一种基于树根桩的井塔加固纠偏处治方法与流程

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是指一种基于树根桩的井塔加固纠偏处治方法。

背景技术：

随着采矿生产机械化的提高，矿井矿石产量的逐年增加，井塔的提升系统由于工程需要改造或超负荷运行，以及井塔基础的不均匀沉降，通常会造成井塔出现偏斜的现象。井塔基础的不均匀沉降对矿井的正常运行造成了严重的影响和安全隐患。因此，针对井塔施工完成后碰到的基础不均匀沉降导致井塔发生偏移的难题进行合理有效的处治，具有重要的科学研究意义及工程应用价值。

一般情况下，井塔在混凝土结构的基础上，与井筒没有直接的连接，井筒直接坐落在基岩上，因此井筒整体基本上不会发生沉降变形。矿井井塔产生偏斜的原因大致可以分为两个方面，一方面是井塔基础的不均匀沉降，包括地基土的固结压缩、地下水水位下降、土层自重应力等因素；另一方面是由于提升量的增加，井筒装备及井架部分的改造。目前针对井塔偏斜问题的处置措施一般为迫降纠倾和顶升纠倾。针对井塔加固纠倾问题，国内外鲜有报道。因此，暂时未形成有效经济的处治措施，亟待建立一种可靠的井架加固纠偏处治方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于树根桩的井塔加固纠偏处治方法。

该方法包括步骤如下：

s1:针对井塔加固纠偏处治区域，根据实际工程建立力学计算模型，计算地基承载力，进而确定所需加固的树根桩数量；

s2：针对井塔加固纠偏处治区域，确定树根桩施工位置，钻孔施工并采用钢筋混凝土进行充填；充填完成后，按照设计进行放坡开挖沟槽，采用钢筋混凝土施工冠梁和连梁，连梁与原设计柱子进行植筋锚固；采用多点位移计和钢筋应力计对树根桩、冠梁与连梁的应力进行监测；

s3：在冠梁、连梁混凝土强度达到设计要求后，用提升机一次纠偏，并对应力与变形进行持续监测，必要时另行处治。

其中，s1中树根桩包括i型树根桩、ii型树根桩和iii型树根桩。其中，i型树根桩长度主要根据所加固地层的厚度和长径比所确定，主要作用是拦截侧向潮汐水、加固地基防止地下水引起地基土流失，故采用泥浆护壁钻孔施工；ii型树根桩长度主要根据所加固地层的厚度和长径比所确定，主要作用是加固土体、承担竖向荷载，为使浆液很好的扩散到土体中，故采用水泥浆护壁钻孔施工；iii型树根桩长度主要根据原设计承台和现设计冠梁、连梁之间的距离确定，主要作用是连接原设计承台和冠梁、连梁，故采用水泥浆护壁钻孔施工。

s1将井塔基础下部的土层近似为水平土层，基于土体的固结沉降，对地基承载力进行计算。当所计算得地基承载力小于实际勘测的地基承载力时，即可判定为稳定区域，不需要进行加固；当所计算得地基承载力大于实际勘测的地基承载力时，即可判定为非稳定区域，需要进行加固处理，并由单桩荷载试验或规范建议公式进行桩的承载力验算，最后计算所需的树根桩数量。

s2中对树根桩进行钻孔施工时，对钻孔施加套管，下放钢筋笼和碎石(碎石粒径为5-20mm)，采用水泥浆液(水泥浆液的水灰比为0.45:1)进行填充，套管设置溢浆孔。溢浆孔间距1.0m，呈梅花形布置。

s2中进行冠梁和连梁施工时，按照设计的冠梁和连梁宽度进行放坡开挖沟槽，将树根桩与冠梁进行锚固，同时对原设计柱子进行打孔，与连梁进行植筋锚固，采用c30混凝土进行充填。

树根桩与冠梁进行锚固时，将i型树根桩、ii型树根桩敲掉预留桩头，iii型树根桩无需预留桩头。

s3中采用多点位移计和钢筋应力计对i型树根桩的沉降、ii型树根桩的沉降和iii型树根桩的应力、冠梁的应力与连梁的应力进行监测。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，可弥补现有的井塔加固纠偏处治方法的不足，具有成本低廉、操作方便、处治效果好等优点。

附图说明

图1为本发明的基于树根桩的井塔加固纠偏处治方法工艺流程图；

图2为本发明的井塔处治措施空间关系图；

图3为本发明的井塔计算力学模型；

图4为本发明的树根桩布置平面图；

图5为本发明的套管止浆孔平面图；

图6为本发明的树根桩剖面图；

图7为本发明的树根桩、连梁加固处治剖面图；

图8为本发明的监测布置点平面图。

图中：1-i型树根桩；2-ii型树根桩；3-iii型树根桩；4-原设计柱子；5-承台；6-井筒；7-柱子；8-上部结构传至基础顶面的竖向力设计值f；9-土层；10-基础自重设计值和基础上的土重标准值g；11-持力层承载力理论值p；12-持力层；13-桩头；14-套管；15-钢筋笼；16-扩大头；17-钢筋应力计；18-连梁；19-冠梁；20-多点位移计；21-溢浆孔。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于树根桩的井塔加固纠偏处治方法。

如图1所示，该方法包括步骤如下：

s1:针对井塔加固纠偏处治区域，根据实际工程建立力学计算模型，计算地基承载力，进而确定所需加固的树根桩数量；

s2：针对井塔加固纠偏处治区域，确定树根桩施工位置，钻孔施工并采用钢筋混凝土进行充填；充填完成后，按照设计进行放坡开挖沟槽，采用钢筋混凝土施工冠梁19和连梁18，连梁18与原设计柱子4进行植筋锚固；采用多点位移计20和钢筋应力计17对树根桩、冠梁19与连梁18的应力进行监测；

s3：在冠梁19、连梁18混凝土强度达到设计要求后，用提升机一次纠偏，并对应力与变形进行持续监测。

下面结合具体实施例予以说明。

以三山岛金矿新立矿区副井井塔治理工程为背景，介绍一种基于树根桩的井塔加固纠偏处治方法。三山岛金矿新立矿区副井井塔发生倾斜，表现为西侧地基沉降量比东侧地基沉降量大，对副井的正常运行造成了严重的影响和安全隐患，如图2所示。

采用本发明对该井塔进行加固纠偏处治，其具体步骤如下：

(1)构件地基承载力计算力学模型，如图3所示。

(2)将井塔基础下部的土层9近似为水平土层，基于土体的压缩变形，建立地基承载力计算公式(式1)

式中，f为上部结构传至基础顶面的竖向力设计值(图中8)，g为基础自重设计值和基础上的土重标准值(图中10)，a为基础底面面积，p为持力层承载力理论值(图中11)。

代入实际工程参数计算便可得到所需增加的地基承载力。当所计算得地基承载力小于实际勘测的地基承载力时，即可判定为稳定区域，不需要进行加固；当所计算得地基承载力大于实际勘测的地基承载力时，即可判定为非稳定区域，需要进行加固处理，并由单桩荷载试验或规范建议公式进行桩的承载力验算，最后计算所需的树根桩数量。

一般情况下，井塔在混凝土结构的基础上，与井筒6没有直接的连接，井筒直接坐落在基岩上。在本工程中，根据相关资料，持力层12距地表31.5m，树根桩深入持力层1m，树根桩设计单桩承载力75kn，其中i型树根桩长32.5m，采用泥浆护壁钻孔施工，ii型树根桩长32.5m，采用水泥浆护壁钻孔施工，iii型树根桩长2.5m，采用水泥浆护壁钻孔施工。可计算本次工程需i型树根桩1、ii型树根桩2共203根，iii型树根桩3共25根，由于井塔沉降为西侧比东侧沉降量大，树根桩的总体设置是东疏西密，西侧平均间距为600mm，东侧平均间距为800mm，在南北外墙亦按照从西向东逐渐由密到疏的方式布置i型树根桩1、ii型树根桩2，间距依次为600mm→700mm→800mm，如图4所示。

(3)针对井塔加固纠偏处治区域：当钻机就位进行成孔施工时，要先下套管14护壁，套管14应高出施工地面10cm，钻进过程中泥浆或水泥浆护壁成孔，其中i型树根桩1采用泥浆护壁成孔，ii型树根桩2、iii型树根桩3采用水泥浆护壁成孔，边钻孔边注浆，浆液能够充分扩散对周边土进行压力注浆。

(4)针对井塔加固纠偏处治区域：当树根桩进行施工时，iii型树根桩3锚固桩长度2.5m，桩长要达到承台5内1m深度处。i型树根桩1、ii型树根桩2钻孔底部设置0.8m长扩大头16，增强端部承载能力，扩大头直径200mm，采用5mpa压力射水切土实现。钢筋笼15施工时采用分节吊放，节间钢筋搭接必须错开，焊缝长度不小于160mm(双面焊)，注浆时可采用20mm铁管，放置两根注浆管实现二次注浆，填灌用水清洗过的粒径为5～20mm的碎石，可分二次投入。注浆水灰比为0.45:1，加入早强剂和减水剂各2％，水泥采用42.5级抗硫酸盐硅酸盐水泥，一次注浆压力为0.8mpa，二次注浆时在一次注浆浆液初凝后才能进行，二次注浆压力为2～4mpa，注浆管在注浆过程中随注随拔，直至水泥浆从溢浆孔21溢出为止，如图5、图6所示。

(5)针对井塔加固纠偏处治区域：在进行连梁18与柱子7间植筋锚固时，对原混凝土构建中柱子7和承台5的新旧结合面进行凿毛，凿毛厚度为保护层厚度，凿毛后用无油压缩空气除去粉尘，然后用水泥砂浆涂刷1～2遍。采用合金钢钻头在柱子7上钻出植筋所需的直径为32mm的孔，对植筋钢筋进行打磨除锈处理，植筋所用粘结剂为我国a类建筑结构胶，孔内注胶量要达到80％，钢筋植入后，在模板上定位，结构胶完全固化前不能震动钢筋，待其固化后便可进行下道工序施工，且同一时间只允许1根柱子进行植筋锚固。i型树根桩1、ii型树根桩2待达到养护强度后需要进行凿掉桩头13混凝土，凿掉长度0.55m，以便后续锚入围桩连接梁中。所浇筑混凝土设计等级为c30，早强剂掺入量为水泥用量的3％，搅拌时间相应延长1～2分钟，水泥采用42.5级抗硫酸盐硅酸盐水泥，待达到1n/mm²后方可拆模，如图7所示。

(6)针对井塔加固纠偏处治区域：本次加固工程的主要监测对象为i型树根桩1、ii型树根桩2的沉降和iii型树根桩3、冠梁19与连梁18的应力，监测采用多点位移计20和钢筋应力计17，作用是通过在线监测方式全面反映加固结构以及井塔框架结构的变形和受力特性，如图8所示。

(7)针对井塔加固纠偏处治区域：在冠梁19、连梁18混凝土养护强度达到设计值后，可进行上部提升机纠偏施工，纠偏完成后要进行实时监测加固结构以及井塔框架结构的变形和受力特性。

(8)针对井塔加固纠偏处治区域：施工过程中要持续进行沉降及应力监测，加固之前的原有井塔监测点要基于原有基准点继续进行监测；树根桩施工如出现缩颈和塌孔现象，应将套管14下到产生颈缩或塌孔的土层深度以下；树根桩施工时应防止出现穿孔和浆液沿砂层大量流失的现象，树根桩的额定注浆量应不超过按桩身体积计算的3倍，当注浆量达到额定注浆量时应停止注浆，可采用跳孔注浆、间歇施工和增加速凝剂掺量等措施来防止上述现象。

上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。