某高层框架结构商业楼采空区地基注浆处理设计方案.docx
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某高层框架结构商业楼采空区地基注浆处理设计方案
某高层框架结构商业楼采空区
地基注浆处理设计方案
目录
一、岩土工程条件……………………………………………………………………………………1
1、工程概况…………………………………………………………………………………………1
2、岩土工程条件……………………………………………………………………………………2
二、采空区地基注浆处理方案……………………………………………………………………13
1．设计依据…………………………………………………………………………………………13
2．采空区地基处理方案……………………………………………………………………………13
3．采空区地基注浆处理设计………………………………………………………………………14
3．1注浆处理范围…………………………………………………………………………………14
3．2注浆处理深度…………………………………………………………………………………14
3．3注浆孔平面布置及工作量……………………………………………………………………16
3．4注浆施工顺序…………………………………………………………………………………17
3．5注浆材料及水泥消耗量估算…………………………………………………………………17
3．6注浆设备………………………………………………………………………………………18
3．7注浆工艺………………………………………………………………………………………18
3．8异常情况的处理………………………………………………………………………………20
3．9动态管理与信息化施工……………………………………………………………………20
三、注浆效果检测…………………………………………………………………………………21
1．注浆效果检测……………………………………………………………………………21
2．长期观测与监测…………………………………………………………………………21
附图钻孔压水试验曲线图（11页）
附件注浆试验成果（4页）
一、岩土程条件
1、工程概况
拟建曙光大厦位于唐山市路南区新华道以南、车站路以西地块块，见图1。
该项目属于城市规划改造项目。
拟建场地拆迁工作已完成。
拆迁前场地内
主要为2～5层民用建筑。
该项目征地面积为19950.62m2（29.926亩），土地隶属唐山市路南区。
场地
中心点地理坐标为东经118。
11’24"，北纬39。
37’23”。
拟建项目规划建筑面积117286.39．39m2，规划建设高度不超过70m，地上21～24
层（商业裙房5～6层），地下2层，基础底板埋深约10m，+0标高暂定为28.00m。
主体拟采用钢筋混凝土框架结构，基础形式拟采用桩箱（桩筏）基础（见表1）。
根据唐山市规划建筑设计研究院提供的桩基设计资料，桩长不超过30m。
拟建场地交通位置图
筑形式一览表表1
序号
建筑物
地上层数
基础形式
基础埋深（m）
建筑高地
1
1号楼
21
箱型、筏形、桩基础
10
70
2
2号楼
21
箱型、筏形、桩基础
10
70
3
3号楼
24
箱型、筏形、桩基础
10
70
4
4号楼
22
箱型、筏形、桩基础
10
70
5
5号楼
4~6
箱型、筏形、桩基础
10
70
6
裙房及商业
箱型、筏形、桩基础
10
20，23.6
2.岩土工程条件
2．1自然地理
唐山地处燕山南麓山前倾斜平原，地势北高南低，地面标高15～40m，坡
降4‰。
北部为丘陵区，波状起伏，冲沟发育。
南部地势平坦。
在拟建区北部出
露剥蚀残丘，由北向南依次为湾道山、贾家山、大城山、凤凰山，大体呈北东
～南西展布，最高的大城山，标高125.1m。
位于工作区东约2.1m的陡河两岸
连续发育有I、Ⅱ级阶地。
曙光大厦拟建场地原属开滦（集团）有限公司唐山矿业分公司（即原“唐山矿
’’）井田范围，有多年的采煤历史。
场地下遗留有多层煤层采空区。
拟建场区
拆迁前建筑物密集，主要为低层商业场所和部分机关企事业单位等，地面标高
在24-28m之间。
勘察之前，建设方将场地内旧基础全部挖除，挖除后场地地形
基本平坦，场地绝对标高22．39m一23．22m。
拟建场区地处暖温带半湿润季风气候区，年平均气温12．5℃，常年降水量
500--,700mm，60％以上的降水量集中在6、7、8三个月。
多年平均水面蒸发量
1840mm。
陡河是拟建场区附近的主要河流，由上游的管河和泉水河汇入陡河水库后
始称陡河，全长122km，流经市区段长27km，流域面积1340km2，自北向南流
经市区，在涧河入渤海。
该河在拟建场区东约2．1km处通过。
2．2地层岩性
根据勘察资料，场地表层为填土①；上部为第四系；中洪积物（Qal+p1）；下部
基岩为二叠系（P）地层，岩性为全风化泥岩、砂岩、强风化泥岩、砂岩、中等
风化煤岩、砂岩，部分地段存在岩体破碎带及煤层采空区、冒落带，充填煤矸
石、砂岩碎块及粘性土。
顶部分布厚度不等的残积土。
各岩土层的分布和特征
自上而下分述如下：
填土①（Qm1）：
①填土：
杂色～褐黄色，稍密，稍湿，松散，以粉土为主，局部含较多砖块、
石块、灰渣等建筑垃圾。
该层厚度较小，主要分布在场地南侧局部地段。
层底
标高19．47m～22．05m，层厚O．60m～3．00m。
第四系冲洪积物（Qal+p1）：
该层为粘性土与粉土互层，局部地段夹有粉细砂层。
厚度变化较大，总体
趋势北部薄，南部较厚。
层底标高11．48m～22．07m，层厚0.80m～11.10m。
②l粘土：
棕红色，饱和，可塑，切面光滑，韧性、干强度较高，含云母、
氧化铁及铁锰结核。
②2粉质粘土：
褐黄色～灰黄色，饱和，可塑，切面光滑，韧性、干强度较
高，含云母、氧化铁及铁锰结核。
②3粉土：
褐黄色～灰黄色，稍湿，密实，韧性、干强度较低，含云母、氧
化铁、少量铁锰结核。
局部夹粉细砂薄层。
③残积土：
杂色～灰黄色，稍湿，稍密，由泥岩风化而呈土状，含风化碎石
及铁锰结核。
该层厚度不均，不均匀分布于基岩顶部。
层底标高8．73m～21．58
m，层厚0.50m～4.50m。
二叠系（P）基岩：
④泥岩：
灰白～灰黄色，全风化，散体结构，组织结构基本破坏，大部分矿
物已风化成土状，泥质基底式胶结。
按岩石坚硬程度分类为极软岩，按岩体完
整程度分类为极破碎，岩体基本质量等级为V级，为软化岩石。
该层在场地范
围内均有分布。
局部地段夹全风化砂岩。
⑤泥岩：
灰黄～灰白色，局部为灰黑色，强风化，散体结构，组织结构大部
分破坏，风化裂隙很发育，泥质基底式胶结。
按岩石坚硬程度分类为极软岩，
按岩体完整程度分类为极破碎，岩体基本质量等级为v级，为软化岩石。
岩石
质量指标RQD在1l～30之间，岩芯采取率为30～55％。
⑤1砂岩：
黄灰色～灰白色，强风化，散体结构，组织结构大部分破坏，风
化裂隙很发育，孔隙式胶结，矿物成分主要为粉细粒岩屑及石英。
按岩石坚硬
程度分类为软岩，按岩体完整程度分类为极破碎，岩体基本质量等级为V级，
为软化岩石。
岩芯采取率为45～60％。
⑥煤岩：
灰黑色，中等风化，节理裂隙发育，节理面有锈染，岩芯多呈短
柱状，岩芯中轴夹角45—55º。
该层分布于整个场区中下部，岩面起伏变化较大，
东北部埋藏较浅，厚度较大，西南部埋藏较深，厚度相又寸较小。
按岩石坚硬程
度分类为软岩，按岩体完整程度分类为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级，为软化
岩石。
岩石质量指标ROD在49-90之间，岩芯采取率为72~90％。
该层分布有岩
体破碎带与煤层采空区、冒落带及裂隙带，煤矸石泥质填充，局部夹有煤层。
岩体
破碎带及煤层呈碎裂状及散体状结构，岩芯采取率极低，岩体基本质量等级为V级。
⑥1砂岩：
浅黄色、灰～灰白色，中等风化，局部强风化，孔隙式胶结，矿物成
分主要为细粒岩屑、石英及长石。
岩芯多呈柱状、短柱状，岩芯中轴夹角45—55°
按岩石坚硬程度分类为较硬岩，按岩体完整分类为较完整，岩体基本质量等级为
III级。
岩芯采取率为80~90％。
局部有破碎带，岩芯采取率极低。
⑦砂岩：
灰色，中等风化，孔隙式胶结，矿物成分主要为细中粒岩屑、石英
及长石。
岩芯多呈柱状、短柱状,岩芯中轴夹角45—55。
按岩石坚硬程度分类为
较硬岩，按岩体完整度分类为较完整，岩体基本质量等级为III级。
岩石质量指标
RQD在54～92之间，岩芯采取率为50~92％。
局部地段有破碎带，裂痕很发育，
岩芯采取率极低。
该层厚度不均，局部钻孔缺失。
⑧煤岩、⑩煤岩、⑾煤岩、⑿煤岩、⒀煤岩、⒂煤岩：
灰黑～黑色，中
等风化，节理裂隙发育，节里面有锈染，岩芯多呈短柱状、柱状，岩芯轴夹角
45—55°。
按岩石坚硬程度分类为较软岩，按岩体完整程度分类为较
完整，掩体基本本质量等级为IV级，为软化岩石。
该层具有破碎带、采空区!
，
冒落带及裂隙，煤矸石、泥质充填，局部夹有煤层。
破碎带及煤层呈碎裂状及散体
状结构，岩芯采取率极低，岩体基本质量等级为V级。
⑨砂岩、⑩。
砂岩、⑩砂岩：
灰色，中等风化，孔隙式胶结，矿物成分主
要为中粗粒岩屑、石英及长石。
岩芯多呈柱状、短柱状，岩芯中轴夹角45-55°。
按岩石坚硬程度分类为较硬岩，按岩体完整程度分类为较完整，岩体基本质量
等级为III级。
局部地段有破碎带，裂隙很发育，岩芯采取率极低。
2．3始质构造
本区大地构造位于燕山台褶带南缘的开滦台凹，该台凹主要由中元古界至
上古生界组成，晚古生界石炭、二叠系沉积环境稳定，发育齐全，沉积层厚1200m
的煤系地层。
中生代燕山运动强烈，形成一系列褶皱和断裂，并缺失中生界，
也无岩浆运动。
褶皱具隔挡式特点，背斜窄，走向断层发育，向斜宽。
褶皱轴
走向均为北东，主要有丰台背斜、车轴山向斜、碑子院背斜、开平向斜。
新生
代以来，南北构造分异明显，南部下沉，上新统一第四系向北层层超覆，并伴
随断裂活动形成鸦鸿桥凹陷、新军屯一唐山凸起、唐山东断凹等构造
拟建场地附近的断裂主要为唐山断裂带的唐山一丰南断裂组的FⅢ断裂，见
图2“拟建场地及附近主要断裂位置图’’。
拟建场地距西侧FⅢ断裂约550m。
根据《唐山市路南区曙光大厦（曙光区域改造）项目工程场地地震安全性评价报告》，
工程场地内建筑不需考虑地震时由于断裂错动引起的地面变形对工程可能造成
的影响。
2．4冰文地质条件
勘探期间（201O年12月1日～2011年1月12日），在现地表以下128.0m
深度范围内量测到二层地下水。
第一层地下水类型属上层滞水，地下水初见水位埋深1.10m～8．00m，绝对
标高14．89m～21．64m：
稳定水位埋深0．70m～4．40m，绝对标高18．49
m～22．06m。
该层水主要受大气降水及管道渗漏补给，以蒸发及向下越流的方式
排泄。
第二层地下水类型属基岩裂隙水，终孔测到水位埋深42．50m’97．00m，绝
对标高-74．41m～．19．92m。
根据实测，当钻孔深度≤90m时，由于各钻孔地段岩体破碎程度的不同，钻孔
内水位埋深差异较大，地下水位埋深在42．50m（绝对标高-19．92m）～76．00m（绝
对标高-53．25m）之间：
当钻孔深度>90m时，终孔后除个别孔外，钻孔内测不到地
下水，显示在60m（绝对标高-37m）～80m（绝对标高-57m）深度存在一相对稳定的隔水层。
根据甲方提供的本场地230．oom深孔钻探资料，深层地下水稳定水位埋深
在162．00m（绝对标高约-135m）。
图2基岩构造地质略图
2.5煤层开采情况与地下开采情况．
2.5.1煤系地层赋存情况
根据开滦唐山矿提供的区域地质资料，拟建场地正下方煤层位于-300m标
高以上，分别为3、5、8、9和12煤层，各煤层产状基本相同，煤层之间垂直
距离在20一75m之间。
各煤层赋存情况见表2。
表2煤层赋存情况表
煤层名称
煤层厚度
煤层倾角（o）
最大埋深
3
3.0
45
-65标高
5
2.5
42
-140标高
8
3.0
41
-215标高
9
7.0
42
-260标高
12
5.0
42
-300煤层
注：
埋深由剖面上沿准线量得。
2．5．2煤层开采情况
唐山矿自1878年开凿1号竖井至今已有129年的开采历史，是开滦集团所
属最大的生产矿井之一。
拟建场区下各煤层的开采时间最早可以追溯到1925年，最晚开采时间为
1975年。
据调查拟建场区下各层煤层采用煤垛支撑，开采后不回填，煤线伪顶及煤
线在回采过程自行垮落堆积充填。
根据本项目地质灾害评估报告及矿区调查资料，拟建场地各煤层的赋存开
采情况主要依据唐山矿的2号、3号地质剖面（见图3，图4）计算出：
3煤层主要在拟建场地中南部分布，在标高Om—-65m之间，煤层厚约3.0m，
倾向南，倾角约45°，拟建场地范围内煤层采空比约为70％。
5煤层：
在拟建场地全区均有分布，在标高+2m～-140m之间，煤层厚约2.5m，
倾向南，倾角约42°，拟建场地范围内煤层采空比约为80％。
8煤层：
在拟建场地全区均有分布，在标高-25m~-260m标高之间，煤层厚
约7．0m，倾向南，倾角约42°，拟建场地范围内煤层采空比约为75％。
9煤层：
在拟建场地全区均有分布，在标高-55m~-215m之间，煤层厚约7.0m，
倾向南，倾角约42°，拟建场地范围内煤层采空比接近90％。
12煤层：
在拟建场地全区均有分布，在标高-75m~-300m之间，煤层厚约
5．0m，倾向南，倾角约42°，拟建场地范围内煤层采空比约为60％。
经概算，拟建场地范围内的所有煤层体积约占-300m以浅地层体积的10％，
各煤层采空比达到60-90％。
各煤层开采时间最晚在1975年以前。
2．5．砒下采空区、冒落带、裂隙带及岩体破碎带分布
煤层开采后，煤层采空区上部的岩层会崩塌、冒落，并充填煤层采空区，
崩塌、冒落岩层上部的岩体会形成较大裂隙，称为裂隙带。
因此，煤矿开采后，
大的空洞区是不存在的，
根据浅层地震法、瞬变电磁法、钻探、高密度电法、高密度地震映像、钻
孔波速测试、压水试验资料（见附图），本项目各拟建建筑物下采空区冒落带、
裂隙带及岩体破碎情况如下：
1﹟楼：
中部在现地表下20m～30m（标高3．00～-6．00m分布有小煤窑冒
落堆积物（4﹟孔、11﹟孔、12﹟孔、16﹟孔）、；东南角（1﹟孔）在现地表下57．6m～
60．5m（标高一34．66～一37．56m）分布有小煤窑冒落堆积物：
西南角（24﹟孔、
25﹟孔）在现地表下47．3~64．9m（标高一24．08～一41．96m分布有小煤窑冒落
堆积物。
基岩破碎带主要分布在现地表下35～70m深度（标高一13～-48m），下部
也有局部分布。
2﹟楼：
在现地表下30m（标高22m~-8m为强风化泥岩，整体性较好。
局
部地段现地表下35rn~42m（标高一13～-20m）、45m~50m（标高一23～-28m）、
65m~70m（标高一43～-48m有一层破碎带。
在33﹟孔49．2～53．5m（标高-26．45
～一30．75m、36﹟孔68～70．6m（标高一45．24～一47．84m有冒落堆积
物：
附属建筑在现地表下32～39m（标高一9．04一一16．44m）为冒落充填堆积
物（40﹟孔、41﹟孔、42﹟孔）。
3﹟楼：
现地面下30m（标高22m~8m为强风化泥岩及砂岩，整体性较好。
冒落带分布无规律，仅在43﹟、48﹟孔96—105．5m深度（标高一73．28～一83．03m）
出现采空区冒落充填堆积物，49﹟孔53．2～75m深度（标高一30．71～一52．51m）
出现较大体积冒落堆积物。
4﹟楼：
现地面下50m（标高22m~一28m）为强风化泥岩及砂岩，整体性较
好，仅在69﹟孔25m～40m（标高一3~18m）深度出现裂隙破碎带。
在80m～
1l0m深度（标高一58m~-88m左右局部地段出现破碎带。
5﹟楼：
基底岩层在地面下30m（标高22m~一8m）为强风化泥岩及砂岩，整
体性较好。
在35～45m（标高一13m~23m）有一层破碎带分布、在95～110m
（标高一73m~-88m）有破碎带分布，并在54#、55#68.5～72．8m（标高
一46．01～-50．24m有冒落带碎石充填物堆积。
2．5．4采空区冒落、裂隙带的稳定性
拟建场地范围内地下煤层已于1975年前停采，停采时间最短的也已超过
35年，浅层采空区及巷道坍塌沉积物已有近百年时间，采空区主沉降变形已结
束，现阶段地表稳定。
采空区冒落带、裂隙带经历了1976年唐山大地震，已基
本震动密实。
因此可以认为，如不进行建设开发，在自然条件下场地地下采空
区是基本稳定的。
拟建建筑物的基底附加压力可引起采空区的活化，因此需经地基处理后，
方适宜作为建筑场地进行工程建设。
二、采空区地基注浆处理方案
（1）甲方提供的建筑总平面图及已有技术成果
（2）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009年版）
（3）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
（4）《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）
（5）《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）
（6）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）
（7）《土工试验方法标准》（GB／T50123-1999）
（8）《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223—2008）
（9）《地基处理手册》
（1O）《河北省建筑地基承载力技术规程》（试行）（DB13（J）／T48-2005）
（11）《曙光大厦商住楼项目住宅楼基底附加应力计算》（唐山规划建筑设计
研究院）
（12）《唐山市曙光大厦岩土工程勘察报告》（建设综合勘察研究设计院有限
公司）
2采空区地基处理方案
因本场区地下采空区冒落带、裂隙带分布面积大，且分布不规则，拟建建
筑基底附加应力影响范围内尚存在采空裂隙，拟建建筑难以躲避、跨越，因此，
选用注浆法进行治理。
治理对象为煤层开采后形成的采空区冒落带、裂隙带中
的空隙。
注浆法可使浆液在设定的压力下充填采空区冒落带、裂隙带的较大空隙，
使碎裂岩体的完整性加强，起到防止地下采空区“活化”的目的。
根据国内外工程经验，目前注浆法是处理地下采空区最常用、也最有效的手
段。
根据注浆试验结果（见附件），本场地采空区冒落带、裂隙带的空隙连通性
较好，注浆试验期间多个钻孔发生串浆现象，岩体可灌性较好，本场地具备进
行采空区注浆处理的条件。
3、采空区地基注浆处理设计
3．1注浆处理范围
根据本项目岩土工程条件，采空区治理范围一般外扩至建筑边线外8~10m。
根据勘察资料及压水试验、注浆试验结果，本场地采空区、冒落带及裂隙带岩体
裂隙连通，陛较好，注浆孔有效扩散半径可按10m考虑，但因边界注浆孔多采
用无压或低压注浆，扩散半径可按5～6m考虑。
本次采空区地基注浆工程，在建筑靠近场地边界一侧的建筑外边线外扩4m
布置第一序次斜注浆孔（孔深40m，外斜15°），并形成围绕整个场地的封闭注
浆带：
在建筑靠近场地边界一侧的建筑外边线外扩2m．布置第一序次垂直注浆
孔，注浆孔平面布置见图3。
上述注浆方案可满足将采空区治理范围外扩至建筑
边线外8～10m的要求，详见图3。
3．2_注浆处理深度
建筑物的基底附加应力随深度变化而不断扩散、衰减。
表3为唐山规划建
筑设计研究院提供的《曙光大厦商住楼项目住宅楼基底附加应力计算》。
拟建建筑附加应力影响范围表表3
注：
表中计算结果已考虑了基坑开挖（按挖土8m计算）对基底附加应力的
影响。
根据压水试验结果（见附件），基岩漏水情况及完整岩体分布情况如下：
1#楼两个试验孔，6#试验孔在65～,95m（标高一43m~‐73m漏水不严重（漏
水量约501／min），基岩较完整，120m深度（标高一98m以下漏水严重，基岩
破碎。
17#试验孔在65～80m（标高一43m~‐58m漏水量小（漏水量小于501／min），
基岩完整，80m深度（标高一58m以下漏水严重，基岩破碎。
2#楼两个试验孔，31群试验孔在5~45m（标高17m~‐23m基本不漏水，基
岩完整，45~80m（标高一23m~58m漏水较严重（漏水量小于2001／mi_n），
基岩较破碎，80m（标高一58m深度以下漏水严重，基岩破碎。
35#试验孔在
55～1lOm（标高‐33m~88m漏水量小（漏水量小于501／min），基岩完整。
3#楼两个试验孔，44#试验孔在5~70m（标高17m~48m漏水量小（漏水
量小于50l／min），基岩完整，70～90m（标高‐48m一68m漏水也不严重（漏
水量小于1001／min），基岩较破碎。
47#试验孔在45~75m（标高一23m一53m）
漏水不严重（漏水量小于801／min），基岩较完整，75m（标高一53m深度以下
漏水较严重，基岩较破碎。
4#楼两个试验孔，66#试验孔在55‐70m（标高‐33m一48m基本不漏水，
基岩完整，73#试验孔在15‐60m（标高7m~‐38m漏水量较小（漏水量小于
801／min），基岩较完整，60m（标高一38m以下漏水不严重（漏水量小于1101／min），
基岩较破碎：
5#楼两个试验孔，51#试验孔在60~80m（标高‐38~58m基本不漏水，
基岩完整。
56#试验孔在20～50m（标高2m一28m漏水量较小（漏水量小于
901／min），基岩较破碎，65～75m（标高‐43m一53m漏水量较小（漏水量小
于801／min），基岩较完整，50～65m（标高一28m~‐43m）、75～95（标高一53m~
‐73mm及105m（标高22rn~‐83m以下漏水较严重（漏水量小于1101／min），
基岩较破碎。
压水试验结果导钻探揭露的地下水情况基本一致，即在现地表下60～80m
深度（标高一38m~‐58m存在一层相对完整的基岩隔水层。
完整基岩的存在，
也说明下部采煤形成的冒落带、裂隙带并未向上扩展到与浅部小窑采煤形成的
冒落带、裂隙带连成一体。
综合考虑采空区冒落带、裂隙带的分布、场地地质条件及拟建建筑基底附
加应力影响范围、桩基深度、冒落带分布、完整基岩分布等多种因素，注浆处
理深度确定为在拟建建筑基底附加应力衰减至导自重应力的比值为1O％时对应
深度的基础上再加深20～30m，并确保处理深度达到桩底下20~30m深度，即
1#楼、3#楼、5#为基础底面下70m，2#楼、4#楼及附属建筑、建筑间绿化带及公
共区域为基础底面下60m。
总体来看，注浆处理深度可达8煤底部。
3．3注浆孔平面布置及工作量
根据注浆试验结果，本场地地下采空区冒落带、
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