高速公路橋梁墩柱下伏采空區帷幕注漿治理及效果檢測

包海 李庚 席睿

高速公路橋梁墩柱下伏采空區帷幕注漿治理及效果檢測

包海 李庚 席睿

在21世紀初期伴隨工業飛速發展，能源的需求大大提高，導致了煤炭能源的過度開采，開采資源的同時，遺留下了大范圍的采空區。隨著近幾年我國西南地區高速公路建設的飛速發展，過去采用避繞式躲開煤礦采空區的方法已無法使用。如何跨越煤礦采空區，已成為高速公路建設的難題。公路橋梁墩柱下伏采空區，不僅削弱了其上覆巖層或土層的穩定性, 而且造成不均勻沉陷，很大程度上影響橋梁的穩定性，因此必須對采空區治理，以保證公路結構安全，達到運營要求。本文對貴州貴甕高速公路翁簸大橋采空區治理工藝及過程出現問題進行總結分析，為類似的工程提供參考。

一、工程概況

在某高速K48+750翁簸大橋2、3、4號橋墩下存在煤礦采空區。其中2號墩SQZK385-3鉆孔揭露孔深39.1m～43.1m為采空區，主要由強風化炭質灰巖碎塊填充，呈松散狀；3號墩SQZK386及SQZK386-2未揭露到采空區，但根據K48+720.0左9.5m及左3.0m處鉆探揭露情況，該墩左9.5m～3.0m處煤層位置約在地面以下55m～59m處標高1063-1059m；采空區頂、底板為炭質灰巖及灰巖，受采空區影響，頂板破碎，易垮塌。

二、處理方案的選擇

目前采空區處理工藝包括①回填塊石②開挖后回填壓實③引爆炸塌④注漿處理。本工程地質條件和水文地質條件為：煤層以上地層為砂質頁巖、碳質頁巖、中風化碳質頁巖、灰巖、碳質灰巖和煤巖，煤層以下為中風化的灰巖，地下水不發育。結合本工程情況及地質水文條件，確認采用注漿進行采空區處理。同時，根據山體及不定因素較多情況，采用帷幕方式高效注漿處理采空區。

三、注漿方案和工藝

1.注漿參數的確定

注漿工藝、注漿參數是注漿設計的主要部分，直接關系到注漿效果和造價。

（1） 采空區處理寬度的確定

通過地勘資料及現場實際踏勘，了解到采空區因煤炭私采形成、埋深較大，同時年代久遠，無確切范圍及規模。注漿處理范圍為橋梁2、3、4號橋墩外側樁基以外12m。

（2）確定采空區空洞體積與注漿量

注漿量：Q=A×V×η÷C

A——漿液損耗系數，考慮到漿液向地表、松散層及帷幕外跑漿，取1.1；

η——漿液對采空區及上覆巖層中的裂隙、裂縫的充填率，要求達到75%；

C——結石率，按80%計算；

V——剩余空洞的體積，等于采出的煤層體積扣除頂板冒落所發生變形的體積，本工程采用：V=治理面積×平均采厚×回采率（40%）×剩余變形量（30%）。此處煤礦為巷道長壁式開采、全冒落式頂板管理、平均采厚取4.0m。

2.注漿孔設計布設

在路基中線和距離中線左右20m與路線平行的三條線上共布設18個注漿孔，外側注漿孔兼做帷幕孔，先行鉆孔施工完成，并注漿形成帷幕。

注漿孔口封孔方法是先將孔口管外壁約50cm深的巖土層進行清理，清理半徑約比孔徑大10cm，清理好后，先用水泥袋或棉紗圍著孔口管填塞至孔口以下1.5m左右，并用鋼釬沿孔口管四周插搗密實。配置水泥漿漿液（水灰比0.45），然后倒入孔內0.5m～1.0m深，經1～2分鐘后，上部再用1∶2水泥砂漿封孔。

孔口管采用φ10cm鋼管制作，孔口管以下接注漿管，注漿管采用6"鍍鋅鐵管，注漿管管壁按照10～30cm間距螺旋型布設3mm孔眼，作為注漿噴射孔。

3.注漿工藝

（1）定點

注漿孔采用GPS進行實地測量放樣，因處于山區位置，首先確定鉆孔點位，采用小型機械整修作業平臺。然后再進行精確定位，保證鉆孔位置與設計孔位偏差滿足設計要求。

（2）套管跟進成孔工藝

采用φ130～150mm鉆頭開孔，鉆至完整基巖土層下0.5～1m后，提鉆下入套筒至鉆孔底部，然后重新下入φ91mm鉆具進行鉆孔，往復鉆進至采空區中的塌陷冒落帶底板或煤層底板以下3m終孔。

（3）注漿管安裝

將鉆具及鉆桿全部提出后下入多孔注漿管至鉆孔底部，然后將套筒提出，做好封口處理。

（4）注漿工藝

① 注漿

注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，注漿開始后，定時觀測泵的吸漿量和泵壓，記錄注漿過程中發生的各種現象，收集原始數據，并根據實際情況及時調整注漿量和漿液濃度，在漿液中加入水泥重量2%的速凝劑。

②單孔注漿結束標準

a.在注漿孔注漿末期，泵壓逐漸升高，當泵量小于70L/min時，孔口壓力在1.0～1.5Mpa，穩定10～15分鐘，可結束該孔的注漿施工。

b.當注入一定漿量，若出現地表裂隙大量跑漿時，可結束該孔的注漿施工。

四、過程中出現的問題及處理措施

1.鉆孔中出現塌孔問題及處理方式

因在采空區進行鉆孔作業，部分地質情況未知且存在松散區域。鉆孔至未知松散區域，經常發生塌孔，針對塌孔問題，改進采用套管跟進鉆孔技術，采用內徑為138mm帶有內絲扣的套管，同步下發至孔內，形成附帶護壁，有效防止塌孔，同時在注漿管全部安裝完成后，可分節全部提出，重復使用，不造成材料浪費。

2.注漿漿液壓力不滿足設計要求

采空區注漿處理過程中，因地下情況無法探明，會出現某一個注漿孔注漿壓力不滿足設計要求。可采取沖洗注漿管后，間歇式注漿進行處理。最終達到設計壓力值。

五、注漿效果及質量檢測

1.鉆探驗證：注漿施工結束2個月后，進行鉆孔檢驗。按注漿孔的2%設置檢查孔數量，檢查孔深度為原地面至采空區底板的深度。通過孔內取芯直接觀察采空區的漿液充填情況，并結合鉆探過程中循環液的漏失情況及孔壁的穩定性等評價質量。

2.物探檢測法：對治理后的采空區采用高密度電測法檢驗注漿質量。若電阻率值在200～600Ω·m表明巖性完整，則注漿質量符合要求。

本工程采用斷面測深技術是把整條測線的數據當成一個整體進行分析，即二維層析成像分析。根據數據進行反演推理，得出五條線剖面成果，形成翁簸大橋橋基探測剖面成果。

對比檢查成果及存在異常帶情況，得知此幾處異常帶為原有巖溶發育腔體充水或充泥。結合設計圖紙，根據樁基位置及長度，不在樁基影響范圍內，不需要進行單獨處理。原有采空區域位置注漿處理質量滿足設計要求。

六、結語

經過鉆孔及物探檢測后，比照新路基設計規范及設計文件做出綜合評價，確定貴甕高速工程翁簸大橋采空區注漿處理符合要求，最終達到預期的目的。同時驗證了采用帷幕注漿方案能有效解決橋梁下部結構采空區填充處理難題。套管鉆進及帷幕注漿工藝可以在類似采空區處理過程中進行應用，將取得預期效果。

（作者單位：中交一航局第四工程有限公司）