矿井水处理工程在冻土层中的设计与施工_侯卫祥

矿井水处理工程在冻土层中的设计与施工侯卫祥1,王振江2(1.兖矿集团济宁三号煤矿,山东济宁272169;2.煤炭工业济南设计研究院有限公司,山东济南250031)摘要季节性冻土主要的不良地质作用是冻胀,由于地基土是不均匀的,从而产生不均匀隆起变形,造成冻胀性破坏。导致建筑物冻胀破坏、融陷破坏和其他一些不良现象,设计时采取防治措施,垫层采用碎石、砾料等非冻涨性材料,进行防冻涨融沉处理。关键词冻土垫层底板中图分类号TU752文献标识码B1工程概况本工程为满洲里市灵东矿井水处理站调节预沉池,调节预沉池大小为50m×18m,共计两个。水池深度为4.5m,地下为2m,地上为2.5m。2场地地形地貌及自然条件2.1场地概况场地位于大兴安岭西坡的呼伦贝尔平原,地貌单元属海拉尔河冲积平原,场区地势低洼平坦。勘察区孔口高程为545.68～546.19m,最大高差0.5m。本场地存在多年冻土和季节性冻土,多年冻土类型为多冰冻土和富冰冻土,融沉类别为弱融沉～融沉。标准季节冻深2.80m,最大冻深3.0m,冻深范围内主要为第2层粉质粘土和2-1层粉砂层,含水量16.7～21.8%,冻前天然含水量大于14%小于23%,冻结期间地下水位距冻结面的最小距离小于1.0m,可判定冻胀类别为冻胀～强冻胀,冻胀等级为Ⅲ～Ⅴ级。多年冻土岩性主要为细砂、中砂和砾砂,细砂总含水量16.8～27.5%,融沉系数2.8～5.7,根据冻土工程地质勘查规范,融沉类别为弱融沉～融沉,融沉等级为Ⅱ～Ⅲ级。中和砾砂总含水量18.5～25.2%,融沉系数2.6～3.9,根据冻土工程地质勘查规范,融沉类别为弱融沉～融沉,融沉等级为Ⅱ级。本区属大陆性亚寒带气温,冬长夏短,多为西南风,平均气温-2℃,最高气温37.0℃,最低气温-40.5℃,最热月平均气温19.5℃,最冷月平均气温-25.7℃。年最大降雨量448.4mm,一般年降雨量为250～300mm,年最大蒸发量1751.7mm,一般年蒸发量1200～1500mm,场区东有新开河,宽度约20m,水深约3m,最高洪水位为546.32m,季节性标准冻土深度2.8m。2.2地层概况(1)层:新近沉积土”黑色,表层为草场植物土,层底深度为0.7-1.8m。(2)层:粉质粘土。褐黄色,层底深度2.9～6.0m,层厚1.4～4.2m。(2-1)层:粉砂。＊收稿日期:2009-04-28作者简介:侯卫祥(1966-),男,本科学历,土木工程专业,现在兖矿集团济宁三号煤矿基建科从事技术工作。黄色,松散～稍密,层厚1.1～3.7m。(3)层:粉砂。灰色,层底深度6.9～8.3m,层厚1.4～3.7m。(4)层:细砂。层底深度9.4～10.2m,层厚1.7～3.6m。(5)层:中砂。多为多年冻土层,层底深度12.1～13.5m,层厚1.7～2.8m。(5-1)层:粉质粘土。软塑,多为多年冻土层,层底深度10.3～10.9m,层厚0.5～1.6m。(5-2)层:细砂。多为多年冻土层,成份以石英、长石为主,层底深度12.3～13.1m,层厚1.3～1.8m。(6)层:砾砂。多为多年冻土层,以石英、长石为主,层底深度20.8～21.3m,层厚6.8～8.7m。(6-1)层:中砂。含砾,成份以石英、长石为主,层底深度15.3～16.1m,层厚0.8～1.8m。(7)层:泥岩。泥质胶结,岩体完整,岩体基本质量等级为Ⅴ级,极软岩,本次勘察未见底。2.3水文地质条件本区含水层为第四系细砂及砾砂含水层,组成岩性主要为细砂和砾砂,砾砂分选性差,为浑圆-次圆状,砾石最大直径20mm,一般为5mm,初见水位3.9～5.3m,静止水位2.9～3.4m,地下水类型为潜水,其补给来源为大气降水的垂直入渗补给和丰水期新开河的侧向补给,枯水期则侧向补给新开河,勘察期间地下水流向为由东向西。地下水对建筑物及钢筋混凝土为弱腐蚀性。由于本场地抗震设防烈度为Ⅵ度,因此不需进行液化判别。2.4地质现象与多年冻土不良地质作用主要是冻胀与融陷,由于存在季节性冻土和多年冻土,有冻融作用,会导致建筑物冻胀破坏、融陷破坏和其他一些不良现象。本区冻土有季节性冻土和多年冻土,季节性冻土主要的不良地质作用是冻胀,由于地基土是不均匀的,地基土的冻结程度也不一样,冻胀也是不均匀的,从而产生不均匀隆起变形,造成冻胀性破坏。本区冻土类型为季节冻结层,冻胀类别为冻胀～强冻胀。多年冻土的主要不良地质作用是融陷,由于地基土的土质不均一,造成的沉降也是不均匀的,会产生融沉破坏。3基础、底板、池壁方案设计3.1垫层设计由于地基土的开挖、建筑荷载的影响和采暖的因1392009年第4期素等,改变了原来的冻土工程地质条件和水文地质条件,会形成大量的冻胀丘、冰锥和热融沉陷现象等,由于荷载和采暖温度等因素的不同,产生的融陷也是不均匀的,主要