摘要：板集煤礦副井井筒采用凍結施工，后期沉降觀測中發現井口周邊存在不均勻沉降。通過現場調查和場地巖土工程勘察，發現沉降是由于前期凍結法施工后，地層凍融引起地基土物理指標和力學性能發生改變，造成地基承載力較凍結前明顯下降。同時該區孔隙水壓水消散緩慢，地基沉降將長期持續，為消除不均勻沉降帶來的影響，可采用人工注漿等方式加固地基土。

　　關鍵詞：地基土;凍融;沉降;工程勘察

　　1引言

　　兩淮地區新生界沖、洪積松散層厚度較大，井筒大多采用凍結法鑿井施工，板集煤礦位于淮河沖積平原，副井井筒凍結施工時間為2011年6月至2014年7月。后期沉降觀測中，發現井口周邊地坪存在不均勻沉降。在2008年我單位已完成板集煤礦工業場地、生產系統、配套交通設施等項目的巖土工程勘察工作，對該煤礦的地層分布、水文地質特征、土層物理力學性質等積累了豐富的原始數據。結合本次場地調查的巖土工程勘察工作成果，與本區地層原始資料對比，分析副井井口周邊地基土沉降原因。

　　2場地調查與巖土勘察

　　2.1場地調查

　　煤礦副井為人員下井通道，直徑8.1m，井壁厚0.6m。井口房已于2015年建成并投入使用，上部為鋼框架結構，下部采用柱下獨立基礎、墻下條形基礎，尺寸67×17m。凍結圈影響范圍直徑25.6m，影響范圍內所有基礎開挖至-4.5m標高后，用級配砂石分層夯實回墊至-2.6m標高，壓實系數大于0.95，級配砂石回填范圍：獨立基礎每邊寬出基礎外邊500mm;墻下條基為每邊寬出基礎外邊300mm。至2018年6月進場開展場地調查時，井口西北側地面已形成寬度1~2cm的可見裂縫，東北側柱下也已形成寬度0.5cm左右的裂縫，其余側沉降直接觀察暫不明顯。

　　2.2勘察手段與方法

　　巖土勘察主要采取鉆探、原位測試以及室內試驗等綜合勘察手段。鉆探使用DPP-100型工程鉆機，采用泥漿護壁，旋轉鉆進工藝;取土采用靜壓法及錘擊法;原位測試采用3T單橋靜力觸探設備。

　　2.3勘察布孔與工作量

　　勘察布置鉆孔15個，位于井筒外側，凍結圈影響范圍內，見圖1。取原狀土樣60件，進行室內土工試驗，用于土層定名、土層劃分、力學性質評價，提供物理、力學性質指標。采用單橋靜力觸探設備進行原位測試8組。

　　2.4場地地層分布

　　該場地各個土層以粉質黏土為主，根據鉆孔揭露，場地地層分布如下。①層雜填土：雜色，松散，以混凝土地坪、建筑垃圾、煤矸石為主。②層粉質黏土：黃褐色，軟、可塑~硬塑，夾黑色鐵錳結核、砂姜、白色鈣質結核。③層粉質黏土夾粉土：灰黃色，可塑~硬塑，含灰白色黏土、砂姜及鐵錳結核，韌性中等，夾粉土，局部為粉質黏土與薄層粉土互層。④層粉質黏土：灰黃色，硬塑，含砂姜、黑色鐵錳結核，場地內普遍分布。該層未鉆穿。

　　3成果與分析

　　3.1物理指標變化

　　凍融土與凍結前土樣物理指標對比見表1。從表中可以看到，凍融、前后：各層土含水率、孔隙比、飽和度、液限、塑限、塑性指數、液性指數等指標均增大，干重度減小，比重和重度變化不明顯。

　　3.2力學性能變化

　　凍融土與凍結前土樣物理指標對比見表2。從表中可以看到，凍融前、后：各層土粘聚力(C)、壓縮模量(Es)，具有不同程度的減小，內摩擦角(φ)、壓縮系數(a1-2)數值具有不同程度的增加，而且這種變化隨深度增加從②層粉質黏土到④層粉質黏土，土樣力學性能的變化逐漸減弱。

　　3.3原位測試指標變化

　　凍融土與凍結前原位測試數據變化曲線見圖2。從圖中可以看出，從②層粉質黏土到④層粉質黏土，單橋靜力觸探比貫入阻力Ps值凍融前、后明顯降低，可見凍融后土層承載力較原狀土有明顯下降。

　　3.4沉降原因分析

　　3.4.1凍脹破壞井筒凍結施工時，地層孔隙中水受冷凝固成冰，冰的密度小于水，土體會產生凍脹現象。各種凍脹力的作用下，土體原始結構改變，從上表中可以看到，凍融后的土體孔隙比和壓縮系數明顯增大。在上部荷載和上部土自重應力作用卜，地層隨著超靜孔隙水壓力的消散，土骨架固結壓密造成沉降，超靜孔隙水壓力完全消散時，固結沉降才基本完成。本次取樣的含水率、孔隙比均大于原正常固結土樣，可見固結沉降還尚未完成，沉降會持續進行。3.4.2fL隙水壓水上升根據太沙基有效應力原理:}0}}+1}式中:二為總應力，拜為孔隙水壓力，胡為有效應力。由于凍融后地層含水量明顯增加，于L隙水壓力增加，導致地層有效應力降低。本區地卜水潛水穩定水位埋深在1.O}1.Sm，水力梯度約為1/7000,③層粉質薪土夾粉土抽水試驗單井涌水量可達500一1000m'/d。地卜水水位較高，徑流緩慢，自然條件卜排水不暢，孔隙水壓力難以消散，造成凍結施工結束4年后，地基土仍未能重新固結穩定。3.4.3基礎形式受限副井井筒凍結施工后，井口房設計時未進行凍融后的地基土工程勘察，依照經驗選用獨立基礎和條形基礎。由于凍融后地基承載力明顯卜降，所選基礎形式在上部荷載為非均布荷載時，容易產生不均勻沉降。根據以上各層土的物理力學參數以及原位測試數據，可以看出地層由上到卜，隨著自重應力的增大，凍融土的影響隨深度逐漸變弱，④層粉質薪土(埋深17.0m以卜)較凍融前各參數的變化已經很小，前期若選用預應力管樁或者樁基筏板復合地基，可有效避免不均勻沉降的發生。

　　3.5治理措施建議

　　由于現場井筒已投入使用，不適宜選用擾動較大的治理措施。結合本地區施工經驗，建議可選用水泥漿液局部注漿加固地基。考慮井筒周邊排水不暢，注漿宜選用小壓力、低流量的慢速注漿法。施工結束28d后，結合沉降觀測數據，采用原位測試、聲波法等檢驗地基承載力。

　　4結語

　　通過現場調查和巖土工程勘察，發現板集煤礦副井井口周邊出現不均勻沉降是前期凍結法施工，地基土凍融后物理指標和力學性能發生改變，造成地基承載力較凍結前明顯卜降。由于該區地卜水徑流緩慢，孔隙水壓水消散持續時問較長，地層固結排水不暢，地基沉降將長期持續，為消除不均勻沉降帶來的影響，可采用人工注漿等方式加固地基土，保證生產順利進行.

　　參考文獻

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　　《板集煤礦副井井口地基土凍融后沉降調查分析》來源：《安徽建筑》，作者：魏剛