高速公路橋梁墩柱下伏采空區(qū)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(qū)帷幕注漿治理及效果檢測

包海 李庚 席睿

在21世紀(jì)初期伴隨工業(yè)飛速發(fā)展，能源的需求大大提高，導(dǎo)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(qū)。隨著近幾年我國西南地區(qū)高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，過去采用避繞式躲開煤礦采空區(qū)的方法已無法使用。如何跨越煤礦采空區(qū)，已成為高速公路建設(shè)的難題。公路橋梁墩柱下伏采空區(qū)，不僅削弱了其上覆巖層或土層的穩(wěn)定性, 而且造成不均勻沉陷，很大程度上影響橋梁的穩(wěn)定性，因此必須對采空區(qū)治理，以保證公路結(jié)構(gòu)安全，達(dá)到運營要求。本文對貴州貴甕高速公路翁簸大橋采空區(qū)治理工藝及過程出現(xiàn)問題進(jìn)行總結(jié)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(qū)。其中2號墩SQZK385-3鉆孔揭露孔深39.1m～43.1m為采空區(qū)，主要由強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r碎塊填充，呈松散狀；3號墩SQZK386及SQZK386-2未揭露到采空區(qū)，但根據(jù)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(biāo)高1063-1059m；采空區(qū)頂、底板為炭質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r，受采空區(qū)影響，頂板破碎，易垮塌。

二、處理方案的選擇

目前采空區(qū)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(zhì)條件和水文地質(zhì)條件為：煤層以上地層為砂質(zhì)頁巖、碳質(zhì)頁巖、中風(fēng)化碳質(zhì)頁巖、灰?guī)r、碳質(zhì)灰?guī)r和煤巖，煤層以下為中風(fēng)化的灰?guī)r，地下水不發(fā)育。結(jié)合本工程情況及地質(zhì)水文條件，確認(rèn)采用注漿進(jìn)行采空區(qū)處理。同時，根據(jù)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(qū)。

三、注漿方案和工藝

1.注漿參數(shù)的確定

注漿工藝、注漿參數(shù)是注漿設(shè)計的主要部分，直接關(guān)系到注漿效果和造價。

（1） 采空區(qū)處理寬度的確定

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

（2）確定采空區(qū)空洞體積與注漿量

注漿量：Q=A×V×η÷C

A——漿液損耗系數(shù)，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(qū)及上覆巖層中的裂隙、裂縫的充填率，要求達(dá)到75%；

C——結(jié)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(fā)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(shè)計布設(shè)

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(shè)18個注漿孔，外側(cè)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(jìn)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(nèi)0.5m～1.0m深，經(jīng)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(shè)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(jìn)行實地測量放樣，因處于山區(qū)位置，首先確定鉆孔點位，采用小型機(jī)械整修作業(yè)平臺。然后再進(jìn)行精確定位，保證鉆孔位置與設(shè)計孔位偏差滿足設(shè)計要求。

（2）套管跟進(jìn)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(jìn)行鉆孔，往復(fù)鉆進(jìn)至采空區(qū)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(fā)生的各種現(xiàn)象，收集原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)實際情況及時調(diào)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(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

a.在注漿孔注漿末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)泵量小于70L/min時，孔口壓力在1.0～1.5Mpa，穩(wěn)定10～15分鐘，可結(jié)束該孔的注漿施工。

b.當(dāng)注入一定漿量，若出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時，可結(jié)束該孔的注漿施工。

四、過程中出現(xiàn)的問題及處理措施

1.鉆孔中出現(xiàn)塌孔問題及處理方式

因在采空區(qū)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，部分地質(zhì)情況未知且存在松散區(qū)域。鉆孔至未知松散區(qū)域，經(jīng)常發(fā)生塌孔，針對塌孔問題，改進(jìn)采用套管跟進(jìn)鉆孔技術(shù)，采用內(nèi)徑為138mm帶有內(nèi)絲扣的套管，同步下發(fā)至孔內(nèi)，形成附帶護(hù)壁，有效防止塌孔，同時在注漿管全部安裝完成后，可分節(jié)全部提出，重復(fù)使用，不造成材料浪費。

2.注漿漿液壓力不滿足設(shè)計要求

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

五、注漿效果及質(zhì)量檢測

1.鉆探驗證：注漿施工結(jié)束2個月后，進(jìn)行鉆孔檢驗。按注漿孔的2%設(shè)置檢查孔數(shù)量，檢查孔深度為原地面至采空區(qū)底板的深度。通過孔內(nèi)取芯直接觀察采空區(qū)的漿液充填情況，并結(jié)合鉆探過程中循環(huán)液的漏失情況及孔壁的穩(wěn)定性等評價質(zhì)量。

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

本工程采用斷面測深技術(shù)是把整條測線的數(shù)據(jù)當(dāng)成一個整體進(jìn)行分析，即二維層析成像分析。根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)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(fā)育腔體充水或充泥。結(jié)合設(shè)計圖紙，根據(jù)樁基位置及長度，不在樁基影響范圍內(nèi)，不需要進(jìn)行單獨處理。原有采空區(qū)域位置注漿處理質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

六、結(jié)語

經(jīng)過鉆孔及物探檢測后，比照新路基設(shè)計規(guī)范及設(shè)計文件做出綜合評價，確定貴甕高速工程翁簸大橋采空區(qū)注漿處理符合要求，最終達(dá)到預(yù)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(jié)構(gòu)采空區(qū)填充處理難題。套管鉆進(jìn)及帷幕注漿工藝可以在類似采空區(qū)處理過程中進(jìn)行應(yīng)用，將取得預(yù)期效果。

（作者單位：中交一航局第四工程有限公司）