淺談黃土條件下伏采空區快速治理施工

摘 要：山西陽左高速公路五標段黃土條件下伏采空區運用壓力注漿法進行快速治理，取得了明顯的成果。

關鍵詞：黃土條件 采空區 壓力注漿法 快速 治理

1.前言

隨著我國經濟的迅猛發展，全國掀起了修建高速公路的熱潮。在我國的北方地區，高速公路經常會遇見采空區的工程地質問題，如山西的太舊線、晉焦線、祁臨線；河南的鄭少線等。采空區地表因開采沉陷作用而產生的變形，會對擬建的高速公路運行造成危害，嚴重時會造成行車事故。目前常用的治理方法是壓力注漿法，該方法是目前最普遍、最有效的一種處理方法。

2.工藝原理

利用深孔鉆機成孔，攪拌站集中拌制漿液，注漿泵壓力注漿，將水泥粉煤灰漿液注入采空區及其土體裂隙中，形成結石體，起到充填加固的作用，從而使地基變形滿足地基穩定性的要求，保證工程的安全。

3.施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

黃土條件下伏采空區快速治理施工工藝流程見圖3.1。

圖3.1 黃土條件下伏采空區快速治理施工工藝流程圖

3.2 操作要點

3.2.1 施工準備

清理施工現場，建立漿液攪拌站。鉆孔注漿設備及施工人員進場，注漿材料備料。

3.2.2 鉆孔

1.采用均勻布置方法。帷幕孔為治理范圍邊緣孔，孔距為15m；注漿孔布設在帷幕孔內，梅花形布設，孔距為20m。

2.由于該采空區埋深36m～65m，平均埋深50m，平均開采厚度6m，埋深較淺，且開采厚度較大，因此在施工過程中，采取增設加密孔的方法加以解決。

3.鉆孔施工順序

按地層傾向方向，先施工采空區底板標高較低位置的帷幕孔、注漿孔及構造物工點處的注漿孔，再沿反向方向由低向高、由邊部向中心展開施工，鉆孔分二序次進行。

4.鉆孔工藝

①按設計圖紙上給出的孔位坐標，采用全站儀測量放樣，孔位用木樁紅布標記。

②注漿孔用φ130mm鉆頭開孔，鉆至完整基巖4m后，下φ120mm套管護壁，然后變孔徑為φ91mm。用φ91mm鉆頭鉆至采空區中的塌陷冒落帶或煤層底板以下1 m終孔。

③對嚴重的冒落帶、裂隙帶的采空區，實施跟套管鉆進；鉆進極為困難的注漿孔，可采用注漿后復鉆方法施工。

④采空區采用“探灌結合”、 “開挖揭露”的技術進行鉆探注漿，成孔時3%～ 5%的注漿孔兼作勘察孔并要求全取芯，以便指導鉆探和注漿施工。

⑤做好鉆探原始記錄和巖芯編錄及拍照工作。鉆孔施工過程中，如發現漏水、掉鉆、埋鉆等現象要詳細記錄其耗水量、深度、和層位。

3.2.3 下注漿管及澆筑孔口管

注漿管采用φ50mm鋼管，絲扣聯接。注漿管長度為地面之上0.5m至完整基巖下0.5m處深度。

成孔后，將端部帶有φ120～φ130mm法蘭托盤的φ50mm注漿管下入孔內變徑處，孔內放入少量礫石，以堵塞大的縫隙，然后放入少量黏土，防止漿液大量滲漏。最后灌入水泥漿，澆注長度為地表至完整基巖4m處。

3.2.4 拌制漿液

1.原材料

水泥采用P.S.A32.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰；外加劑采用水玻璃；施工用水為當地深井飲用水。

2.漿液配合比選擇

依據設計文件要求，根據外加劑摻量及水固比等不同條件共設計配合比12種。

考慮漿液配合比與漿液的擴散半徑相互影響，水固比小，漿液稠度大，相同注漿條件下擴散半徑就小，相反擴散半徑就大。再結合現場試驗孔情況，綜合成本因素，選擇如下配合比：

1m3漿液（水固比1：1.0）水：水泥：粉煤灰= 702 kg： 176 kg： 526 kg，結石率為80%，稠度30.9s，28天抗壓強度2.9MPa。

1m3漿液（水固比1：1.2）水：水泥：粉煤灰= 652 kg： 196 kg： 587kg，結石率為80%，稠度42.4s，28天抗壓強度3.1MPa。

1m3漿液（水固比1：1.3，外加劑1.0%）水：水泥：粉煤灰：外加劑= 634 kg： 206 kg： 618kg：2.06kg，結石率為90%，稠度97.8s，28天抗壓強度3.9MPa。

3.注漿系統

①漿液攪拌站系統

為滿足采空區注漿處理，新建攪拌站1座。站內設水泥及粉煤灰儲存罐5個，可儲存水泥200噸，粉煤灰300噸。站內設 PLY1200 型攪拌機，攪拌水泥粉煤灰漿液。

②漿液貯存及二次攪拌系統

采用DJC-600型攪拌罐5臺，最大貯漿量為6方，可在漿液出料倉后繼續攪拌，防止漿液沉淀以及實現注漿泵不停頓注漿。

③漿液輸送系統

漿液采用泵送，為此攪拌站引進了BW-600型注漿泵4臺。該泵具有四種流量和四種壓力，最大單位流量600L/min，最大壓力10Mpa，可較好的滿足不同孔徑，孔深或注漿工藝的需要。

④漿液輸送管道系統

漿液輸送采用50鋼管作為主干管道，累計長度達1400米，50軟管作為附屬管道，累計長度達1000米，其中主管道自行設計喇叭形端口，采用扣件螺栓連接，而附屬管道采用活動卡扣連接。

⑤漿液二級站系統

當漿液輸送距離大于500米時，靠站內注漿泵壓力不能達到設計要求，為杜絕該情況的發生，站外設1個二級站，包括DJC-600攪拌機3臺以及BW-250型注漿泵6臺，漿液在到達二級站后進行攪拌隨之泵送，保證在遠距離輸送到孔口后仍可滿足流量及壓力要求。

3.2.5 注漿

1.注漿工藝

①注漿及間歇注漿前必須用清水洗孔，壓水時間大于10分鐘。

②注漿時，先從稀漿（1：1.0）、低注漿流量（≤90L/min）開始，當孔口壓力≦0.6MPa時，可逐漸提高注漿流量；當孔口壓力>1.0Pa時，要降低注漿流量。當注漿量達到單孔平均注漿量的30%時，要求用稠漿（1：1.2～1：1.3），帷幕孔在漿液中還必須加入水泥重量1%的速凝劑。

當單孔注漿大，要在漿液中加入水泥重量1%的速凝劑，當達到單孔平均注漿量的150%，孔口壓力≤0.6MPa，注漿流量≥90L/min，要間歇式注漿，間歇時間≥12h；間歇后的注漿不能用稀漿。

③注漿開始后，定時觀測泵的吸漿量和注漿壓力，記錄注漿過程中發生的各種現象，收集原始數據，并根據實際情況調整注漿量和漿液濃度。

2.注漿結束標準

注漿過程中，當1.5MPa>孔口壓力>1.0MPa，注漿流量≤90L/min，穩定15min，終止注漿。

注漿過程中若出現地表裂隙大量跑漿時，采用間歇式注漿，或減小注漿流量及地表充填裂隙的措施，阻止漿液從地面大量流失。間歇式注漿次數不超過3次，每次間歇時間≥12h；當第三次注漿，又發生冒漿時，停止注漿。

3.2.6質量檢測

采用鉆探檢測法及物探檢測法檢測。

結束語：山西陽左高速公路五標段黃土條件下伏采空區治理工程帷幕孔163個，注漿孔191個，鉆孔總數354個。5個月的時間順利完成任務，工期短，見效快。經過鉆探取芯及物探檢測，滿足設計要求，得到了建設單位和監理單位的認可，認為該方法值得推廣。

參考文獻：①《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）

②《通用硅酸鹽水泥》（GB175-2007）

③《水泥化學分析方法》（GB/T176-2008）

④《公路路基施工技術規范》（JTJ 033—95）