摘要：板集煤矿副井井筒采用冻结施工，后期沉降观测中发现井口周边存在不均匀沉降。通过现场调查和场地岩土工程勘察，发现沉降是由于前期冻结法施工后，地层冻融引起地基土物理指标和力学性能发生改变，造成地基承载力较冻结前明显下降。同时该区孔隙水压水消散缓慢，地基沉降将长期持续，为消除不均匀沉降带来的影响，可采用人工注浆等方式加固地基土。
关键词：地基土;冻融;沉降;工程勘察
1引言
两淮地区新生界冲、洪积松散层厚度较大，井筒大多采用冻结法凿井施工，板集煤矿位于淮河冲积平原，副井井筒冻结施工时间为2011年6月至2014年7月。后期沉降观测中，发现井口周边地坪存在不均匀沉降。在2008年我单位已完成板集煤矿工业场地、生产系统、配套交通设施等项目的岩土工程勘察工作，对该煤矿的地层分布、水文地质特征、土层物理力学性质等积累了丰富的原始数据。结合本次场地调查的岩土工程勘察工作成果，与本区地层原始资料对比，分析副井井口周边地基土沉降原因。
2场地调查与岩土勘察
2.1场地调查
煤矿副井为人员下井通道，直径8.1m，井壁厚0.6m。井口房已于2015年建成并投入使用，上部为钢框架结构，下部采用柱下独立基础、墙下条形基础，尺寸67×17m。冻结圈影响范围直径25.6m，影响范围内所有基础开挖至-4.5m标高后，用级配砂石分层夯实回垫至-2.6m标高，压实系数大于0.95，级配砂石回填范围：独立基础每边宽出基础外边500mm;墙下条基为每边宽出基础外边300mm。至2018年6月进场开展场地调查时，井口西北侧地面已形成宽度1~2cm的可见裂缝，东北侧柱下也已形成宽度0.5cm左右的裂缝，其余侧沉降直接观察暂不明显。
2.2勘察手段与方法
岩土勘察主要采取钻探、原位测试以及室内试验等综合勘察手段。钻探使用DPP-100型工程钻机，采用泥浆护壁，旋转钻进工艺;取土采用静压法及锤击法;原位测试采用3T单桥静力触探设备。
2.3勘察布孔与工作量
勘察布置钻孔15个，位于井筒外侧，冻结圈影响范围内，见图1。取原状土样60件，进行室内土工试验，用于土层定名、土层划分、力学性质评价，提供物理、力学性质指标。采用单桥静力触探设备进行原位测试8组。
2.4场地地层分布
该场地各个土层以粉质黏土为主，根据钻孔揭露，场地地层分布如下。①层杂填土：杂色，松散，以混凝土地坪、建筑垃圾、煤矸石为主。②层粉质黏土：黄褐色，软、可塑~硬塑，夹黑色铁锰结核、砂姜、白色钙质结核。③层粉质黏土夹粉土：灰黄色，可塑~硬塑，含灰白色黏土、砂姜及铁锰结核，韧性中等，夹粉土，局部为粉质黏土与薄层粉土互层。④层粉质黏土：灰黄色，硬塑，含砂姜、黑色铁锰结核，场地内普遍分布。该层未钻穿。
3成果与分析
3.1物理指标变化
冻融土与冻结前土样物理指标对比见表1。从表中可以看到，冻融、前后：各层土含水率、孔隙比、饱和度、液限、塑限、塑性指数、液性指数等指标均增大，干重度减小，比重和重度变化不明显。
3.2力学性能变化
冻融土与冻结前土样物理指标对比见表2。从表中可以看到，冻融前、后：各层土粘聚力(C)、压缩模量(Es)，具有不同程度的减小，内摩擦角(φ)、压缩系数(a1-2)数值具有不同程度的增加，而且这种变化随深度增加从②层粉质黏土到④层粉质黏土，土样力学性能的变化逐渐减弱。
3.3原位测试指标变化
冻融土与冻结前原位测试数据变化曲线见图2。从图中可以看出，从②层粉质黏土到④层粉质黏土，单桥静力触探比贯入阻力Ps值冻融前、后明显降低，可见冻融后土层承载力较原状土有明显下降。
3.4沉降原因分析
3.4.1冻胀破坏井筒冻结施工时，地层孔隙中水受冷凝固成冰，冰的密度小于水，土体会产生冻胀现象。各种冻胀力的作用下，土体原始结构改变，从上表中可以看到，冻融后的土体孔隙比和压缩系数明显增大。在上部荷载和上部土自重应力作用卜，地层随着超静孔隙水压力的消散，土骨架固结压密造成沉降，超静孔隙水压力完全消散时，固结沉降才基本完成。本次取样的含水率、孔隙比均大于原正常固结土样，可见固结沉降还尚未完成，沉降会持续进行。3.4.2fL隙水压水上升根据太沙基有效应力原理:}0}}+1}式中:二为总应力，拜为孔隙水压力，胡为有效应力。由于冻融后地层含水量明显增加，于L隙水压力增加，导致地层有效应力降低。本区地卜水潜水稳定水位埋深在1.O}1.Sm，水力梯度约为1/7000,③层粉质薪土夹粉土抽水试验单井涌水量可达500一1000m'/d。地卜水水位较高，径流缓慢，自然条件卜排水不畅，孔隙水压力难以消散，造成冻结施工结束4年后，地基土仍未能重新固结稳定。3.4.3基础形式受限副井井筒冻结施工后，井口房设计时未进行冻融后的地基土工程勘察，依照经验选用独立基础和条形基础。由于冻融后地基承载力明显卜降，所选基础形式在上部荷载为非均布荷载时，容易产生不均匀沉降。根据以上各层土的物理力学参数以及原位测试数据，可以看出地层由上到卜，随着自重应力的增大，冻融土的影响随深度逐渐变弱，④层粉质薪土(埋深17.0m以卜)较冻融前各参数的变化已经很小，前期若选用预应力管桩或者桩基筏板复合地基，可有效避免不均匀沉降的发生。
3.5治理措施建议
由于现场井筒已投入使用，不适宜选用扰动较大的治理措施。结合本地区施工经验，建议可选用水泥浆液局部注浆加固地基。考虑井筒周边排水不畅，注浆宜选用小压力、低流量的慢速注浆法。施工结束28d后，结合沉降观测数据，采用原位测试、声波法等检验地基承载力。
4结语
通过现场调查和岩土工程勘察，发现板集煤矿副井井口周边出现不均匀沉降是前期冻结法施工，地基土冻融后物理指标和力学性能发生改变，造成地基承载力较冻结前明显卜降。由于该区地卜水径流缓慢，孔隙水压水消散持续时问较长，地层固结排水不畅，地基沉降将长期持续，为消除不均匀沉降带来的影响，可采用人工注浆等方式加固地基土，保证生产顺利进行.
参考文献
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《板集煤矿副井井口地基土冻融后沉降调查分析》来源：《安徽建筑》，作者：魏刚
