網格地梁格柵在公路急傾斜煤礦采空區治理中的應用★

李 健 姚建強

(中交通力建設股份有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

我國礦產資源極為豐富，尤其是煤炭資源，作為產煤大省的新疆，不可避免的出現了大量的采空區。隨著我國“一帶一路”戰略的蓬勃發展，在新疆的公路建設中已不可避免的穿越一些采空區，而烏魯木齊作為我國最大的急傾斜煤礦礦區，多年的開采，形成了大量的急傾斜采空區。

目前采空區的治理常用手段主要為注漿充填加固法[1]，即采用一定的壓力，把水泥粉煤灰漿液以泵送方式注入地下采空區中，漿液對地下采空區、采空區冒落帶及上覆地層裂隙以充填、滲透的方式進行加固處理，形成一個穩定的膠結整體，從而提高公路路基的整體穩定性。但對于公路急傾斜煤礦采空區，由于煤層傾角較大，開采的不規律、注漿充填時漿液的不規則擴散、地表變形復雜多變等因素的影響，導致采空區注漿充填后會引起公路路基的不均勻沉降，為避免出現此類問題，進一步加強路基抗變形、路面抗裂縫能力，設計時對公路采空區治理提出了補充與完善措施，即網格地梁格柵的應用。

1 工程背景

烏魯木齊繞城高速(東線)公路項目采空區治理工程DCKQ-2標段位于測設里程K21+220～K21+880，屬低山丘陵區，區域內存在四帶西南至東北向煤田采空塌陷區，可見較多塌陷坑。采空區段內煤層厚度0.7 m～64.0 m，煤層走向65°～70°，傾角45°～86°，為急傾斜煤層，開采方式以地下單層或多層水平開采為主。該采空區治理的主要方式是注漿充填法，后期為防止地表不規則變形引起路基不均勻沉陷，采用網格地梁格柵進行加固處理。

2 注漿充填中網格地梁格柵的應用

2.1 網格地梁格柵的設計

根據設計文件，網格地梁格柵為正方形，長寬為4 m，橫梁、縱梁寬度及高度均為0.5 m。地梁格柵采用混凝土澆筑，空隙用砂礫土回填(見圖1)。

網格地梁格柵鋪設于路基原地面以下，鋪設寬度為路基底部寬度，即填方路基為路基寬+路基邊坡寬度；挖方段處理寬度為路基寬度。

DCKQ-2標段處理長度為660 m，可根據現場情況設置施工縫，一般情況40 m～50 m設置施工縫一道；處理寬度為36 m～44 m，寬度方向不設施工縫。

地梁格柵的施工順序：采空區治理工程場地開挖、平整→橫梁、縱梁的架設→模板安裝→橫梁、縱梁混凝土澆筑→混凝土養護→當混凝土強度達到設計強度的75%以上砂礫土回填(壓實度不小于90%)。

2.2 網格地梁格柵的施工

1)地面平整。

地梁格柵屬水平鋼筋混凝土結構，需地面整體近水平。

2)架設鋼筋網、安裝模板。

按照設計文件，在平整后的場地，鋪設鋼筋網，安裝特制的專用鋼模板，調整鋼筋網與鋼模板間距，模板安裝過程中，必須經常保持足夠的臨時固定設施，以防傾覆。

3)混凝土的澆筑及其養護。

采用混凝土澆筑車，對已鋪設的鋼筋網進行混凝土澆筑及攪拌、振動，待混凝土終凝后采取灑水自然養護、噴涂薄膜養護及塑料薄膜包裹養護等措施進行養護，待混凝土徹底固結后，拆卸鋼模板。

4)地梁格柵空隙處的回填。

待地梁格柵中的混凝土強度達到設計強度的75%以上，方可對地梁格柵空隙處進行砂礫土的回填。填料采用砂礫、石渣等，砂礫最大干密度為2.08 g/cm3～2.36 g/cm3，每層松鋪厚度20 cm。回填工藝流程：檢驗砂礫土質量→分層鋪筑砂→灑水→夯實或碾壓→找平驗收。地梁格柵砂礫土回填要求壓實度達到90%。

3 采煤豎井中網格地梁格柵的應用

3.1 采煤豎井的回填施工

DCKQ-2標段采空區注漿工程范圍內存在三個未回填的豎井，圓柱形，混凝土壁，直徑為4.0 m、深度在150 m～200 m之間，按照設計文件必須進行回填處理。

回填材料采用當地碎石土，碎石粒徑為20 mm～30 mm，含量為30%，輕型擊實最大干密度為1.76 g/cm3，重型擊實最大干密度為1.96 g/cm3，最優含水率為8.5%，回填后，壓實度(λ)為95%，相對密度Dr>0.7。

施工工藝：選擇料場→土工試驗→回填區清理→挖裝運輸→碾壓試驗→分層攤鋪→分層碾壓→分層壓實檢驗。

分層鋪筑技術要求：鋪筑的每層厚度一般為30 cm～50 cm，采用蛙式打夯機分層夯實；豎井邊緣用人工或蛙式打夯機補夯密實；夯實或碾壓；夯實或碾壓的遍數，由現場實驗確定。采用夯機往復夯實，夯實不少于4遍～6遍。

3.2 回填后出現的問題

采煤豎井回填施工結束后，已施工的回填豎井發生塌陷現象，其中1處豎井于2015年9月26日晚上21點左右開始塌陷，出現與豎井形態大小近一致的圓形不連續的地面塌陷裂隙，于次日早上8點左右地面形成明顯的圓形連續的地面塌陷裂隙，次日中午12點左右地面形成明顯的圓形連續的地面塌陷坑，地面塌陷坑直徑為4.0 m，深度為0.6 m～0.8 m，四周最大裂縫寬度5 cm～10 cm。

根據以往工程經驗與現場分析，塌陷原因是：豎井與礦山井下的巷道是相互聯通的，采區與巷道半充滿或全部充滿了地下水，在注漿過程中，注漿漿液的流動引起地下水水位的升降波動，這種波動對豎井內回填的碎石土產生了“淘土”作用，即細小的顆粒被帶走，在已回填的豎井下部形成空洞，而豎井壁光滑，摩擦力較小，最終導致豎井地面塌陷，如圖2所示。

3.3 處置措施

根據現場實際情況，采取的處理措施是：將地面塌陷坑回填夯實后，鋪設網格地梁格柵，將已有的鋼筋地梁格柵之間加筋澆筑成蓋板，覆蓋在豎井之上，如圖3所示。

根據施工現場實際情況，對該類豎井回填時，建議采取如下措施：

1)豎井回填時，因其與礦山井下的巷道是相互聯通的，采區或巷道內的地下水在注漿工程的影響下會產生升降，因此，在豎井下部1/3或1/4處回填時，以大粒徑碎石、塊石(100 mm～200 mm)充填坑底，在此基礎上再充填以級配良好的砂礫。

2)在大粒徑碎石、塊石回填層之上，采用粗骨料與注漿漿液在地面混合后，置于豎井，分層厚度5 m～10 m。注漿液與粗骨料的比例宜控制在1∶5～1∶3之間。

3)地面如有鋼筋地梁格柵構筑物，將鋼筋地梁格柵之間加筋澆筑成蓋板，覆蓋在豎井之上。

4 結語

由于烏魯木齊繞城高速(東線)公路工程采空區治理工程DCKQ-2標段采空區屬于開采急傾斜煤層形成的，通過分析，該類型采空區地表變形規律復雜，為防止注漿工程結束后地面產生不均勻沉降的影響，在已治理后公路路基底部設置網格狀地梁格柵，地梁格柵宜采用正方形，長寬均設置4 m，橫梁、縱梁寬度及高度宜設置為0.5 m，采用混凝土澆筑。待地梁格柵混凝土澆筑后，在地梁格柵空隙處采用砂礫土回填。若路基范圍內存在采煤豎井，亦可在采煤豎井回填后，對豎井附近的地梁格柵之間加筋澆筑成蓋板，覆蓋在豎井之上。從施工實際效果與檢測結果來看，該措施是對采空區注漿工程的補充與完善，具有一定的推廣意義。

參考文獻:

[1] JTG/T D31—03—2011,采空區公路設計與施工細則[S].