公路下伏采空區注漿施工技術

曾康定　曾圣杰

【摘 要】采空區的存在嚴重影響了公路的建設和后期的運營。針對大空間、大范圍的路基下伏采空區處治問題，提出了一種適宜的注漿充填治理方法，并成功應用于實際的路基下伏采空區治理工程。工程處治效果表明注漿充填方法具有良好的可行性和適用性。

【關鍵詞】公路；采空區；注漿；施工技術

0 引言

采空區常常會發生沉降和塌陷，極易引發地面下沉、道路開裂等地質災害，給工程建設造成了嚴重的影響，是工程建設中不良地質條件之一。因此，在采空區范圍內修建高速公路，必須對路基下伏采空區進行加固治理，以消除安全隱患[1]。

在采空區的治理方面，國內外的專家學者做了大量的研究，積累了豐富的經驗[2-4]。表1即為國內已處理的公路下伏采空區的治理工程[4]。

借鑒以往工程經驗以及結合具體的工程條件及工程要求，提出了一種經濟實用，適合于較大采空區空間的加固治理的注漿充填法。該方法是先往采空區內部充填尾砂，后注入水泥黏土漿液，既能減少注漿量，又能二次利用尾砂，具有較好的環保節能優點。

1 工程概況

山西一在建高速公路某標段，路線全長6km，路線K2+126～K2+342段途徑一廢舊煤礦礦區。經地質勘探顯示，該煤礦主要為單層開采，采厚4-8m，埋深10-18m，地層自下而上主要分三層：（1）白堊系，主要為山西組，有紫紅色礫巖、砂巖、砂礫巖、粉砂巖及泥質巖等；（2）第三系，由磚紅色厚層石英砂巖及礫巖、含礫砂巖組成；（3）第四系，主要為全新統（Q4），有種植土、粉質粘土、粉土、碎石土、卵石、圓礫等。目前，該標段區域內已出現了小面積的地面沉陷，影響了公路的建設。經勘查研究與試驗分析，決定采用注漿充填法治理該煤礦采空區。

2 注漿充填法

2.1 加固機理

注漿充填法施工是在先往采空區內部充填尾砂，以尾砂初步充填采空區；然后通過地表鉆孔施工，將配制好的水泥黏土漿液注入到采空區內部，漿液以充填、滲透的方式占據尾砂及土層間的空隙，最終形成一個整體性好、承載力高、性質穩定的結石體。

2.2 材料與配比

注漿充填法主要采用水泥、黏土等材料進行注漿，所需材料的參數要求如表2所示：

通過現場試驗確定了漿液的主要配合比（如表3所示），在實際工程主要以該配合比為基礎，個別注漿部位做適當的改進，對采空區進行注漿充填。

3 施工工藝

注漿充填法作為一種常用的加固治理采空區方法，其施工工藝簡便靈活，由尾砂充填、鉆孔、漿液的制備、注漿、封孔等主要工藝組成。

3.1 鉆孔布置

根據采空區路基施工規范以及煤礦采空區治理工程的實際要求，在采空區治理范圍內合理的布置了注漿孔和帷幕孔：孔位采用梅花型方式布設，其排距、間距均為10m，鉆孔開口直徑為150mm。

3.2 鉆孔施工

采用回轉式鉆機施工，清水鉆進。按設計要求鉆孔，孔口位置偏差小于0.5m，開孔孔徑控制在150mm左右，在進入完整基巖4-6m后變徑，終孔孔徑不小于91mm。

3.3 尾砂充填

尾砂顆粒的粒徑控制在50mm以下，通過鉆孔以自然流落的方式初步充填采空區。

3.4 漿液制備

根據配合比設計值，在一級攪拌池中將烘干的黏土和水泥分別加水制成黏土漿和水泥漿，在二級攪拌池中將兩種漿液充分混合制成黏土-水泥漿液，按需添加適量的石灰，充分攪拌后再添加速凝劑，制成水泥黏土漿液。

3.5 注漿施工

采用全孔一次注漿法，先進行采空區邊緣的帷幕孔注漿，由地勢低處向高處逐孔進行，并且為了更好的起到防滲堵漏的作用，帷幕孔宜鉛直和測斜交替，孔斜率控制在1.5%之內，然后進行中間區域的注漿孔注漿。在達到設計規定的結束壓力下，單位注漿量小于70L/min，持續穩定15min以上則停止注漿。

3.6 施工監測

以“沉降觀測為主，水平位移觀測為輔”的原則，在采空區影響范圍之外的穩定區域內布設觀測線、設立觀測點，對采空區地表移動變形進行實時監測。觀測點的間距為8-12m，觀測周期為10d。

4 施工注意事項

注漿施工過程在保證質量的同時需注意以下事項[5]：

（1）鉆孔深度超過50m需測斜，每50m測斜一次，每百米孔斜不超過1°。

（2）注漿材料必須符合設計規范要求，定期實施抽檢。若遇冬季施工，原材料須保存在0℃以上環境中，且漿液保持10℃左右。

（3）鉆孔注漿前應對注漿孔進行壓水沖洗。

（4）注漿孔、帷幕孔鉆至裂隙帶、冒落帶時應用清水鉆進。

（5）注漿壓力的選擇應以不使地層結構破壞為原則，通過注漿試驗確定適宜的注漿壓力，正常注漿壓力控制在0.5～1.5MPa之間。

（6）注漿時發生冒漿現象，應采取低壓、濃漿、小泵量、間歇注漿等方式進行處理。

（7）注漿時發生鄰孔串漿現象，若串漿孔具備注漿條件時，可雙孔同時注漿，否則應封堵串漿孔，待注漿孔注漿結束，對串漿孔進行掃孔、沖洗、注漿。

5 結論

本文結合實際工程，提出了一種經濟實用，適合于處治公路路基下伏較大采空區空間的加固治理的注漿充填法。該方法施工過程簡單，操作方便；充填材料以尾砂為主，減少了注漿量；注漿材料以黏土為主，降低了水泥用量；工程施工成本投入低，經濟廉價；工程處置效果好，有較大的適用空間。在工程中推廣和應用注漿充填法處治采空區，將在一定程度上提高空區穩定性，減少地質災害的發生。

【參考文獻】

[1]溫樹杰，胡國保.水泥土注漿在路基下伏稀土采空區處理中的應用[J].有色金屬科學與工程，2014，5（2）：107-110.

[2]羅亨俊.高速公路采空區地基注漿施工技術[J].交通標準化，2014，42（3）：106-108.

[3]萬戰勝，楊鋒，黃勇博.路基下伏煤礦采空區治理技術探討[J].河南科技，2014（10）：182-183.

[4]陳安惠，陳壽根，張恒.高速公路下伏采空區風積沙充填技術試驗研究[J].四川建筑，2013（1）：57-59.

[5]JTG/TD31-03-2011，采空區公路設計與施工技術細則[S].

[責任編輯：王楠]