對采空區設計及施工若干問題的探討

鄭齊銀

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

0 引言

目前在山西工民建、公路、鐵路、水利基礎項目施工中，不可避免的要遇到采空區，目前采空區處置方法應用較廣泛的是采用全充填壓力注漿法，即采用水泥粉煤灰漿液、投骨料等充填。根據筆者近年采空區施工經驗和對目前技術規范、手冊的理解，提出一些常見問題的設計、施工意見。通過此討論，希望能起到拋磚引玉的作用。

1 粉煤灰的標準

目前設計中普遍要求粉煤灰達到Ⅲ級標準，即細度(0.045 mm方孔篩篩余)不大于45%，需水量比不大于115%，燒失量不大于15%，三氧化硫不大于3%。目前設計配合比中最低水泥含量要求水泥占固相的15%，粉煤灰占固相的85%，28 d抗壓強度要求達到0.3 MPa～0.8 MPa。因為施工中粉煤灰用量多，試驗量較大，在執行中有些管理部門就規定某些指標不做要求，不同管理部門規定不做要求的指標項目各不相同。對于水泥和粉煤灰摻量為15%和85%的漿液，其28 d抗壓強度基本能達到0.9 MPa以上，影響結實體強度的主要因素是水泥摻量，粉煤灰中細度、燒失量、需水量比等指標不影響抗壓強度達到0.9 MPa以上。對于粉煤灰—水泥注漿材料來說，粉煤灰中含有的SiO2，Al2O3能與Ca(OH)2發生反應，生成穩定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，提高了注漿材料的強度和抗化學侵蝕能力;過高SO3含量的粉煤灰與水泥水化產物Ca(OH)2作用，生成三硫型水化硫鋁酸鈣，造成結石體強度和耐久性下降。因此，對于結實體強度本身要求不高的工程，對粉煤灰沒必要一概要求達到Ⅲ級標準，可提高粉煤灰的使用范圍，降低工程造價，僅對其三氧化硫含量作出具體要求即可。

2 設計配合比

目前水泥占固相的15%～30%的漿液用量較多，水固質量比取值范圍為1∶1.0 ～1∶1.4，即認為水固比 1∶1.0 為稀漿，對粉煤灰的需水比對漿液濃度的影響考慮較少。當三級粉煤灰需水比在112～115之間時，水泥含量占固相比的15%、水固比為1∶1.0的漿液，其漿液粘度高達45 s以上，而一般稀漿粘度在21 s～25 s左右;其漿液難以泵送，可注性差，擴散半徑非常小。建議當水泥含量占固相比小于20%的漿液，水固質量比取值可調整為1∶0.8～1∶1.3，施工中根據粘度才有調整稀漿到稠漿的余地。

3 孔間距

目前公路和民建項目上注漿孔間距多在10 m～20 m之間，以15 m居多，梅花形布置。對于橋梁等沉降要求較嚴的工程，施工過程中有可能遇到裂隙發育但不貫通，注漿孔施工無法正常疊加的情況。這種情況在施工中并非偶見，橋梁發生沉降的現象也并非個別案例。注漿孔應該有針對性的布置，在特殊部位如橋樁部位應該布設每樁一個注漿孔。

15 m的孔間距根本不可能做到帷幕孔想要的效果，能封堵的也僅僅在鉆探中遇到的空洞而已，帷幕孔更應該叫作邊界孔。對于空間大、連通性好的采空區，漿液擴散半徑非常大，采空區施工中非邊界孔淹沒煤礦主要巷道和設備等情況也很常見。

4 骨料

在采空區設計經常用到骨料或砂充填空洞，但是沒有明確指出在什么情況下使用，對空洞大小、單孔注漿量多少都沒有具體要求。施工單位多數在單孔注漿量較大時，采用灌砂法控制單孔耗漿量，從而達到灌漿結束標準。這種情況下采空區空洞內形成錐形體封孔是顯而易見的。除非采空區空洞范圍及大小通過井下測量非常明確，鉆孔布置非常有針對性，可設計骨料，否則，對于梅花形均勻布置、地下空洞不清楚的鉆孔，建議除邊界孔外，盡量少用骨料充填空洞。施工中應該根據鉆孔判斷的空洞情況來投骨料，根據骨料的自然休止角或漿液帶動骨料流動距離大概估算投料量的大小，防止投入的骨料封住孔口管，達不到空洞治理效果。

5 速凝劑

速凝劑對水泥粉煤灰漿液具有明顯的速凝、早強效果，但是速凝劑可使漿液的結實體強度有所降低。試驗表明當水泥和粉煤灰固相比為0.3∶0.7時，加入水泥重量2%的速凝劑與不加速凝劑的試塊強度相比，7 d抗壓強度降低約10%～25%，對28 d抗壓強度沒有什么影響。當水泥和粉煤灰固相比為0.15∶0.85時，加入水泥重量2%的速凝劑7 d強度降低10%～25%，28 d抗壓強度降低15%～25%。當單孔注漿量較大時，應盡量采用間歇式注漿，少用速凝劑。

6 孔口管

孔口管普遍采用φ50 mm和φ114 mm，注漿管設計長度為地面至完整基巖下6 m處。煤系地層中泥巖較為常見，對施工中遇到泥巖吸水膨脹縮徑的地層沒有特殊規定。為防止因泥巖縮徑造成注漿管路堵塞，設計應該明確注漿管穿過這種地層。建議盡量采用φ114 mm的注漿管，當注漿發生異常現象時，可以方便鉆機掃孔。需要投骨料的鉆孔，必須采用φ114 mm的注漿管。

7 注漿壓力

路基和一般地基的注漿終孔壓力規定為1.0 MPa～1.5 MPa，橋梁孔的注漿壓力規定為2.0 MPa～3.0 MPa。對于具有空間大、連通性好等特點的采空區來說，擴散距離本身就不是個問題。根據實踐，當注漿壓力超過0.5 MPa后，注漿孔“吃”漿量非常小，注漿泵壓力消失后，強行壓入的漿液又會回流到注漿管或噴出地面。建議路基和一般地基的注漿終孔壓力降低到0.5 MPa～1.0 MPa，橋梁孔的注漿壓力降低為 1.0 MPa ～2.0 MPa。

8 現場檢測

鉆孔施工的過程檢測項目有要求測孔斜。除非對下面空洞有針對性的布置鉆孔，要求鉆孔不能有偏差，否則，采用均勻布置形式的鉆孔要求測孔斜是沒有必要的。孔斜一點對注漿效果沒有多大影響。另外，檢測漿液粘度時，應該考慮粉煤灰需水比對其的影響。

[1] 羅永忠.水泥—粉煤灰漿液試驗及工程應用[J].公路交通技術，2005(4):26-30.

[2] JTJ/T 31-03-2001，采空區公路設計與施工技術細則[S].