粘土封闭灌浆施工方案

黄衢南高速公路ZK32 218ZK32 266路基段煤矸石充填层粘土封闭灌浆方案一、基本情况黄衢南高速公路(开化段) ZK32 218ZK32 266位于后塘隧道的左宽出口，该段路基填筑采用浙江省交通工程建设组黄衢南B5标准建造。 该段路基全长50米，路基宽35米，左宽17米，路基填筑高1420米，部分基础路基填筑材料采用后塘隧道的混凝土。 2008年8月，由于高温持续，填埋材料自燃，当时的自燃现象并不严重。 随着自燃现象的进一步严重，我公司于2009年8月24日和2009年11月19日对该路基进行了两次处理，取得了明显效果。 目前，该路线已经开通，由于雨水渗透和填埋层内部问题不断上升，煤矸石填埋层再次自燃，高速公路路基承载力不断下降，产生不均匀沉降，路面出现裂缝，给高速公路运行车辆带来极不稳定的安全因素。二、制作说明书为彻底解决黄衢南高速公路(开化段) ZK32 218ZK32 266路基段煤矸石填埋层自燃现象的复发，制定了该“煤矸石填埋层粘土封闭灌浆”施工方案。三、编制依据1 .地基加固新技术北京机械工程出版社1994年2、建筑施工技术人员手册建设出版社于1994年四、煤矸石填筑情况该段路基(黄衢南高速公路(开化段) ZK32 218ZK32 266 )位于我标准段读经疏桥后塘隧道段，我施工部门清理该段路基后，用外运土进行清表回填。 由于施工环境的限制，我司将尽快通过桥梁到后塘隧道的施工人行道、隧道施工队伍的结合场所和驻地建设，2007年底，施工队采用部分后塘隧道洞渣填筑施工人行道、现场平整度和结合场所建设等，作为填筑材料填筑后塘隧道开口部的路基部分该路基从2008年7月开始填补基础，到2009年10月底完成。 路基下部几层填筑过程采用后塘隧道的混凝土进行填筑。 该段路基填筑厚度在14m20m之间。有关特定填方情况，请参见此段路基纵断面图和横断面图。五、煤矸石填筑层分布状况从挖隧道洞的情况来看，硅石在后塘隧道洞的整个部分呈夹层状，厚度约为2米，从右上到左下夹层以斜线分布。 同时，我公司在K32 000附近疏桥桩基的人工挖掘工程过程中，发现原地质土层中存在硅石。 根据我公司地质状况的分析，从读经疏桥到后塘隧道，分布着斜长的夹石带。该段路基段原地面下存在大量硅石岩层，埋藏深度浅。 目前，该公路在高速公路运营期间，路基边坡仍有少量白烟冒出，路面出现局部纵裂现象。 部分裂纹现象比较严重，出现了车辙现象。 为了进一步改善路基填筑状况和地下住址状况，我施工部门委托浙江城建设调查研究院有限公司开挖地质核心。钻孔观测始于2012年1月17日，春节前完成了4个地质观测孔钻孔。 春节后，根据省设计院地质专家的调整和细分监测和钻井新方案，在该段路基上分别开了5个地质岩心分析孔，分别从原地面下取岩心进行了地质分析。在钻取岩心的过程中，钻到5m以下时，孔内会产生大量刺鼻气味的水蒸气，8m以下的填充材料呈黑色灰质岩，岩心未被破碎成完整的岩心样。 测量核心温度，路基顶核心温度为50度左右，随钻孔深度加深，温度升高。 在定心过程中，在原地面下取出了不自燃的具有硅石成分的岩石。详情请参阅钻芯的平面图、剖面图。六、煤矸石自燃原因分析及处理措施选择1、煤矸石自燃理论1.1、黄铁矿氧化理论这是长期以来解释煤矸石自燃原因的主要理论。 煤和煤矸石中的黄铁矿，在低温下氧化，发热，不断积蓄，使煤矸石内部的温度上升，某些部分达到一定的温度后，会引起煤和可燃物的燃烧。 煤矸石中黄铁矿的氧化一般概括为以下几个步骤(1)在充分的条件下产生二氧化碳气体4fse21102-2fe2038s023412kj(2)供氧不足会释放硫磺4fse230212fe2038s917kj(3)与水分有关，还会产生硫酸，黄铁矿的氧化作用加剧2FES2h2020702-2FES042h2s042S02 022S03 189.2 KJS03 H20H2S04 79.5 KJ以上反应均为发热反应。 发热是产生的热量积蓄在硅石内部，不易扩散，随着时间的推移，热量积蓄，硅石内部的温度上升，最终可燃物燃烧着起火。1.2、石炭氧复合燃烧理论硅石通常含有10%25%的碳质可燃物，在低温的情况下，硅石中的碳在发生缓慢的氧化反应的同时放出热量，当热量积蓄在一定的温度时燃烧。 其化学反应如下c02-c04.09105kjC 02一C02 4.09105 kJ两个公式都是放热反应。 放出的热量在一定的温度下积蓄，会引起硅石的自燃。2 .煤矸石自燃特性分析2.1、煤的物理、化学性质某矿煤种主要为长焰煤和煤一号，自然倾向性高，起火周期短，挥发成分达47.25%。 碳化程度低，水分多，风化粉碎性强，吸氧面积增大，氧化速度加快。2.2、硅石自燃条件煤矸石自燃，必须具备以下四个条件(1)含有常温下可氧化物质或可燃物，硅石有自燃倾向(2)氧的存在(3)有蓄积热量的环境(4)维持充分的时间直至达到点火温度。其中条件(1)是硅石自燃的内部特征，条件(2)、(3)和条件(4)是自燃的外部条件. 对某些特定煤矸石山(即其组成、含量及分布情况已经预定)进行自燃点火分析时，可重点分析煤矸石山自燃的外部条件。2.3、煤矸石自燃的特点煤矸石自燃具有两个特点：一是从煤矸石内部先燃烧，二是不完全燃烧。1、从煤矸石内部先燃煤矸石的自燃取决于供氧条件，供氧沿煤矸石之间的空隙和细孔补充到内部，煤矸石内的中部有利于氧化反应产生的热的蓄积，因此燃烧首先在此开始。 自燃后，燃烧区具有燃烧中心的特性。2 .不完全燃烧煤矸石堆积时，颗粒形状和大小不规则，煤矸石之间形成空隙和孔隙。 在自燃前，这些孔和孔向黄铁矿和碳质可燃物的氧化供给空气自燃后，为可燃物的燃烧补充空气。 煤矸石的燃烧是在煤矸石山中部开始的，因此通过细孔和细孔输送空气的速度比较慢，而且细孔和细孔所占的容积小，煤矸石内的可燃物质不能与氧气充分化合，即不能充分燃烧。 因此，整体来说，硅石燃烧是在氧供给量不足的情况下进行的，其燃烧性质是不完全燃烧。二、四、煤矸石自燃的三个过程煤矸石的自燃与其他含碳物质的燃烧相同，符合燃烧物理学的原理，必须经过缓慢的反应和氧化自动升温、稳定燃烧的三个过程。在初期阶段，硅石中的黄铁矿和碳在常温下与氧反应缓慢，放出热量，使硅石的温度缓慢上升。 当煤矸石的温度达到临界温度时，反应速度会随着温度的上升而自动加速。 当温度达到煤矸石的起火温度(起火点)时，开始激烈的反应。 此外，本文还介绍了起火与灭火的不可逆性。 当温度上升到硅石的起火温度(即起火点)时，硅石开始燃烧，但燃烧的硅石即使温度下降到硅石的起火温度(即起火点)也无法灭火，必须将温度降到硅石的临界温度以下进行灭火才能实现。 这说明灭火可以在比着火更不利的条件下实现。 煤矸石的氧化从缓慢的升温阶段转移到自动加速阶段时的温度是煤矸石自燃的临界温度。 临界温度和起火温度不是硅石固有的物化常数，是化学动力因素和流体动力因素的综合，与硅石的化学活性、煤的燃烧活化能、硅石的热传导率、发热量和向周围的环境散热条件等有关。3、防止煤矸石自燃的可行性措施3.1、可燃物除去法煤矸石内可燃物的存在是煤矸石引起自燃火灾的内因，清除煤矸石中的可燃物是预防其自燃的最根本的方法。 煤矸石中的可燃物主要以煤和黄铁矿为主。 堆积前，如能分选回收，不仅能有效地预防自燃，还能提高经济效益，有效地避免自燃。3.2、泡沫法泡沫法是在火区注入泡沫灭火剂，隔绝氧气，吸收热量，降低硅石的温度，达到灭火目的。 但是，矸石山经常暴露在风雨中，很难保持泡沫的稳定性。3.3、挖火源法火源挖掘方法是最直接有效的方法，确定燃烧范围后，挖掘火源，使其自然冷却。 寇火范围狭小时，该方法实施简单，成功率高。 但是，大面积自燃，人和设备难以进入火气区，挖掘火气的工作量多，有危险性。 因此，该方法仅用于矸石山自燃初期或灭火方法的辅助措施。3.4、表面封闭法表面封闭法(霸盖法)一般是在矸石山表面复盖黄土等惰性物质，隔绝空气预防自燃。 该方法先灭火后复盖霸，预防关键在于巩固霸土，降低黄土和矸石的渗透率，即降低矸石山的气孔率，使空气难以进入矸石内部，使矸石山内物质缺乏氧化反应条件，达到防止矸石山自燃的目的。3.5、注水法注水灭火法是一种经济有效、操作简单的煤矸石自燃防治技术措施。 但是，水分对煤矸石的自燃作用具有二重性。 硅石的湿度上升到一定程度后，在其表面形成含水液膜，阻止硅石和氧的接触，也就是起到阻氧的作用。 同时，水受热蒸发可以吸热降低温度，可以消耗硅石氧化时产生的热量，因此不易积热，可以避免温度上升现象。 但是，硅石外部的水分一旦蒸发，硅石外部的水分就由原来的阻力作用转变为催化作用，促进煤的氧化和自燃。 注水法形成水流道，为氧气的进入提供条件，从而诱发新的煤矸石自燃。3.6、注水法注水法是目前国内外管理自燃时广泛采用的灭火技术。 工艺是先将灭火材料(一般碱性物质)制成一定浓度的灭火浆，在火区配置一系列钻头，然后用注水泵将灭火浆注入矸石山内部。 当灭火浆料接触高温硅石时，浆料的水分急剧蒸发，同时吸收大量热量，使硅石迅速降温。 此时，浆料中的固体物质被硅石的表面包围，或者填充到硅石问题的间隙中，起到了阻断空气的作用。 注水法通过降温和隔绝氧气两方面的共同作用达到了灭火目的。选择防止自燃方法的原则4、煤矸石自燃处理措施的选择根据煤矸石自燃的特点，在选择防治方法时，应考虑该方法能否根除煤矸石内部和表面的自燃点。 首先，勘探测温手段确定煤矸石燃烧的深度和范围。 一般来说，第一燃烧区出现在有矸石堆积体裂缝和斜面的地区，温度在40170之间的第二燃烧区是堆积体表面下的23 m的区域，300700之间的第三燃烧区是堆积体延伸的710 m的范围，温度为7001 200。 只有第一燃烧区存在的小型硅石堆积体，可以用表面封闭法等进行处理。 第二燃烧区存在的中型矸石堆积体应用以浅孔注入为主的方法处理。 对于3个火区并存的大型矸石堆积体，必须采用深孔加压注入为主的方法进行管理。通过一系列比较和客观分析，用粘土浆封闭地下可燃硅石填充层不仅技术可行，而且成本低、施工容易、工期短、效益高、简单可行的施工处理方法。七、煤矸石充填层粘土封闭灌浆施工技术采用粘土封闭灌浆施工方案处理硅石的主要技术是利用粘土浆料在填埋层上形成固结粘土层，起到阻氧防止自燃的作用。7.1、灌浆孔布置方式从地质岩心情况来看，煤矸石的主要分析范围如下： 灌浆孔的配置为梅花形状，孔的距离为5m，孔的深度为8m，局部自燃现象严重的部位采用加密孔的配置，间距为3m的孔的整个位置配置有硅石填埋范围。 为了防止煤矸石继续发生自燃现象，要求严密关闭，在灌浆施工过程中，可分为两道工序。 在第一工序中，在钻孔深度达到4m之后，进行粘土浆料注入的第二路径基于第一工序将孔的深度增加到8m，进行第二次粘土浆料的全孔注入。有关特定孔位置放置的详细信息，请参阅孔位置放置图。7.2、压力选择煤矸石和路基填充的其他填充材料具有一定的松动性，灌浆孔无堵塞位置，因此只能采用小压力、半自流式灌浆，穿孔开口孔径为146mm，开口用110-130mm的套筒，其次为146mm的法兰，套筒长度为0.7m，周围用粘土密封灌浆孔深度为8m，孔底有约0.2MP的压力，该压力扩散半径可达2m，加上路基填埋层间隙、硅石自燃残留空洞等因素，可满足要求5m间隔灌浆孔的要求，个别地区扩散半径小，采用密码灌浆孔7.3、泥浆配方泥浆封闭灌浆初期，试验所用粘土原材料的泥浆配比，选择三级配比即浆水比重1:1、1:2、1:4，灌浆初期使用浆液即1:1比重的泥浆，因泥浆比重小、浓度低，扩散半径大，封闭效果好。 在连续灌浆中，当灌浆量较少时，在1:1配比下继续灌浆的浆料消耗量较大时，以下一级的浆料配比即1:2或1:4配比进行注入。7.4灌浆技术要求及软化处理1 .粘土的质量要求及软化处理灌浆粘土的质量要求，参照水电工程天然建筑材料调查规程，对槽孔固壁土材料的要求：粒子组成在0.05mm以上且小于6%； 小于0.005mm且超过50%； 小于0.002mm大于40%，塑性指数大于17，PH大于7，活性指数小于1，有机质含量小于10%。粘土搅拌前用水变软，也就是用水喷洒后翻倒，48小时后可以使用。2 .开孔要求灌浆孔的开孔直径为146mm，终孔直径为110mm，根据硅石和路基填充材料的松弛性和二次密封层的要求，采用二次成孔，二次灌浆工艺：一次成孔深