高速公路采空區地基注漿施工技術

羅亨俊

（貴州省銅仁公路管理局，貴州 銅仁554300）

1 工程概況

某高速公路煤礦采空區特殊路基位于正線K30+820～K31+170段，采空區路段地層屬于華北地層區。該地段已經形成大面積的采空區，其上覆的巖層塌陷冒落，自下而上形成冒落帶、裂隙帶和整體彎曲帶，導致部分地表發生變形、產生裂縫、裂隙及地面沉陷，對擬建公路產生極大的破壞作用。針對此，依據注漿室內外試驗、注漿設計理論，決定對該公路采空區采取全注漿充填法進行處理。

針對采空區公路注漿工程的特點，應該根據前序孔補充勘察情況，調整孔數和孔距。漿材選擇，以大摻量粉煤灰漿材和粘土漿材等為主，水泥摻量在滿足要求的條件下盡可能小。施工工藝應當以一次成孔、一次全灌注為主。同時對注漿管盡可能地拔出重復利用并控制漿液流失。在注漿施工中還應當完善施工組織管理，優化工期、減少污染、減少檢測工作量等。

2 公路地基加固施工

2.1 公路地基采空區治理范圍

計算參數為：巖層傾角α＝25°，基巖走向移動角δ＝74°，基巖上山移動角γ＝70°，基巖下山移動角β＝75-0.8α＝55°，φ＝40°，第四系覆蓋層h＝15m，h上=25m，h下＝80m，l0＝180m，路堤填土高為4.7～6.4m，路基邊坡坡度為1∶1.5，路基頂寬b＝28m，兩側保護帶寬度b2＝10m。當已知煤層沿傾向開采長度時，可根據公式計算，也可根據鉆探、物探及采礦資料確定。由勘察及預測資料知，采空區影響長度為180m，抽水巷道影響長度為86m，即治理總長度為266m。

2.2 孔位布置

對于空洞或采空巷道，漿液擴散距離主要取決于注漿泵的規格及注漿時間，對于常用的Bw250/50 型泥漿泵，最高檔250L/min，連續灌注20h以上，漿液可運動到50m以外，漿液連續灌注10h，擴散距離在25m 左右。該采空區各工作面已停采2年以上，地層中離層在基巖自重作用下，都已閉合。基巖中尚有較多采動裂隙及巖溶裂隙，因此采空區上覆巖體以三維裂隙充填為主。根據三維裂隙擴散半徑計算理論，在該采空區地質條件下，采用設計漿液配比，漿液連續灌注2h，在0.5MPa 壓力下，擴散半徑r≈14m。同時根據布孔原則，考慮到地質條件遠比理論計算要復雜得多，孔位布置如下：

（1）K30+820～K31+000 之間的采空區，均勻布孔。注漿孔沿公路軸線安排布設，排距取1.5r，約20m；沿公路橫向上在路基填土范圍內以中軸線為中心向兩測各布設1～2 排孔，孔距設為r，約15m；路基外側保護帶至治理邊界孔距為1.5r，約20m，孔位梅花型布置。治理區最邊緣為一徘邊緣注漿孔，為適當起到帳幕孔的作用，邊緣孔間距設為r，約15m。

（2）K30+084～K31+170 水倉部位，因考慮到控制漿液的流失、施工的便利，注漿孔主要沿抽水巷道布設，孔距取1.5r，約20m，兩側影響帶以充填巖溶及裂隙為主，孔距取單倍r，約15m。

2.3 漿液材料及配合比

根據本公路工程中該采空區富水多層的特點，漿材的選擇必須考慮到地下采空區還原環境、水下漿液凝固時間、結石率和強度、漿液水下離析、漿液穿過多層采空區性質的改變及施工要求等。徐州礦區粉煤灰儲量豐富，根據“因地制宜、就地取材”的原則，設計采用高摻量粉煤灰水泥漿材。

根據采空區注漿材料有關試驗研究，無或低水泥質量分數（小于5%）的粉煤灰漿液在水下無法凝固，而水泥的質量分數低于20%的漿液，其在水下運動、離析、擴散后，強度難以保證（硬化體28d 抗壓強度一般小于0.5MPa），因此推薦水泥摻量以20%以上為宜（硬化體28d抗壓強度大于1MPa）。考慮到裂隙及空洞充填的要求（大于75%），漿液水灰比以0.8∶1 為主，其凝結時間也滿足注漿施工的技術要求（12h＜t＜36h）。當遇到大空洞時可使用濃漿，初始注漿可使用稀漿，水灰比變化范圍為0.5∶1～1∶1.0。路基處理范圍最外側邊緣注漿孔，為控制漿液的流失，應加入速凝劑水玻璃，摻量為水泥質量的3%左右。

2.4 注漿施工工藝及控制

注漿孔的成孔、制漿和注漿均按相關技術要求進行。結合工程實踐經驗，對于鉆孔可以采用兩種方式：一次成孔至20#煤底板；分段成孔，第一段終扎至16～17#煤或18～19#煤底板，二次終扎至20#煤底板。中間注漿扎孔和孔深小于50m 的多層采空層，采用孔口封閉一次全灌注的注漿工藝。邊緣注漿孔和孔深大于50m多層采空區的中間注漿孔采用自上而下分段注漿工藝，單層采空區以20#煤上部5～10m 處的頂板灰巖為界限，分2段注漿。多層采空區，分別以16～17#煤和20#煤上部5～10m 處的頂板灰巖為界限，分3 段注漿。具體如圖1所示。

圖1 全孔一次注漿法注漿示意圖（單位：mm）

結合本工程實踐經驗，筆者總結出對于公路采空區地基采取的具體注漿方法如下：

（1）注漿開始前，先向孔內用水沖扎5min。

（2）注漿先用水灰比為1.0∶1的稀漿，后用0.8∶1的濃漿。

（3）采用間歇式注漿時，間歇時間應不短于12h。間歇前，應進行適當的壓水，以保證注漿管暢通。根據室內且標配合比試驗漿液的初、終凝時間，上下段注漿之間的間歇時間應不短于36h。

（4）中間注漿孔的第一序次孔，采用間歇式定量注漿方式，其單孔設計注漿量按平均注漿量225m3的1.3～1.5 倍控制，并在注漿過程中注漿量分別為單孔設計量的1/2、3/4時進行間歇。當完成該孔的設計注漿體積流量后結束注漿。中間注漿孔的第二序次孔，采取定壓注漿方式，即只有滿足注漿結束標準后，才能結束注漿。

（5）邊緣注漿孔采取間歇式定量注漿方式，平均注漿量為300m3。第一序次邊緣孔，其單孔設計注漿量按平均注漿體積流量的1.3～1.5 倍控制；第二序次邊緣孔，其單孔設計注漿的體積流量按平均注漿量的0.7～1.0倍控制。對于分段注漿的邊緣孔，其上段注漿量按單孔設計注漿的體積流量的1/3 控制。注漿時，原則上100m3左右間歇一次。注完單孔設計注漿量后結束注漿。

2.5 注漿結束標準

（1）中間注漿孔：當注漿壓力p＞0.6MPa，注漿的體積流量qV吸穩定在50～70L/min、穩定時間在15min以上或周圍有冒漿現象時，注漿結束。

（2）邊緣注漿孔：當注漿壓力為0.5～2.0MPa，基巖吸漿的體積流量qV吸為5～20L/min，采空區吸漿的體積流量為20～50L/min，且穩定時間在15min以上或周圍有冒漿現象時，邊緣注漿孔注漿結束。

3 工程實施效果

本公路地基采空區在注漿施工后1個月和6個月后都進行了鉆探質量檢測，并利用部分鉆孔進行了彈性波CT及壓水試驗。注漿治理工程在施工前、施工中和施工后分三個階段進行了沉降觀測。從沉降曲線可看出，采空區注漿后地面沉陷趨于穩定。

4 結語

通過對公路采空區處治后，地基的承載力與穩定性均和其他無采空區路段一樣，完全滿足公路工程施工的要求，同時有效地確保了在公路設計使用年限內，不發生超過高速公路規定的允許地基變形界限值的變形和破壞。

[1] 張曙光.采空區注漿配合比試驗優化分析[J]. 西部探礦工程，2010，（8）：30-31.

[2] 魏安輝，曾德禮.路基采空區注漿效果檢查方法初探[J].路基工程，2010，（4）：28-34.

[3] 劉濤.太佳高速公路下伏采空區注漿研究[D].西安：西北大學，2010.