采空区治理工程施工及检测

2012-08-15

山西建筑 2012年22期

(山西省勘察设计研究院，山西太原 030013)

山西为煤炭大省，随着中部崛起及基础建设的加速发展，煤炭被以不同方式开采，留下了大规模、大范围的采空区及塌陷区，造成采空区及塌陷区上方地基不稳，承载力下降。为了提高矿区土地的利用率，在正确勘察和评价的基础上，对不同类型采空区地基进行针对性处理。本文对采空区治理的手段、施工工艺、施工方法及工程质量检测等作了详细的阐述。

1 采空区治理设计工作目标

通过地表地质调查，布置变形监测及物探和钻探等地质勘察工作，利用相关资料对采空区稳定性作出定量评价，对需要处理的采空区提出具体的处理方法、工艺流程和质量控制措施。

2 采空区治理工程施工准备

2.1 人员准备

1)按规定的设计要求组织建设施工项目部;2)根据施工需要，配备工程地质、水文地质、钻探、试验测试、工程计量、安全、机械、计划等相关专业技术人员;3)特殊工种人员必须持证上岗(电工、焊工、铲车驾驶员等);4)参与工程的施工人员须进行岗前培训，掌握必要的施工技术技能，合格后方能上岗。

2.2 技术准备

1)现场踏勘，了解本项目区域地形、地质地貌、施工条件、材料供给、水、电路等概况;2)阅读设计文件，熟悉施工工艺，掌握施工要点;核对设计施工工程量，检查有无工程中遗漏的项目;3)组织技术人员对施工工艺的可行性进行讨论，对疑点、难点应向设计单位提出书面性的会审意见;4)考查当地施工材料并取样送检;5)用送检合格的材料，按设计要求进行浆液配合比试验，确定注浆浆液的各项性能指标标准。

2.3 设备及其他准备

1)对施工场地进行合理规划，认真安排现场的施工用地，确定注浆站位置，原材料的堆放位置及临时设施用地范围应尽量避开钻孔施工位置;2)修筑施工便道，保证施工车辆正常通行;3)确定施工地的水源，铺设管道引水至注浆站;4)架设施工用电线路，配备临时用电设备;5)按设计文件要求，结合施工现场实际，组织调遣施工机械设备;6)根据施工周期、工程量建立相应规模的注浆站，配套站内注浆设备。

3 采空区治理工程施工

3.1 钻孔施工

3.1.1 原则及顺序

1)首先安排技术先导孔钻探施工，全孔取芯，明确查明地层结构及采空区空间特征，确定钻探的施工工艺，指导全面钻探施工;2)钻探顺序由采空区底板标高最低处开始，向标高较高处推进;3)先施工场地四周帷幕孔，再施工中间注浆孔间隔法进行钻孔施工;4)钻探孔可超前注浆孔1孔～2孔;5)施工中，如遇钻孔注浆串浆、冒浆时，应终止钻孔施工，并将钻孔套管口堵塞，待注浆孔注浆结束后再进行该钻孔施工。

3.1.2 钻孔技术要求

1)孔位严格要求用测量仪器准确定位，孔位误差控制在允许范围内。如需移动孔位时，须征得设计单位同意;2)钻孔孔径、孔深、变径位置、终孔孔斜应符合设计文件规定;3)当钻探进入受注层位后，采用清水钻进，严禁使用泥浆护壁;4)专业技术人员认真填写钻探班报表，详细记录孔内岩性、风化程度等情况，详细真实描述漏水、掉钻、卡钻、耗水量、地下水位等情况;5)钻探终孔验收符合设计要求后，安装止浆设施，单层采空区采用一次性注浆，多层采空区自上而下依次注浆。

3.2 注浆施工

3.2.1 原则及顺序

1)注浆施工顺序应紧跟钻孔进度，注浆可滞后钻孔施工1孔～2孔;2)在采空区的注浆中，对一层采空区采用全孔一次注浆法。对多层采空区宜采用自上而下分段注浆法;3)当采空区充水时，注浆浆液宜采用浓度较大的配比;当采空区无水时，注浆浆液宜从浓度较稀的配比开始逐步变浓。

3.2.2 注浆施工技术要求

1)注浆浆液配合比应满足设计规定;2)注浆原材料质量必须符合设计及相关单位检验标准;3)注浆施工顺序先施工帷幕孔(边缘孔)，后注浆孔;4)钻孔每次首注前，须做压水试验，一般注水量为注浆管路内的容量与变径以下至孔底钻孔容量之和的3倍;5)注浆过程中对孔口压力、单位吸浆量进行定期观察记录。单孔注浆结束后，认真准确填写原始注浆记录，及时报验认可。

3.2.3 注浆施工工艺

1)注浆站设置。在施工区内或附近，选择地形较高、交通方便的有利部位修建注浆站。按设计要求及工程量大小确定注浆站个数、规模。制浆站的制浆能力应满足注浆高峰期所有机组吸浆需要。

2)注浆浆液配制。浆液配制时搅拌机的转速与原料的拌合能力应与注浆泵相适应，要保证连续、均匀的拌制浆液。同时注浆管路应畅通，输浆管路不应采用直角转弯，宜采用带弧形的弯管。搅拌机净搅拌时间不得少于5 min，浆液从制备到注浆使用前的时间宜控制在4 h以内，配备备用的动力设备，防止工作动力出现故障时，浆液凝固损坏设备。

3)压水试验判断单孔可灌性及浆液初始配合比的选择。钻孔注浆前，需作压水试验，其目的是:a.冲洗孔内裂隙和空隙，使浆液能够顺利进入受注层位和目的区域;b.探查裂隙和空隙大小，观察孔内单位时间的吸水量和孔口压力。通过这两项指标即可确定注浆时初始浆液浓度。

4)注浆浆液配比。浆液的浓度使用，按设计要求，由稀到浓，逐级变换。当浆液的注入量已达设计量的规定范围以上或灌注时间已达2 h以上时，但压力和单位吸浆量却无改变时，应加浓浆液等级。

5)浆液的性能检测。浆液性能指标一般包括浆液密度、粘度、结石率、浆液的初凝、终凝时间、浆液结石体试块抗压强度等。应按设计要求或相关细则进行测试，通过这些指标，对浆液质量合格性进行准确判断，为工程质量鉴定奠定基础。

3.2.4 注浆过程中的特殊现象的预防与处理

1)冒浆:指止浆装置的止浆效果不好，注浆时浆液从孔壁处向上返浆，预防办法是将钻孔变径深度适当延伸，同时将浇筑水泥浆止浆高度适当增加，且认真养护，必要时在水泥浆中掺入足够量的速凝剂，强化止浆效果，减少或消除冒浆现象。

2)串浆:指注浆时，浆液串入邻孔钻孔范围内，从已成孔的孔口管内或正在钻探施工的钻孔内冒浆，针对这一问题，在采空区冒落带和裂隙带连通性好的地区，对钻孔和注浆均采用二序次或三序次布设施工。从已成孔的孔口管内串浆时，应对串浆孔同时实施注浆。正在进行钻探的孔内串浆时，应停止该孔钻探，将孔口封闭，待注浆孔注完后，钻孔重新复钻。

3)堵孔:指的是钻探终孔之后，孔壁因局部岩石破碎，出现坍塌，堵塞钻孔，影响注浆，解决的办法是在孔内下通天花管注浆，以解决堵孔造成无法注浆的问题。

4)地表鼓胀、裂缝或冒浆注浆过程中，地表如出现鼓胀、裂缝、沉陷或地表裂缝冒浆，应减小注浆流量，控制注浆压力，采用间歇式注浆。

5)注浆孔注浆量过大无法达到结束标准时，应采用加速凝剂多间歇的注浆方法，必要时可向孔内投入骨料(砂、细石碴等)。特别是帷幕孔，注浆量大不起压时，可加密钻孔，采用大口径钻孔以利于投入骨料。

6)注浆过程中，如突遇停电失去动力，应及时更换、启动备用动力，吸干浆池浆液，清水冲洗注浆管道，防止浆液凝固损坏注浆设备或造成注浆孔堵塞。

4 采空区治理工程质量检测

采空区治理工程质量检测的时间应在注浆施工结束3个月～6个月后进行。

4.1 物探

根据采空区治理区域内同范围、同点、同深度处岩层的物理性质在注浆前后的变化对比，判断工程质量的优劣。优点:成本低、速度快、效率高、施工简单;缺点:资料具有多解性，只能进行定性评价。

1)波速测井法。波速测井是在钻孔内进行的，以钻孔获得的地质资料为基础，获取不同岩石类型及岩石完整性分段对应的波速值，进行施工前后对比，进行工程质量评价。

a.直接判断:参照《建筑抗震设计规范》关于场地土类型的标准，将采空区注浆后受注层的平均剪切波速(横波)不小于160 m/s作为评价施工质量标准。b.对比判断:利用勘察钻孔或治理施工钻孔，取得注浆前的孔内岩层的波速资料作为背景值，再将注浆后的质量检验钻孔中取得的波速资料进行对比，根据注浆前后波速变化的提高率，定性判断工程质量。

2)瑞雷波(面波)法。根据注浆前后高分辨率地震反射波Q值提高幅度确定注浆效果。