高等级公路采空区路基处理措施分析

冯好娟

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830002）

0 引言

当矿产资源被开发后会在地下形成一定的空洞区[1]，即“采空区”。高等级公路进行选线时首先要尽量避开穿越采空区路段，原因如下：①采空区处理需要大量的资金投入，资金不易控制；②采空区路段的设计和施工经验尚不够成熟；③采空区路段后期运行过程中存在变形、沉陷甚至局部坍塌的风险，会对人民生命财产安全带来损害[2]。

随着我国经济的发展，城市化进程加快，土地资源急速溢价，近年来高速公路选线受控因素较多，不可避免要穿越采空区，对采空区路基处理的探索势在必行[3]。采空区的存在影响了高等级公路的行驶安全性。由于在矿产资源开采过程中，破坏了岩层的整体结构，造成围岩变形失稳产生了相对竖向位移，岩层结构的整体稳定性下降[4]。

本文以乌鲁木齐某高等级公路下部的采空区为例，通过对该公路采空区域进行地质勘察，确定采空区位置及分布情况和分布特征，提出了采空区路基处治方法，并且对处治后的路基情况进行试验研究，为高等级公路采空区路基处治奠定基础。

1 采空区分布特征

1.1 工程概况

乌鲁木齐某高等级公路计划跨越多个采空区进行选线，该公路全长25.6km，双向4车道。经过地质勘察后，确定该公路下部共有4个采空区，采空区基本特征如表1所示。

表1 乌鲁木齐某公路下部采空区基本情况表

由表1 可得，该公路计划通过区域内存在4 个采空区，采空区桩号由K8+870—K11+200，采空区走向长度在220～400m，倾斜长度在35～85m，开采厚度均为2.4m，开采深度在30～90m。由此可以得知该采空区开采厚度小，且开采区域较近，可采空区的跨度小，存在较大的残余变形。采空区的存在将会造成该高等级公路路基沉降，影响高等级公路通行质量，甚至会造成路基沉陷，路面出现大量结构性裂缝以及推移等不可修复的病害。

1.2 采空区分布特征分析

通过分析，采用工程物理探测的方法，对采空区域内的岩体结构、岩体材质、矿产开采走向以及采空区埋深与间距进行勘察。勘察结构示意图如图1所示。

图1 K8+870—K11+200典型采空区剖面图

根据工程物理探测结果，可以发现该高等级公路由于矿产开采，在下部形成浅埋采空区，采空区存在4处，导致该高等级公路存在路基沉降及路面变形等病害隐患，公路安全性降低。根据采空区分布情况，可以分为两个路段区域。路段一：K8+870—K9+017 处，该处采空区域较密集且埋深较浅，位于路基下方，易造成不均匀沉降，路基结构整体稳定性较差。路段二：K9+110—K11+200 处，该区域采空区分布较为分散，但是采空区横穿路基横断面，采空区埋深较深，造成路基路面变形增大，极易影响高等级公路整体稳定性。通过对4个采空区分布集中的区域进行钻芯，得到钻孔土层为人工填土、含砾粉质黏土、混碎石粉质黏土及基岩共4种类型。

1.3 采空区对路基影响程度

根据规范要求，采空区危害等级分类如表2 所示，将矿业地质环境危害情况分为极大、较严重、较小三种情况。根据危害情况分区选择对应的处治原则分别为重点处治、一般处治以及监测。

表2 采空区危害等级分类表

当采空区埋深较浅时，在矿产资源开采时，造成岩体结构整体破坏，岩土体结构稳定性下降，对高等级公路路基稳定性有影响严重。针对乌鲁木齐某高等级公路分析可得，该公路存在4个采空区，采空区分布较为密集埋深较浅，且有一处采空区横穿路基横断面，影响路基路面的整体稳定性。

根据表2 采空区危害等级分类表可得，K8+890 处采空区，埋深小于30m，高度为2.4m，宽度为2.2～4.4m，且位于高等级公路正下方，对路基整体稳定性危害巨大，为重点处治对象。K11+200处采空区，埋深大于30m，高度为2.4m，宽度为1.2～2.4m，处于路基下方的岩石层，对路基整体稳定性影响较小，可进行监测处治。根据不同地质危害等级分类，确定不同的处治原则，K8+890处采空区以及K9+110处采空区需要进行重点处治和一般处治。

2 治理措施

在进行高等级公路施工过程中，由于路基处采空区的存在，造成高等级公路路基出现不均匀沉降的现象，在车辆荷载的重复作用下，增加路基沉降量，甚至造成路基坍塌的现象。路基的不均匀沉降，造成路面面层出现大量结构性裂缝、波浪、推移等病害，严重影响高等级公路的通行质量。因此，高等级公路采空区路基的处理是必须解决的问题。

根据乌鲁木齐某高等级公路下处采空区分布特征，其中2 处采空区为浅部采空区，2 处为中深部采空区。由于采空区类型不同，选择处理措施也不相同，分为注浆处治、开挖回填以及加铺钢筋混凝土板等处治措施。如表3 所示，埋深不同的采空区处治方法大不相同，并且应用条件及评价方式也有差别。

表3 高等级公路采空区路基处治方法

由表3采空区处治措施分析可得，乌鲁木齐某高等级公路下处采空区2处属于浅部采空区，必须进行重点处治，采取注浆填充法进行注浆施工，其余2处属于中深部采空区，为保证该高等级公路的行驶安全性，对中深部采空区进行全注浆填充。

注浆充填法与全注浆填充法都属于注浆处治的范畴，注浆充填法适用于浅部采空区，使用浆液填充采空区的空洞及结构性裂缝，施工工艺简单但是耗材较多，施工费用较高。全注浆充填法适用于中深部采空区，采空区位于路基下30～100m，需要对空洞进行全部填充，并且对覆盖的岩石层裂缝也要进行注浆处治，同样这种方法虽然能够极大地提高采空区路基的稳定性，但是材料消耗巨大，施工造价较高。

3 采空区注浆处治效果分析

3.1 采空区注浆施工

选择注浆充填法与全注浆填充法作为该高等级公路浅部采空区及中深部采空区路基的处治方法。在进行注浆施工之前，首先确定采空区注浆位置，使用工程物理探测方法，准确找到空洞位置。然后确定空洞尺寸以及周围土体稳定性，该高等级公路浅部采空区周围土体强度较大，整体性稳定性较好。

在进行注浆施工时，首先进行帷幕孔的注浆施工，然后进行处治范围内注浆孔的注浆施工，目的是防止过度跑浆漏浆，将注浆范围控制在拟处治区域内。采用水泥粉煤灰加水进行拌和形成注浆液，在注浆时一定要注意，采用分层注浆的方式。该高等级公路采空区体积较大，在进行注浆时，选择分层注浆，保证注浆空洞的密实度，防止注浆不均匀，造成空洞开裂，降低采空区整体稳定性。注浆完成后，需要对采空区进行注浆养护，保证注浆液的强度形成，避免由于养护不当，产生裂缝，降低强度。对于该高等级公路采空区中，浅部采空区注浆可使用传统注浆方法即可，应保证注浆量满足要求。对于中深部采空区注浆施工，需要采用加压注浆的方式。因为中深部采空区距离公路30～100m，传统注浆方法，在注浆过程中可能导致浆液未达到空洞处，造成流动性变差，浆体凝固的现象。所以采用加压注浆的方式，不仅能够保证浆体本身在到达空洞处的流动性，同时可以满足浆体注满整个中深部采空区，对于中深部采空区在进行全部注浆之前，还应该对覆盖表层的岩石裂缝进行注浆处理，处理完毕后可以进行加压注浆。

3.2 采空区注浆处治效果分析

通过对乌鲁木齐某高等级公路4处采空区路基进行注浆处治，对采空区的残留下沉值、注浆量、空洞体积以及注浆密实度进行检测，试验结果如表4所示。

表4 乌鲁木齐某高等级公路采空区路基处治结果表

由表4 采空区路基注浆处治结果表可得，4 处采空区经过注浆处治后路基结构整体稳定性提升，但是K9+110 处采空区，注浆密实度仅为81%，不能够满足采空区路基处治要求，需要对该处采空区进行二次注浆处治。根据处治结果可得，注浆处治方法虽然施工简单且强度形成较快，但是由于采空区位于地下较深处，进行注浆处治时易造成注浆不密实的情况，注浆结果不能满足要求，所以在注浆过程中，注浆料的选择至关重要，需要选用流动性高、体积稳定性好的注浆材料。施工时必须进行分层注浆，保证注浆量充足，提升注浆密实度，提高采空区处的整体稳定性，避免二次处治。

3.3 采空区注浆法施工经济效益分析

采用注浆法对山区高等级公路采空区路基进行处治，具有施工工期短，施工效率高，处治质量好的特点。但是采用注浆法施工时，对注浆料的用量需求较大。根据表4 高等级公路采空区路基处治结果可知，4个采空区的单位面积注浆量均大于1，表明在采空区施工过程中，1m³注浆料不能够填满1m³空洞区。注浆法处治采空区虽然施工过程简单，但是对注浆料性能要求高，并且注浆料使用量多，工程经济性不高，施工处治造价较高。

4 结语

综上所述，本文以乌鲁木齐某高等级公路为例，通过工程物理探测，发现该公路下处存在4 处采空区。通过对采空区域的地质勘察，确定采空区的分布特征。根据采空区域分布特征，研究了采空区路基处治方法，确定使用注浆处治的方法对该公路下处采空区进行注浆施工。施工后通过路基检测试验，评价了注浆处治法在高等级公路采空区路基处治中的可行性。