旋挖鉆機(jī)泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁遇采空區(qū)處理措施

宋 軍 濤

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

0 引言

山東黃金礦業(yè)(萊州)有限公司三山島金礦西山淺部第四系地下水治理工程位于山東省萊州市三山島特別工業(yè)區(qū)。該工程地面標(biāo)高+3.0左右，開挖深度達(dá)到了33.00 m(基底絕對(duì)標(biāo)高-30.00 m)。西側(cè)為巖石邊坡采用自然放坡，東、南、北側(cè)三側(cè)采用咬合樁進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)樁支護(hù)長度約290 m，咬合樁采用素混凝土樁與鋼筋混凝土樁互相咬合，咬合量為250 mm，樁頂標(biāo)高+2.0 m(坡道部位-4.0 m)，其中素混凝土樁172根，樁徑1 000 mm，鋼筋混凝土樁173根，樁徑1 200 mm，素混凝土樁樁長以進(jìn)入中風(fēng)化絹英巖或樁底標(biāo)高-30 m，鋼筋混凝土樁樁長以進(jìn)入中風(fēng)化絹英巖不小于3.0 m或樁底標(biāo)高-35 m，成孔均采用旋挖鉆機(jī)泥漿護(hù)壁鉆孔工藝。

1 地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)區(qū)地形較平坦，場(chǎng)地原始地貌單元屬于濱海沖積平原地貌，地面標(biāo)高最大值4.67 m，最小值3.52 m，地表相對(duì)高差1.15 m。

擬建場(chǎng)地在勘察深度范圍內(nèi)自上而下可分為7大層，現(xiàn)分述如下：

⑤全風(fēng)化絹英巖(J3ηγLc)：灰白色雜黃褐色，局部雜肉紅色，結(jié)構(gòu)構(gòu)造已基本破壞，礦物成分均已高嶺土化，節(jié)理裂隙極發(fā)育，節(jié)理面多見鐵銹斑紋，巖芯呈砂土狀，手掰易碎。場(chǎng)區(qū)僅ZK194-1號(hào)孔分布，厚度：7.20 m；層底標(biāo)高：-13.63 m；層底埋深：17.60 m。

⑥強(qiáng)風(fēng)化絹英巖(J3ηγLc)：淺灰色雜肉紅色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分由絹云母、石英、黃鐵礦、方解石和殘留的鉀長石組成，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈碎塊狀或少量短柱狀，RQD值≈0。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度：1.90 m～18.30 m；層底標(biāo)高：-27.63 m～-6.39 m。

⑦中風(fēng)化絹英巖(J3ηγLc)：淺灰色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分由絹云母、石英、黃鐵礦、方解石和殘留的鉀長石組成，節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理面偶見少量氣孔，巖芯呈短柱狀或少量碎塊狀，RQD值≈20～90。巖體完整程度為較完整。該層未穿透。

2 水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)區(qū)地下水類型為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水主要賦存于④層中砂中，基巖裂隙水主要賦存于風(fēng)化巖裂隙中?，F(xiàn)在基巖裂隙水處于疏干狀態(tài)。第四系孔隙潛水初見水位埋深為7.80 m～8.20 m，穩(wěn)定水位埋深為7.70 m～8.10 m?？紫稘撍闹饕a(bǔ)給源是受大氣降水入滲、地表水(渤海)、地下水側(cè)向徑流為主，以側(cè)向徑流及人工開采的形式排泄。地下水動(dòng)態(tài)受潮汐、開采條件影響等。

3 采空區(qū)分布

本工程是運(yùn)行礦山，采礦方式為井下開采，全部采用回采法，淺部采礦巷道現(xiàn)已全部廢棄，并用C20混凝土進(jìn)行了充填，但未全部接頂，在咬合樁范圍內(nèi)影響施工的采礦巷道有頂板標(biāo)高-27 m,-30 m,-33 m的三層。影響范圍約130 m，占到了咬合樁總長度的45%，分布范圍廣，影響深度大，對(duì)咬合樁施工造成了非常不利的影響。

4 發(fā)現(xiàn)采空區(qū)

前期勘察資料較粗，不能滿足咬合樁施工需要，開工前進(jìn)行了施工勘察，勘察期間有兩個(gè)勘察孔遇到采空區(qū)，分別為ZK補(bǔ)-9采空區(qū)頂板標(biāo)高-27.6 m，掉鉆4.8 m，ZK補(bǔ)-10采空區(qū)頂板標(biāo)高-33 m，掉鉆5.8 m。充分說明以前采空區(qū)未接頂，并且空區(qū)較大。開工后初期施工咬合樁也有兩根遇到采空區(qū)，5-21鉆孔在-33.2 m遇采空區(qū)，用C20素混凝土在鉆孔中進(jìn)行了充填，充填量達(dá)到了100 m3；6-A1鉆孔在-29 m遇采空區(qū)，用C20素混凝土在鉆孔中進(jìn)行充填，充填量達(dá)到了260 m3。這就充分說明了采空區(qū)未充填接頂。咬合樁鉆孔在施工過程中遇到采空區(qū)后，護(hù)壁泥漿全部漏失，由于此時(shí)處于旱季，地下水水位較深，含水砂層較少，孔壁基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，能夠滿足大孔充填要求。

由于此礦山處于開采狀態(tài)，基巖裂隙水一直處于疏干狀態(tài)，黏土層以下風(fēng)化絹英巖基本處于疏干狀態(tài)，僅有上部砂層中含有少量地下水，現(xiàn)在施工處于旱季，到雨季后水位會(huì)有所上升，水量增大。由于咬合樁中的鋼筋混凝土樁均要進(jìn)入中風(fēng)化絹英巖，旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)基巖時(shí)需要泥漿護(hù)壁，并用泥漿對(duì)鉆頭進(jìn)行降溫潤滑。鉆孔施工過程中遇到采空區(qū)后，護(hù)壁泥漿突然全部漏失，若不及時(shí)處理，漿液漏失后極易造成第四系砂層坍塌，造成事故。

5 采空區(qū)處理方案選擇

針對(duì)勘察鉆孔和施工咬合樁樁孔發(fā)現(xiàn)采空區(qū)情況，及時(shí)與設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、業(yè)主單位說明采空區(qū)的危害，對(duì)工程質(zhì)量及工期的影響，經(jīng)研究提出了以下幾種處理方案：

1)對(duì)照業(yè)主提供的采礦巷道圖，在地表施工充填孔，然后用泵車充填C20素混凝土。

2)在施工咬合樁樁孔時(shí)，遇到采空區(qū)后漏漿不塌孔時(shí)直接用樁孔進(jìn)行充填，充填后再加注護(hù)壁泥漿復(fù)鉆成孔。

3)對(duì)于坡道樁頂標(biāo)高較低部位采用加長護(hù)筒的方法加固第四系砂層，防止塌孔。

4)對(duì)于個(gè)別樁孔長護(hù)筒仍不能完全加固的部位，采用高壓旋噴樁加固孔壁，有充足時(shí)間處理采空區(qū)后再進(jìn)行鉆孔。

6 采空區(qū)處理

1)根據(jù)業(yè)主提供的采礦巷道圖，對(duì)影響咬合樁施工的采空區(qū)先進(jìn)行地表預(yù)注漿，充填孔布置原則為在預(yù)計(jì)的采空區(qū)巷道上布置充填孔，在支護(hù)線的兩側(cè)各布置一個(gè)鉆孔，鉆孔到采空區(qū)終孔或入樁底標(biāo)高以下2 m終孔，孔徑不小于176 mm。由于上部存在第四系，為了保證孔壁安全，充填孔上部需下入套管，套管尺寸不小于168 mm，套管長度為進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化絹英巖不小于0.5 m。采用地表壓力充填混凝土的方法，充填材料為C20混凝土，坍落度180 mm～220 mm，在套管上連接混凝土輸送泵， 利用混凝土輸送泵的壓力將混凝土泵壓到采空區(qū)，帶壓作業(yè)有利于混凝土擴(kuò)散，充填過程應(yīng)連續(xù)作業(yè)，充填終止條件為充填孔不能充填為止。地表預(yù)注漿孔共計(jì)施工充填孔12個(gè)，有7個(gè)遇到了采空區(qū)，掉鉆最大者達(dá)到了3.8 m，充填量達(dá)到了1 800 m3。地表充填孔徑較小，不能揭露所有采空區(qū)，故不能完全保證施工咬合樁時(shí)不遇到采空區(qū)。

2)咬合樁鉆孔充填，在采空區(qū)范圍內(nèi)施工咬合樁時(shí)，進(jìn)尺到采空區(qū)標(biāo)高附近時(shí)減慢進(jìn)尺速度，并時(shí)刻注意孔內(nèi)泥漿面情況，若穿過采空區(qū)頂板標(biāo)高未出現(xiàn)漏漿情況，則按正常進(jìn)尺鉆進(jìn)；若出現(xiàn)漏漿則立即停鉆，觀察液面變化，若液面能穩(wěn)定則補(bǔ)充漿液繼續(xù)鉆進(jìn)；若持續(xù)漏漿或瞬間漏完，則立即撤離鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔充填，下入串筒灌注C20混凝土或與樁體同標(biāo)號(hào)混凝土，若為素混凝土樁則直接灌至設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，若為鋼筋混凝土樁則灌至采空區(qū)頂板以上至少5 m，然后灌入泥漿，待混凝土終凝后重新鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高后下鋼筋籠灌注成樁。若來不及充填就造成塌孔則用鉆渣回填，后期再用其他措施處理。施工咬合樁鉆孔時(shí)有15個(gè)樁孔遇到采空區(qū)，用樁孔充填法處理完成的有10個(gè)。其余5個(gè)由于到雨季地下水量較大未充填第四系就塌孔，此方法不能處理，改用其他方法處理。

3)長護(hù)筒法：對(duì)樁孔不能直接充填的鉆孔，均為直徑1.2 m的鋼筋混凝土樁，查看施工勘察資料含水砂層層底標(biāo)高大部分在9 m以內(nèi)，綜合考慮施工難度及護(hù)壁效果，最終選擇長度為9 m的加長鋼護(hù)筒，護(hù)筒直徑1.4 m，一次安裝護(hù)筒只能在干孔情況下安裝，由于地下水位在地面以下7 m左右，地下水位以下需要泥漿護(hù)壁施工，這就造成長護(hù)筒不能一次安裝到位，為了解決安裝護(hù)筒的難題，制定了兩次安裝護(hù)筒的方案。第一次安裝短護(hù)筒，護(hù)筒直徑1.7 m，長度3.0 m，安裝后加注泥漿，然后用1.4 m鉆頭鉆進(jìn)至9 m后安裝1.4 m護(hù)筒，安裝完成1.4 m護(hù)筒后拔出1.7 m護(hù)筒，再把護(hù)筒周邊用黏土填筑密實(shí)。用此方法施工7區(qū)11根樁，共計(jì)遇到采空區(qū)4處，均贏得了充填處理時(shí)間，此處4根樁均用此方案處理完成。

4)長護(hù)筒+高壓旋噴樁止水方案，在施工4-B12號(hào)樁時(shí)，首次施工用3 m護(hù)筒遇采空區(qū)后漏漿未充填就塌孔，地下水位較豐富，沒有足夠的時(shí)間處理，后下入9 m護(hù)筒繼續(xù)施工，到采空后塌孔速度快，還是未能處理采空區(qū)，后通過研究采用高壓旋噴樁加固護(hù)筒底部第四系砂層及黏土的方法，咬合樁每一側(cè)施工3根500 mm高壓旋噴樁，搭接100 mm，施工至黏土層以下2.0 m，停噴在7.5 m，停滯48 h后繼續(xù)進(jìn)行施工，在樁孔施工中遇采空區(qū)漏漿，第四系出現(xiàn)輕微塌孔，滿足充填條件，順利對(duì)采空區(qū)進(jìn)行了充填，用此方案處理完成1根。

7 結(jié)語

根據(jù)咬合樁施工采空區(qū)處理的具體措施，以及其他工程處理采空區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，通過以上四種處理方法的結(jié)合來處理采空區(qū)，順利完成了咬合樁施工，保證了施工進(jìn)度，節(jié)省了工期和造價(jià)，后期經(jīng)檢測(cè)支護(hù)樁全部合格，說明以上措施是行之有效的，達(dá)到了治理目的。