结语 I 把已掌握的丁程地质和水文地质资料，包 括工程勘察资料和实际揭露的地质情况，紧密结 合，认真分析，对沼泽地区、水网地区的深大基础施 工，要对施工的困难性通盘考虑，尤其是外围建筑 物的安全考虑，地下水丰富地区首先考虑l L 水，截 断补给水源。 2 选择确定科学合理的施工方案，并提前r 井架基础施工的T 期，保证井架的正常起吊、安装 时间，保证副井按时开工，进而保证湖西矿井建设 按旌工组织设计进行，对实现湖西矿井早出煤、早 见效益打下坚实的基础。 3 选择了合理、经济、安全的施工方案。采用 的旋喷桩帷幕止水，帷幕内轻形井点降水、人工留 放大角度边坡、超深小井人造沙砾过滤层降水配合 加长臂挖掘机的施工方案，使整个施工方案科技含 量高，新技术、新方法、新刨造与普通施工技术的有 机结合，为今后相似地质条件下的工程施工，提供 了一条成功的途径．具有广泛的推广价值和应用前 景。 矿山压力- b 项板管理2 0 0 3 ．N 9 1．1 1 7 ． 万方数据 复杂地质条件下井架基础施工技术复杂地质条件下井架基础施工技术 作者刘金林， 吴如雷， 佟凤健 作者单位刘金林中煤三建二十九工程处,安徽,宿州,234000， 吴如雷,佟凤健山东省岱庄生建煤矿 ,山东,微山,277606 刊名 矿山压力与顶板管理 英文刊名GROUNT PRESSURE AND STRATA CONTROL 年，卷期2003，201 引用次数0次 相似文献10条相似文献10条 1.期刊论文 任爱武.伍法权.王根龙.和海芳 复杂地质条件局部不稳定块体预测与稳定分析 -人民长江2008,3913 复杂地质条件下产生不稳定块体的原因有很多,因此以节理面切割为基础并采用块体理论进行的块体稳定分析,不能全面反映复杂地质条件下,大型地 下洞室开挖中产生不稳定块体的实际情况.以锦屏一级水电站地下厂房工程为例,结合地下厂房第1层开挖揭露的实际地质情况,提出一种适合复杂地质条 件下块体稳定分析的方法,即首先根据不稳定块体的成因和破坏特征将其进行分类,继而根据每种块体类型的特征,进行针对性的研究并提出相应的处理措 施.根据锦屏一级地下厂房第1层开挖现场情况,块体被分为3种类型断层破碎带影响掉块Ⅰ型掉块、高地应力片帮掉块Ⅱ型掉块和节理面切割掉块 Ⅲ型掉块.对Ⅰ型和Ⅱ型掉块发生位置进行统计分析,得出其分布规律,从而对下层进一步开挖这两种掉块可能产生的位置进行预测提供了依据.对于 Ⅲ型掉块,以块体理论为基础,对第1层开挖后存在的和可能存在的不稳定块体进行稳定性分析,从而后续的加固措施提供了依据.该研究成果,应用于锦屏 一级水电站地下厂房施工现场,满足了工程的需要,对其他工程有一定的借鉴意义. 2.期刊论文 张新峰.闫依兵.赵松国 复杂地质条件下建筑物基础的设计及施工 -能源技术与管理2007,““2 对湖区高水位复杂地质条件下的一般建筑物钢筋砼护展基础、砼灌注桩等基础的设计与施工进行了分析,提出了一些合理、经济的设计与施工方案 ,应用于实际工程中达到了良好的效果. 3.期刊论文 胡春林.李坤.杨志勇.胡胜刚 复杂地质条件下高层建筑桩筏基础监测与综合分析 -岩土力学 2003,244 结合一个典型的桩筏基础工程实例,综合分析了在复杂的岩溶地质条件下基桩桩身应力、筏板主筋应力-应变、筏板变形、筏板下土压力及基础的沉 降与倾斜等监测方法和监测结果.详细论述并提出了复杂地质条件下桩筏基础监测与综合分析的新方法.在综合分析监测数据的基础上,不断完善工程设计 方法及施工方案,对工程质量进行检验,对工程的安全度进行评价.监测信息对同类工程项目具有重要的参考价值. 4.学位论文 张敏 复杂地质条件下大断面隧道“零”进洞工法技术体系及应用研究 2009 随着我国高等级公路的建设发展，山区复杂地质条件下高等级公路隧道洞口段安全、环保和经济性等日益受到人们的重视，公路工程建设越来越注 重景观和环境的协调。一般而言，隧道洞口段边坡在自然状态下稳定性较好，传统的隧道施工方法会破坏植被，同时由于对坡体的开挖，会降低坡体下 部的支撑能力，影响坡体的稳定性，甚至可能大面积失稳，严重的影响施工安全。大量工程实践表明，隧洞洞口段边坡的变形破坏均与洞口边坡的环境 破坏和不合理的进洞方法所致。鉴于此，最好的进洞方式是尽量减少对自然边坡的开挖和自然环境的破坏。本文以黄（塔）桃高速公路沿线隧道为例 ，通过边坡工程地质条件、岩体结构与坡体结构特征、变形破坏机理、进洞辅助工法、进洞开挖方法、地质与监测反馈分析等研究，遵循系统工程地质 分析原理，建立了一套较为完善的山区公路隧道进洞工法技术体系。主要包括 （1）建立了以坡体结构特征分析为基础，隧道围岩和边坡相互作用机理分析为核心，隧道进洞过程的岩土体变形动态监控为支撑的复杂地质条件下 大断面隧道“零”进洞工法技术体系，系统阐述了该技术体系的技术原理、施工工序、施工工艺及施工要点。同时，以该体系为基本理念，系统研究了 黄（塔）桃高速公路沿线隧道洞口段典型坡体结构的进洞技术。 （2）较为详细对坡体结构特征进行了总结分析，并对坡体结构建立中的两个关键因素结构面体系和工程地质岩组进行了详细的分析研究，针对黄 （塔）桃高速公路的工程地质情况，对沿线边坡的坡体结构特征进行了详细的调查分析，并进行了相应的工程地质分类，主要分为层状坡体结构 （Ⅰ）、似层状坡体结构（Ⅱ）、软弱夹层坡体结构（Ⅲ）、基座式坡体结构（Ⅳ）、松散破碎体坡体结构（Ⅴ）和块状坡体结构（Ⅵ）；依据上述分 类类型，对隧道洞口段边坡的坡体结构特征进行了重点分析研究。 （3）在坡体结构特征调查分析的基础上，对隧道洞口段边坡稳定性的主要影响因素进行了系统分析，并以构造地质分析为基础，对隧道洞口段边坡 的变形破坏类型进行了基本划分，主要分为坍塌、塌陷、崩塌、滑坡、块体失稳、错落和倾倒等七类。 （4）建立了隧道围岩边坡相互作用概念模型，利用复杂岩土介质的建模技术，采用数值模方法，对隧道进洞过程中围岩和边坡的应力、变形、塑 性区的分布及动态变化特征进行了分析研究，结果表明隧道围岩变形是导致边坡变形的关键因素，同时，洞口仰坡的开挖也为坡体变形提供了更为有 利的条件，因此，控制围岩变形和避免仰坡开挖是隧道顺利进洞和洞口段边坡稳定的前提与保证。 （5）以围岩应力、变形特征及支护结构的受力特征为基础，以扁平率为技术指标，对大断面隧道的力学效应进行了分析研究。 （6）针对浅埋破碎洞口段均压型和偏压型，提出了“先加固边坡，在采用套拱和管棚支护洞口，再进洞”的零进洞工法，重点分析了隧道进洞辅助 施工措施的力学效应、隧道围岩及边坡的应力、变形特征，结果表明①与“传统”进洞工法相比，“零”进洞工法对洞口仰坡向临空面的变形起到了 有效的遏制作用；②对于以上两者进洞体系中，套拱与管棚连接处表现为显著的应力集中与应力分析现象，表明此部位易于产生变形破坏，在进行管棚 与套拱之间连接处理时，应对套拱钢拱架与管棚钢管间进行有效的焊接；③对于偏压型体系中，耳墙与套拱连接部位至基础底部部位表现为显著的应力 集中现象，说明耳墙承受了较大的由套拱传递过来的地形偏压引起的滑移推力，同时，也说明耳墙在抑制由于地形偏压效应导致的边坡滑移变形方面起 到了积极的有效作用。 （7）针对受结构面控制的隧道洞口段边坡，提出“先治坡、后进洞”的方法，且治坡亦采用和主要结构面近垂直的主动加固措施，以调动岩体本身 的抗滑能力，同时根据隧道进洞过程中揭露的地质信息与监测反馈信息对设计与施工进行优化调整。 （8）对新型通透肋式拱梁隧道的特点进行了分析，并将“零”进洞工法的理念贯穿于隧洞开挖始终，重点对通透肋式拱梁隧道结构的力学特性、围 岩与边坡的应力、变形特征进行了分析。 5.期刊论文 陈卫国.CHEN Wei-guo 复杂地质条件大荷载渡槽基础型式设计优化 -水科学与工程技术2006,““4 漕河渡槽是南水北调中线总干渠上的大型建筑物,为目前国内规模最大的渡槽.基础地质条件总体较好,大部分适合采用端承桩,但通过详细勘察发现 ,有两处不良地质情况不适用桩基础,通过优化设计,确定了基础持力层位置,决定采用深挖方扩大基础,满足了承载力和沉降变形要求. 6.学位论文 朱伟 复杂地质条件下长大群桩及承台大体积混凝土施工 2006 现代桥梁桩基础施工中，钻孔桩在桥梁桩基础中占有非常重要的意义。目前，我国在施工地质条件较差的情况下，普遍地采用钻孔桩作为桥梁的基 础。 在广东珠三角的冲积、淤积、洪积平原地区，淤泥层下潜伏着流沙层，施工地质条件极其复杂，进行钻孔桩施工，难度极大。 本文针对江珠高速公路荷麻溪特大桥的2个主墩，采用48根直径为φ1.8m深88m的长大群桩以及2个大体积混凝土的主墩承台。对复杂地质条件淤泥 层深达20m下的长大钻孔桩施工和大体积混凝土承台施工中的相关技术，进行了以下几个方面的研究 1在收集查阅国内外相关工程地质条件下钻孔桩施工资料的基础上，结合目前施工机械的性能，制定了合理的钻孔桩施工方案，成功地解决了荷麻 溪特大桥复杂地质条件下长大群桩的施工。 2在长大钻孔桩施工过程中，对每根桩施工中出现的问题及时地进行了认真细致的分析，总结经验，并改进施工工艺，有效地解决了钻孔桩施工过 程中出现的问题。 3通过长大群桩的施工，及合理机械配套选型的应用，进一步完善了复杂地质条件下淤泥层厚、潮起潮落的影响桥梁钻孔桩基础的施工技术。 4在南方高温天气下，采用冷却管降温及双掺技术、优化了混凝土配合比设计等多项措施，成功地进行了承台大体积混凝土的施工，完成了施工生 产的需要，并积累了丰富的复杂地质条件下的现场施工经验。 7.会议论文 陈卫国 复杂地质条件大荷载渡槽基础型式设计优化 2006 漕河渡槽是南水北调中线总干渠上的大型建筑物,为目前国内规模最大的渡槽.基础地质条件总体较好,大部分适合采用端承桩,但通过详细勘察发现 ,有两处不良地质情况不适用桩基础,通过优化设计,确定了基础持力层位置,满足了承载力和沉降变形要求,确定采用深挖方扩大基础. 8.期刊论文 滕圣康.Teng Sheng-Kang 复杂地质条件下大型储罐基础的处理 -石油化工建设2006,283 以宁波港务局5万m3原油储罐基础为例,在认真分析储罐基础地质条件的基础上,采用钻孔嵌岩灌注桩和严格的质量控制,储罐基础沉降远远低于设计 和规范允许值,收到了良好效果,值得借鉴和推广. 9.学位论文 徐浩明 复杂地质条件下群桩基础垂直承载性状分析 2006 本文通过桩土相互作用的三维有限元无限元接触面单元的非线性耦合数值模型，用 matlab6. 5编制的桩土相互作用程序来分析桩基在土层 界面倾斜，双层土地基层厚度变化，桩端持力层面变化三种情况下群桩的承载变形特征，同时从土质条件的角度对桩一土相互作用的机理进行进一步的 研究。因此，对以上三种复杂地质情况下的群桩承载性状研究就是本文的主要内容。 本文主要研究目的有两个一是研究复杂地质条件下的群桩承载性状，探讨常规规范方法对复杂地质下的适用性，对实际工程设计提出一些有益的 建议。二是针对土性特点进一步对群桩荷载传递机理进行研究。 研究结果表明，在正常荷载水平、桩间距为常用桩距情况下，在土层界面倾斜、双层土地基层厚度变化、桩端持力层面变化时，群桩中各单桩的承 载性状虽然相对而言表现出了一定的差异性，但是群桩基础的承载性状还是表现出一定的整体性。总之，以上复杂地质条件下对群桩基础的整体承载性 能影响很小，但是对角桩的影响应值得注意，特别是在桩端持力层面变化时候。嵌岩桩存在最佳嵌岩深度，但是不存在最大嵌岩深度。 10.期刊论文 黄继伟.杨华舒.旃平生.念红芬.HUANG Ji-wei.YANG Hua-shu.ZHAN Ping-sheng.NIAN Hong-fen 复杂 地质条件下的大坝基础防渗实践 -云南水力发电2005,214 复杂地质条件下大坝基础防渗处理的好坏,关系到水库枢纽的安全存亡.文章结合典型工程,阐述在复杂的地质条件下,大坝基础的防渗方案选择和施 工设计有关事项,并对施工中出现的异常现象进行了分析和有效的处理. 本文链接 下载时间2010年6月1日