高速公路采空区治理工程监理要点

李伟

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030031）

高速公路采空区治理工程监理要点

李伟

（山西交通职业技术学院，山西 太原 030031）

采空区是山西省公路常见不良地质现象，系地下采矿所形成的空洞，它往往破坏和削弱其上覆岩土层的稳定性,因此必须对此进行处量，以免出现路基沉陷、工程毁坏的情况。笔者结合在临汾至吉县高速公路第s28合同段采空区治理工程现场监理经验，就工程中的质量控制问题进行分析研究,并提出相关监理要点，以供探讨。

采空区治理；钻孔；注浆；监理；质量控制

一、项目概况

1.工程概况

临汾至吉县高速公路是国家高速公路青岛至兰州公路山西境内的一部分，起点于临汾枢纽互通顺接长临高速并衔接大运高速公路，终点在临汾市吉县壶口跨越黄河进入陕西省境内。路线全长99km，全线按双向四车道高速公路标准建设，设计车速采用80km/h，路基宽度采用24.5m，桥涵设计汽车荷载采用公路——Ⅰ级。根据地质调查及搜集的相关资料显示，线路沿线煤矿采空区主要分布于K203+515～K212+270段。第s28合同段主要为K210+800～K212+270段的采空区治理，包括乌泥沟中桥、贺家沟中桥、贺家沟1号大桥和贺家沟2号大桥及路基。

2.地层特征

（1）地层岩性

项目区地层主要为奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组及第四系上更新统和全新统等。

（2）可采煤层

2号煤层：位于山西组下部，为区内主要可采煤层之一。厚3.04～3.13m，平均3.09m，含1～3层夹矸，煤层结构简单。顶板岩性以泥岩为主，局部为粉砂岩、砂岩；底板以泥岩为主，局部为粉砂岩、砂岩。

10号煤层：位于太原组下部，为区内主要可采煤层之一。上距2号煤层60.36～63.21m，平均61.69m。煤层厚2.34～4.85m，平均4.0m，含0～3层夹矸，煤层结构简单。顶板岩性以泥岩为主，局部为石灰岩或粉砂岩；底板以铝土质泥岩为主。

3.采空区勘察成果

由于临吉高速公路在本合同段内均位于2号煤层上方，因而要考虑2号和10号煤层两层采空区影响。据地质调查，本段分布的采空区，在其对应的地表变形不明显，覆岩岩性主要为泥岩和砂质泥岩，采空区上覆基岩厚度在10～75m，属可能塌陷变形区；按照设计标高采空区位于路基以下10～800m，路基位于采空变形带内，该段开采深厚比在13～33之间，据工程经验，当开采深厚比小于30时，易引起地面变形破坏；当开采深厚比介于30～60时，较易引起地面变形破坏。综合评价该段采空区覆岩不稳定，属可能塌陷变形区。

二、采空区治理等级及处置方案

采空区处置后，地基变形应满足公路工程对地基稳定性的要求，即经处置后的采空区，在公路施工和运营过程中，地基能有效地承受公路和车辆荷载，不产生破坏和影响公路工程正常使用的变形，保证公路安全运营。

1.治理等级

采空区置理等级主要是根据治理难度和工程量大小进行划分的。本工程的采空区治理难度属三级，短壁或长壁式开采，地下空洞率较高，地表稳定性较差，采空区治理难度和工程量均较大。

2.方案选择与确定

采空区的处置设计是在采空区勘察基础上，经过对采空区覆岩稳定性的分析和评价后，针对采空区的特征、水文地质及工程地质条件、工程类型及其重要程度等，对采空区的治理方法进行筛选，选用最佳治理方案。在选择采空区治理方法时，一般应遵守的原则：

①在技术上可行、经济上合理，又能满足进度的要求；

②根据采空区的地基条件、道路条件及施工条件等进行选择。

公路采空区的治理方法主要有注浆法和非注浆法（包括干砌法、浆砌法、开挖回填法和桥跨法）。采空区处置在山西省目前常用的方法是全充填压力注浆法。即在地表打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥、粉煤灰浆注入采空区和上覆岩体裂隙中。浆液经过固化、胶结形成结石体，对其上覆岩层形成支撑作用，阻止上覆岩层进一步冒落，保证上部建筑物安全稳定。

本项目分布地段地形相对较平缓，交通条件较好；分布的采空区有二叠系山西组2号煤和石炭系太原组10号煤两层采空区，埋深一般在22～162m，主要是在2000年前开采形成的，多数已坍塌或冒落；区内岩层产状相对较平缓，一般在5°～10°；不适宜于非注浆法，采用全充填压力注浆法治理技术上可行，经济上也比较合理。考虑到地下采空区可能已大面积冒落，因而本设计方案为地面注浆处理。理论和实践证明，采空区通过注浆治理后，地表倾斜值、曲率值和水平变形值满足建筑物地表容许变形值，具有良好的治理效果。

三、钻孔工程监理质量控制要点

1.开工条件

（1）施工单位已报送分项工程开工报告，包括进场人员、设备情况，施工组织设计，测量放样资料等。

（2）孔位经抽检复测以满足设计规范要求，坐标采用全站仪复测，高程采用水准仪复测，抽检频率为30%。

2.施工技术

（1）机具设备

检查钻机型号是否符合采空区岩层结构、岩性、注浆孔的结构、止浆技术等要求。宜采用回转式钻机和带岩芯管的硬质合金钻头钻机。钻机就位后，应复测钻杆与孔位偏差。

（2）钻孔结构

孔深以揭穿煤层底板1m为准，取芯孔以揭穿煤层底板3m为准。开孔孔径为Φ127mm钻头，进入完整基岩6～8m变径为Φ91mm钻头。取芯孔数量不少于注浆孔总数的5%，采取率不低于30%（采空区段和岩层破碎段）其他部位不低于60%。

（3）孔口管封堵

注浆管径不小于 Φ50mm的钢管，将一端30～50cm处焊接Φ120～130mm法兰盘下入变径处，用水泥少量碎石黏土经行封堵。

3.施工安全

施工安全中应检查钻机底部垫木的平整与稳定程度，井架是否安装牢固，上部是否有高压电线、电话线等管线；钻机操作人员、技术人员是否佩戴安全帽；现场安全警示牌安放情况；坡度较陡地段施工便道的宽度、坡度、便道设计是否满足运输安全；钻机距离便道边坡距离以及边坡的稳定程度；注浆管地面外露部分是否有醒目的标牌。

4.检查项目及要求

在现场应检查钻探地质班报表，以及实测项目是否与自检资料相符，包括钻孔孔深（倾斜度）记录表，钻孔孔位偏差记录表，浇注孔口管检查记录表；对于取芯孔应检查岩芯与钻探地质记录表，钻探地质柱状图，钻探班报表等资料与设计是否相符。具体检查项目：孔位偏差≤1m；孔深以钻至煤层底板以下1m为准；孔径开钻为130～150mm，进入完整基岩后为≥91mm；变径深度单层采空区6m，双层采空区8m（进入完整基岩）；孔身倾斜度≤2%；注浆管径≥50mm；孔口管长度为实测钻孔变径深度＋0.8m（浇铸管外露长度＋法兰盘下端长度）；钻机型号应与规范相符（常见为GT300、XY-2、XY-4）；冒落深度以钻机出现掉钻、落水等情况为准。

四、注浆工程监理质量控制要点

1.开工条件

（1）施工单位已报送的分项工程开工报告，包括进场人员、设备情况，施工组织设计，测量放样资料，进场原材料数量清单、发票等。

（2）孔口管位经抽检复测以满足设计规范要求，坐标采用全站仪复测，高程采用水准仪复测，抽检频率为30%。

（3）已有业主中心实验室出具的浆液配比报告，水泥、粉煤灰、水玻璃等原材料检验报告，并由总监办实验室复检。

（4）浆站建设完成，并经总监办实验室验收，确定一级搅拌池容积，流量计、注浆泵压力表、孔口压力表经标定合格。

2.施工技术

（1）注浆站

水泥粉煤灰浆必须两次搅拌，两个搅拌池之间要有高差，便于放浆过滤杂物碎块等，栓塞式放浆门启闭方便，不宜堵塞，尽量不用闸阀开门；冬季施工，要有保暖防冻设施，防止浆液及管路冻结，可设置火炉，确保浆站温度大于5摄氏度。一级搅拌池应采用篷布遮盖，防止粉煤灰、水泥扬尘污染环境。

（2）机具设备

检查搅拌机的转速和制浆能力应与工程量、浆液类型和注浆泵相适应；检查注浆泵型号、台数是否符合采空区注浆和施工进度需要，易采用变量泵，额定排浆量不小于200L/min,其最大泵压宜不小于4MPa且应大于注浆最大设计压力的1.5倍；注浆管路及其连接部位必须能承受注浆最大压力的1.5～2倍。

（3）注浆材料

水：水质应符合拌制混凝土用水要求，其pH值应大于4；

水泥：业主方要求采用曲沃所产中条山水泥，优先采用矿渣硅酸盐水泥，标号不低于32.5；

粉煤灰：业主方要求采用河津电厂出产的粉煤灰，质量应符合国家GB1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的二、三级标准；

黏粘土：当地可提供，塑性指数≥14，黏粒含量≥25%，含沙量≤3%；

骨料：选用质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径一般≤2.5mm，有机物含量≤3%；

水玻璃：模数2.4～3.4，浓度亦为30～45波美度。

（4）注浆配合比及相关参数

根据我省高速公路采空区处置的经验，浆液浓度使用，应由稀到稠，水固比逐级采用1∶1.0～1∶1.5。水泥占固相的20%～30%（路基取最小值，桥隧取最大值），粉煤灰占固相的70%～80%。帷幕孔视具体情况，采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量2%的速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝结以形成帷幕，防止浆液流失。

①浆液配比

根据业主委托中心实验室（山西省交通科学研究院）试验数据，确定水泥、粉煤灰浆液比为：桥梁和隧道段3∶7，路基段2∶8。

②浆液结合体强度

采用无侧限抗压强度评价，桥梁隧道段≥3MPa，路基段≥1MPa（由于实验室验证原定配比无法满足要求，业主方已下通知，要求路基段强度可调整为≥0.7MPa）。

③注浆压力

注浆压力是控制注浆质量、提高注浆效益的重要因素，结束压力与采空跨裂带的空隙、裂隙的大小或多少、水文地质及工程性质条件等相关，一般通过现场注浆试验后确定。根据经验确定桥梁和隧道段2.0～3.0MPa，路基段1.0～1.5MPa。

（5）注浆过程控制

依据总监办会议要求，注浆全过程监理现场旁站，采用记录拌制盘数和流量计显示方量双控的方式监督操作过程。为确保拌制配比准确无误，在注浆前先标定袋装水泥的质量、运输粉煤灰平车的具体质量。

①施工配合比的确定

根据业主方要求，浆液采用1∶1.1～1∶1.3三个水固比，由稀到稠逐步灌注，要求每孔1∶1.1灌注方量为20%～30%，1∶1.2灌注方量为20%～30%，剩余均以1∶1.3灌注。因此，根据上述要求确定一级搅拌池每盘所放原材料质量（设粉煤灰含水量为w），按三个水固比浆液分别换算施工配合比。帷幕孔注浆时需加水泥质量2%的水玻璃以促进速凝（加入二级搅拌池）。

②搅拌方法、时间

根据每盘浆液配比换算原材料用量，水泥以袋数计量、粉煤灰按平车数计量、用水量以浆池内液面高度确定。在一级搅拌池内先加入水和速凝剂，后加水泥和粉煤灰。待材料加入后搅拌5min左右，打开阀门放入二级搅拌池继续搅拌。

③注浆顺序及相关问题

一般先注下游孔，后注上游孔。此外，可以通过变换浆液浓度、注浆压力、浆液初凝时间和注浆方法，控制浆液扩散距离，减少材料消耗。

具体施工顺序：先注帷幕孔，后注注浆孔，采用隔孔注浆法，按煤层倾斜方向，先注采空区低的钻孔，后注采空区高的钻孔。

浆液浓度应先稀后稠，先用清水洗孔10分钟以上，灌浆开始时，要定时观测泵的吸浆量和泵压，记录灌浆过程中发生的各种现象，根据实际情况及时调整灌浆量和浆液浓度。注浆过程中出现地表裂隙大量跑浆时，应采用间歇式注浆，或减小泵量以及采取地表填充裂隙等措施，阻止浆液从地面上大量流失。

在灌浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，路基区当泵量小于70L/min时，孔口压力应在1.0～1.5MPa之间，稳定时间10～15min；桥隧区当泵量小于50L/min时，孔口压力应在2.0～3.0MPa之间，稳定时间10～15min.

3.施工安全

施工安全中应检查一级、二级搅拌池顶部钢筋网格是否安装牢固，能否起到保证人员不掉入池中的作用；料场上部是否有高压电线、电话线等管线妨碍自卸卡车卸料；二级搅拌池周边管线布置是否妥当，变电箱放置是否合理；注浆人员、技术人员是否佩戴安全帽；现场安全警示牌安放情况；注浆管地面外露部分是否有醒目的标牌。

4.检查项目及要求

在现场应填写监理旁站报表，记录一级搅拌池拌料时间、各种材料用量、各种配比拌合盘数、每孔开注时间、各配比注浆量、成孔时间、成孔压力等指标。检查施工方自检资料是否与监理旁站表内容一致，为确保数据的真实可靠性，应在成孔时拍摄流量计读数照片、孔口压力照片，并现场取样送总监办实验室测定相关技术指标。具体检查项目：注浆方量要求流量计读数与一级搅拌池搅拌盘数双控，两者相符；孔口压力规定路基区1.0～1.5MPa、桥隧区2.0～3.0MPa；粉煤灰含水量要求每天实测以换算施工配合比；粉煤灰烧失量≤15%；试件无侧限抗压强度要求路基区≥1MPa、桥隧区≥3MPa（每天每浆站3组）；结石率≥80%；容重采用比重计或量筒测定（依据容重可换算搅拌池内浆液方量）。

［1］赵斌,贾德胜.高速公路煤矿采空区治理工程质量控制要点［J］.西部探矿工程，2005，（4）.

［2］贾会亮.高等级公路煤矿采空区注浆治理施工管理体会［J］.山西建筑，2003，（17）.

TU

A

1673-0046（2010）4-0160-03