公路下伏采空区注浆施工技术

曾康定　曾圣杰

【摘 要】采空区的存在严重影响了公路的建设和后期的运营。针对大空间、大范围的路基下伏采空区处治问题，提出了一种适宜的注浆充填治理方法，并成功应用于实际的路基下伏采空区治理工程。工程处治效果表明注浆充填方法具有良好的可行性和适用性。

【关键词】公路；采空区；注浆；施工技术

0 引言

采空区常常会发生沉降和塌陷，极易引发地面下沉、道路开裂等地质灾害，给工程建设造成了严重的影响，是工程建设中不良地质条件之一。因此，在采空区范围内修建高速公路，必须对路基下伏采空区进行加固治理，以消除安全隐患[1]。

在采空区的治理方面，国内外的专家学者做了大量的研究，积累了丰富的经验[2-4]。表1即为国内已处理的公路下伏采空区的治理工程[4]。

借鉴以往工程经验以及结合具体的工程条件及工程要求，提出了一种经济实用，适合于较大采空区空间的加固治理的注浆充填法。该方法是先往采空区内部充填尾砂，后注入水泥黏土浆液，既能减少注浆量，又能二次利用尾砂，具有较好的环保节能优点。

1 工程概况

山西一在建高速公路某标段，路线全长6km，路线K2+126～K2+342段途径一废旧煤矿矿区。经地质勘探显示，该煤矿主要为单层开采，采厚4-8m，埋深10-18m，地层自下而上主要分三层：（1）白垩系，主要为山西组，有紫红色砾岩、砂岩、砂砾岩、粉砂岩及泥质岩等；（2）第三系，由砖红色厚层石英砂岩及砾岩、含砾砂岩组成；（3）第四系，主要为全新统（Q4），有种植土、粉质粘土、粉土、碎石土、卵石、圆砾等。目前，该标段区域内已出现了小面积的地面沉陷，影响了公路的建设。经勘查研究与试验分析，决定采用注浆充填法治理该煤矿采空区。

2 注浆充填法

2.1 加固机理

注浆充填法施工是在先往采空区内部充填尾砂，以尾砂初步充填采空区；然后通过地表钻孔施工，将配制好的水泥黏土浆液注入到采空区内部，浆液以充填、渗透的方式占据尾砂及土层间的空隙，最终形成一个整体性好、承载力高、性质稳定的结石体。

2.2 材料与配比

注浆充填法主要采用水泥、黏土等材料进行注浆，所需材料的参数要求如表2所示：

通过现场试验确定了浆液的主要配合比（如表3所示），在实际工程主要以该配合比为基础，个别注浆部位做适当的改进，对采空区进行注浆充填。

3 施工工艺

注浆充填法作为一种常用的加固治理采空区方法，其施工工艺简便灵活，由尾砂充填、钻孔、浆液的制备、注浆、封孔等主要工艺组成。

3.1 钻孔布置

根据采空区路基施工规范以及煤矿采空区治理工程的实际要求，在采空区治理范围内合理的布置了注浆孔和帷幕孔：孔位采用梅花型方式布设，其排距、间距均为10m，钻孔开口直径为150mm。

3.2 钻孔施工

采用回转式钻机施工，清水钻进。按设计要求钻孔，孔口位置偏差小于0.5m，开孔孔径控制在150mm左右，在进入完整基岩4-6m后变径，终孔孔径不小于91mm。

3.3 尾砂充填

尾砂颗粒的粒径控制在50mm以下，通过钻孔以自然流落的方式初步充填采空区。

3.4 浆液制备

根据配合比设计值，在一级搅拌池中将烘干的黏土和水泥分别加水制成黏土浆和水泥浆，在二级搅拌池中将两种浆液充分混合制成黏土-水泥浆液，按需添加适量的石灰，充分搅拌后再添加速凝剂，制成水泥黏土浆液。

3.5 注浆施工

采用全孔一次注浆法，先进行采空区边缘的帷幕孔注浆，由地势低处向高处逐孔进行，并且为了更好的起到防渗堵漏的作用，帷幕孔宜铅直和测斜交替，孔斜率控制在1.5%之内，然后进行中间区域的注浆孔注浆。在达到设计规定的结束压力下，单位注浆量小于70L/min，持续稳定15min以上则停止注浆。

3.6 施工监测

以“沉降观测为主，水平位移观测为辅”的原则，在采空区影响范围之外的稳定区域内布设观测线、设立观测点，对采空区地表移动变形进行实时监测。观测点的间距为8-12m，观测周期为10d。

4 施工注意事项

注浆施工过程在保证质量的同时需注意以下事项[5]：

（1）钻孔深度超过50m需测斜，每50m测斜一次，每百米孔斜不超过1°。

（2）注浆材料必须符合设计规范要求，定期实施抽检。若遇冬季施工，原材料须保存在0℃以上环境中，且浆液保持10℃左右。

（3）钻孔注浆前应对注浆孔进行压水冲洗。

（4）注浆孔、帷幕孔钻至裂隙带、冒落带时应用清水钻进。

（5）注浆压力的选择应以不使地层结构破坏为原则，通过注浆试验确定适宜的注浆压力，正常注浆压力控制在0.5～1.5MPa之间。

（6）注浆时发生冒浆现象，应采取低压、浓浆、小泵量、间歇注浆等方式进行处理。

（7）注浆时发生邻孔串浆现象，若串浆孔具备注浆条件时，可双孔同时注浆，否则应封堵串浆孔，待注浆孔注浆结束，对串浆孔进行扫孔、冲洗、注浆。

5 结论

本文结合实际工程，提出了一种经济实用，适合于处治公路路基下伏较大采空区空间的加固治理的注浆充填法。该方法施工过程简单，操作方便；充填材料以尾砂为主，减少了注浆量；注浆材料以黏土为主，降低了水泥用量；工程施工成本投入低，经济廉价；工程处置效果好，有较大的适用空间。在工程中推广和应用注浆充填法处治采空区，将在一定程度上提高空区稳定性，减少地质灾害的发生。

【参考文献】

[1]温树杰，胡国保.水泥土注浆在路基下伏稀土采空区处理中的应用[J].有色金属科学与工程，2014，5（2）：107-110.

[2]罗亨俊.高速公路采空区地基注浆施工技术[J].交通标准化，2014，42（3）：106-108.

[3]万战胜，杨锋，黄勇博.路基下伏煤矿采空区治理技术探讨[J].河南科技，2014（10）：182-183.

[4]陈安惠，陈寿根，张恒.高速公路下伏采空区风积沙充填技术试验研究[J].四川建筑，2013（1）：57-59.

[5]JTG/TD31-03-2011，采空区公路设计与施工技术细则[S].

[责任编辑：王楠]