公路采空區地基注漿施工問題探討

陳建平

（撫州博信公路工程監理有限公司，江西 撫州 344000）

1 工程概況

某高速公路采空區路基位于公路正線K20+145～K21+467段，采空區路段地層為華北地層區，且該路段目前所形成的采空區面積較大，上覆巖層塌陷冒落，由下至上便形成塌陷冒落區、裂隙區和整體彎曲區，部分地表已經發生變形，導致路面出現裂縫、裂隙及沉降。公路管理部門根據注漿設計理論并通過注漿室內外試驗，決定對該路段采空區路基進行全注漿充填處理。根據采空區路基注漿工程特點和前序孔補充勘察情況，確定注漿孔孔距和孔數，并以摻粉煤灰的漿液為主要灌漿材料，為節省施工成本，應在符合設計要求的前提下盡可能用粉煤灰代替水泥；施工過程應最好一次成孔、一次灌注，注漿管也應拔出后重復利用，以達到控制漿液流失的目的。

2 注漿施工工藝

按照相關規范要求，在進行注漿施工前必須按照設計要求進行測量放樣和場地平整，并通過布設探孔探明采空區地基巖性、采空區寬度及走向等，并用石灰撒出輪廓線。通過地坪鉆鉆孔后連通采空區地基和擬建工程場地，并結合勘探鉆機預鉆孔。按設計要求制備好的漿液從預鉆孔孔洞內灌入采空區及其上部巖層裂隙內，直至灌滿后移至下一孔位繼續灌漿，最終將全部采空區地基空洞和巖層裂隙全部灌滿水泥粉煤灰漿液，待漿液凝固后和原地基巖層固結成整體結構。

2.1 施工準備

本公路采空區地基注漿施工主要使用1臺經緯儀或全站儀，1臺水準儀，1把50m鋼卷尺，5臺D127型回轉式鉆機，1臺1000kW發電機，1臺250L攪拌機，1臺150L注漿泵，D50注漿管，1臺YC-10m水泵，1臺交流式電焊機，1臺75kN變壓器，1個5m鋁合金塔尺，1根100m附線墜的測繩，4輛0.1m3的手推車和10把尖鐵鍬。

在施工準備階段還應根據業主所確定的工程樁進行測量放樣，放出注漿施工的輪廓線，并設置好護樁再進行孔位線測放。完成測量放樣后應平整場地，確保平整度達到-100～100mm范圍，并按照1%設置坡度，保證施工場地內排水順暢；按設計要求將場地碾壓密實，以便于施工機械行走、停放、架設。

2.2 孔位布置

鉆孔孔位應按照均勻原則呈梅花形布置，為避免漿液流失，還應在治理段邊緣增設帷幕孔[1]。注漿孔的孔距、排距等必須結合經驗值并根據現場試驗確定，試驗內容還應包括注漿原材料配合比、成孔施工工藝、注漿設備選型及注漿施工工藝等[2]。

具體而言先進行采空區截止段端頭帷幕孔鉆孔灌漿，待孔內漿液灌注完成后再按照次序進行長度方向兩側注漿孔的鉆孔注漿，最后是中間注漿孔鉆注。注漿孔孔徑應控制在130～150mm范圍內，在變徑處理后，其終孔直徑應至少為90mm，對于需要投放骨料的注漿孔，其鉆孔孔徑和終孔直徑應至少為150mm和108mm。結合國內類似公路采空區地基注漿施工經驗，如果變徑深度未到達完整基巖，則注漿施工過程中必然會有大量漿液流進風化裂隙并串入松散層，甚至冒出地面，既造成漿液損失，又不利于注漿孔施工質量控制，所以本工程注漿孔和帷幕孔變徑深度應控制在進入完整基巖后的8-1m。為充分掌握公路采空區地基巖性、地層產狀等情況，以便為鉆孔和注漿施工提供參考資料，應按注漿孔和帷幕孔總數的3%～5%確定施工取芯孔數量，采空區和其他部位巖心采樣率至少為30%和60%。為控制注漿效果，還應進行鉆孔測斜處理，每個鉆孔在50～100m的長度內測斜1次，且孔斜率應控制在1.5°/100m以內。

本工程采用φ127mm開孔鉆機按照設計要求等距離鉆孔，鉆孔過程中同時進行泥漿護壁，鉆進至采空區時停鉆并撤出鉆桿，檢查鉆孔質量，如果不存在塌孔、孔斜等問題，則設置注漿管進行水泥黏土漿液或水泥粉煤灰漿液灌注，注漿壓力按照0.5～2.0MPa控制。護壁泥漿液必須結合地基土質在施工現場配置、調試，以確保鉆孔及注漿過程中不發生塌孔事故。

2.3 漿材選擇

結合本公路采空區富水層特點，在進行漿液材料確定時必須充分考慮地下采空區環境、漿液凝固時間、漿液離析、漿液性質變化、施工要求等因素，按照因地制宜就地取代的原則，本工程采用高摻加量的粉煤灰水泥漿液。本工程所使用的水泥、粉煤灰、水玻璃等注漿原材料均必須通過檢驗，確保質量合格。

注漿材料采用強度等級32.5以上的普通硅酸鹽水泥和粉煤灰，結合注漿材料相關試驗結果，水泥摻加量≤5%的粉煤灰漿液在水下很難凝固，而水泥摻加量<20%的粉煤灰漿液在水下運動后，會因發生擴散和離析而使其強度大大降低，所以本工程水泥摻加量應控制在20%以上，以保證注漿材料硬化28d后抗壓強度>1MPa。按照設計要求，裂隙和空洞充填密度應至少為75%，漿液水灰比應控制在0.8∶1，以保證其凝結時間在12～36h之間。初始注漿采用稀漿，而對于大空洞必須改用水灰比0.5∶1～1∶1.0的濃漿。為防治路基范圍最外側注漿孔漿液的流失，應按水泥質量3%的比例摻加速凝劑水玻璃。

2.4 注漿施工

本公路采空區地基注漿施工前先向鉆孔內沖水5～8min，注漿時先灌注水灰比1.0∶1的稀漿，再灌注水灰比0.8∶1的濃漿。采用間歇注漿法注漿的過程中，間歇時間應至少為12h，為保證注漿管暢通，還應在間歇前適量壓水。結合施工前所進行的室內漿液初終凝試驗，上段和下段注漿時間間隔應至少為36h。

對于中間第一序次注漿孔進行間歇式定量注漿，單孔注漿量應控制在正常注漿量的1.3～1.5倍，且在注漿施工時按照單孔設計注漿量的0.5倍和0.75倍進行間歇控制，待單孔設計注漿量完成后即可結束灌漿。中間第二序次注漿孔通過定壓方式注漿，全部注漿孔均達到注漿施工結束標準后結束注漿。

通過間歇式定量注漿的方式進行邊緣注漿孔注漿施工，本工程全部邊緣注漿孔平均注漿量應按照300m3控制。第一序次和第二序次邊緣孔單孔設計注漿量分別按注漿體積平均流量的1.3～1.5倍和0.7～1.0倍控制。邊緣孔注漿施工原則上應按100m3的平均注漿量確定間歇時間，單孔注漿量達設計水平后結束注漿。

本公路采空區地基中間注漿孔當灌漿壓力超過0.6MPa，漿液體積流量在50～70L·min-1范圍內保持穩定且穩定時間不小于15min時結束灌漿；邊緣注漿孔當灌漿壓力達到0.5～2.0MPa，漿液體積流量在5～20L·min-1區間內保持穩定且采空區基巖吸漿體積流量達20～50L·min-1，穩定時間不小于15min時結束灌漿。

3 結語

本工程施工結果表明，進行采空區地基治理后地基的變形應當符合公路工程地基穩定性的相關要求，即采空區地段經治理后在施工及運營過程中，地基能充分有效承載路面結構自重及行車、行人荷載，不發生影響公路工程正常施工和使用的變形，以確保公路工程安全運行。本公路工程采空區路基治理已完工近1年多，經第三方檢測機構通過綜合物探及鉆探等方法對采空區地基注漿充填加固效果檢測的結果表明，處置結果完全符合設計及規范要求。