高速公路采空區注漿處理技術

（山西交通建設監理咨詢集團有限公司，山西 太原 030006）

采空區是某一空間的絕大部分地下礦床、礦物采集完成后所留下的區域。一般按采礦深厚比分為淺層采空區、中深層采空區和深層采空區，或者按采空區形成和停采時間分為新采空區和老采空區。我國部分地區高速公路建設項目會經過煤礦采空區，對采空區的處理成為了施工技術人員必須掌握的內容。筆者將結合工作經驗，簡要介紹高速公路采空區注漿處理技術。

一、采空區常用治理方法

采空區治理一般根據地質條件、道路條件、施工條件等，選擇技術可行、經濟合理、滿足進度要求的方法。采空區治理方法主要包括注漿法和非注漿法，非注漿法主要包括砌筑法、開挖回填法和橋跨法。

（一）注漿法

向地基土中填充能夠將空間內部或者表面空隙填滿以及使礦物質沉積于空隙間的漿狀材料，材料水分蒸發后可提高物體的強度或防滲透性。注漿法適用范圍較廣，主要有提高地基承載力、帷幕、防止地表下沉、防止滑坡等作用。

（二）非注漿法

1、砌筑法。在采礦后形成的空洞內人工回填砌筑，將砌體與洞頂緊密接觸，起到支撐頂板的作用，保證采空區上覆巖層的穩定性。砌筑法主要用于礦層開采后未全部崩塌墜落、采空區空間足夠大、通風條件好，不會對開展人工作業等各種活動產生較大阻礙的區域。干砌法適用于公路路基部位的采空區，漿砌法適用于公路地基較重要部位的采空區。

2、開挖回填。將開采目標定位路基的下淺層等區域進行回填。適用于治理地基淺層、高邊坡地段等。

3、橋跨法。以橋的方式跨越采空區不穩定地段。適用于開采規模小、開采深度不大的采空區。

二、注漿處治工程的一般設計

（一）采空區注漿處理的范圍

采空區治理長度為公路路線走向的實際分布長度，當采空區采礦層厚度較大，地表變形破壞嚴重，應考慮增加覆巖移動影響范圍內的治理長度；采空區治理寬度主要考慮路基層的寬度、維護帶的寬度和采空區覆蓋巖石區域的影響的寬度；采空區治理深度一般為至底板下1m處。

（二）注漿路段的劃分

根據采空區上方通過的路基或結構物不同，在設計上劃分為路基采空區、橋隧采空區和橋隧路基過渡段采空區三種。橋隧及過渡段采空區設計一般與路基地段不同，孔距較密，對注漿結速標準、注漿漿液的質量要求較高。

（三）注漿量的計算

A——為注漿總量耗損系數，取值在1.0～1.5之間；

S——為采空區治理面積，其值為采空區治理長度與寬度的積（m2）；

m——為采空區采礦厚度（m）；

K——為回采率，一般通過采礦實際調查確定；

V——為采空區剩余孔隙率，其取值在0.2～1之間；

N——為注漿充填系數，取值在0.75～0.95之間；

C——為漿液結石率，取值在0.7～0.95之間。

（四）鉆孔布設

帷幕孔和注漿孔分別按不同的孔距布設，帷幕孔一般布設一排，孔距在10～15米之間；注漿孔排距15～25米，每排孔距10～25米。當采空區連通性、頂板完整性較好，采出率較小時，孔距也一般相對較大。

三、注漿施工和質量要求

（一）注漿材料及技術指標

1、注漿原材料。水應符合混凝土用水要求。水泥強度等級不應低于32.5級，優先選用礦渣水泥，必須嚴格依照國家發布的質量標準。粉煤灰一般使用散排粉煤灰，也可以使用其他符合國家二級或者三級標準的粉煤灰。粘土塑性指數必須要不小于14，粘粒含量不宜低于25%，砂含量不大于3%。骨料應為質地堅硬的天然砂、人工砂或粒徑不大于10mm的碎石。外加劑的水玻璃模數宜為2.4～3.0，濃度宜為30～45°Bé。

2、漿液配合比及漿液指標。漿液的種類主要有水泥粉煤灰漿液、水泥漿液、粘土漿液及化學漿液等，目前使用最廣的是水泥粉煤灰漿液。水泥粉煤灰漿液中的水泥和粉煤灰的比例一般在1：9到3：7之間，28天強度一般在0.3～2.5MPa范圍，結石率在0.7～0.95注漿，充填率在0.75～0.95范圍。

在使用前應先進行配合比設計和檢驗。實踐證明，水固比1：1太稀，1：1.4及以上太稠，均不宜使用。

（二）采空區注漿處治施工工藝流程

（三）采空區注漿施工工藝及要求

1、定點。鉆孔孔位的放樣偏差不大于0.5m。受地形影響，鉆孔位置不能放在設計位置時，應在設計和監理工程師的認可下進行調整。

2、成孔工藝。用直徑127mm的鉆頭鉆至完整基巖6m后，下入114mm的套管護壁，再用直徑89mm的鉆頭鉆至采空區的冒落帶或底板下1m處。

3、成孔要求。應分至少兩個序次進行鉆孔施工，并按布置注漿孔和帷幕孔總數的3～5%進行全孔取芯，采空區冒落帶部位的巖芯采取率不應小于30%，其他部位不小于60%。鉆孔施工要做好鉆探記錄、巖芯編錄和拍照。鉆孔過程中必須測量孔斜，不合格時要及時糾正或補救，至裂隙帶和冒落帶時必須用清水鉆進，結束后應沖洗鉆孔，以免堵塞有效注漿區域。鉆孔遇到洞穴、塌孔或掉塊時，可采用跟管鉆進或先灌漿處理后再鉆進。對非取芯孔，當鉆孔孔深接近設計的采空區底板時，要用取芯鉆頭對底板進行取芯，以確認達到采空區底板。

4、下注漿管、澆注孔口管。注漿管和孔口管既是注漿時漿液進入孔內的通道，也是防止漿液從孔口外流的止漿裝置，可以采用似法蘭盤簡易止漿法或止漿塞、套管等方法止漿，可根據實際情況進行選用。

（四）漿液的拌制

漿液應按批準的設計配合比配置，并進行隨機抽查。材料的配料誤差應小于2%。水使用用水表計量，水泥可按袋、稱量或用定量容器計量，粉煤灰可稱量或用定量容器計量。

漿液的拌制應分兩級漿池進行，在一級漿池內先放入水，邊拌和邊加入水泥和粉煤灰直至攪拌均勻，一般不得少于3min。把拌和好的漿液經過5mm孔徑濾網放入二級漿池，在二級漿池內加入外加劑，邊拌和邊注漿。

（五）注漿

注漿開始前先進行空隙、裂隙地壓水沖洗，沖洗壓力一般為注漿壓力的80%，并不大于1MPa，沖洗時間5～10min。沖水量大于100L/min時，可停止沖洗。對遇水性能惡化的巖層，注漿前可不進行空隙、裂隙的壓水沖洗。注漿前應測量注漿孔及鄰孔的孔深、水位，如果注漿孔孔深與實測孔深相差較大時，應重新掃孔至設計標高；注漿過程中，由于串漿或其它原因造成堵孔，必須掃孔后再注漿。

注漿工作開展的步驟為：首先進行大致處于同一地段的采空區注漿，從邊緣帷幕孔開始，后進行中間注漿孔注漿。傾斜采空區應采取從深至淺的施工次序，先對沿傾向深部采空區邊緣孔進行施工。帷幕注漿必須按分序間隔、間歇的原則進行。

為了保證采空區注漿質量，漿液應滿足施工規定并盡量濃稠。引起變漿現象有三種情況：一是注漿壓力一定，減少單位吸漿量，或水固比和單位吸漿量一定，改變壓力；二是注漿壓力或單位吸漿量一定，且一定濃度的漿狀物注入量達到某一標準，提高濃度；三是單位吸漿量在250L/min以上，提高濃度。注漿時如果漿液流出孔口，可降低壓力或提高濃度。

（六）結束注漿

注漿工作收尾時，泵壓將上升。泵量在70L/min以下，孔壓處于1.0MPa～3.0MPa之間，注漿工作可以在15min左右結束；橋隧下伏采空區處治孔口結束壓力宜控制在2.0～3.0MPa，泵量小于50L/min，當濃漿達到孔口并封孔時，注漿工作結束。