城市道路采空區(qū)治理工程施工組織設(shè)計(jì)研究

王利春， 郝龍龍

(中冀建勘集團(tuán)有限公司, 河北 石家莊 050227)

1 前言

道路工程中在使用過程中會(huì)存在或多或少的病害[1]，比如采空區(qū)、塌陷等問題較為普遍，如何對(duì)形如城市道路的采空區(qū)進(jìn)行有針對(duì)性的治理，將是十分考究的問題。國內(nèi)學(xué)者們對(duì)高速公路[2-3]、煤礦、城市道路的采空區(qū)、塌陷等問題均有了比較深入的研究[4-5]，道路工程中采空區(qū)治理工程如何設(shè)計(jì)、如何施工、采用怎樣的配合比漿液、施工期間的人員、設(shè)備安全問題，等都是影響治理工程好壞的主要因素，因此如何從工程的角度來解決城市道路采空區(qū)帶來的問題，將是后面研究的主要問題。

基于上述研究和問題，以山西某市政道路為研究背景，探究城市道路采空區(qū)治理工程中的施工專項(xiàng)控制技術(shù)。

2 工程概況

以山西某市政道路為研究背景，本工程采空區(qū)治理由帷幕孔及注漿孔組成。其中帷幕孔171個(gè)，注漿孔692個(gè)，注漿主要工程量見表1。

表1 注漿主要工程量

3 施工組織架構(gòu)

為保證工程的順利實(shí)施，公司組織成立“晉城市晉春街(西環(huán)路- 規(guī)劃道西路)道路采空區(qū)治理工程項(xiàng)目經(jīng)理部”，委派施工經(jīng)驗(yàn)豐富的人員擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理、項(xiàng)目總工，全面負(fù)責(zé)工程的質(zhì)量、生產(chǎn)、安全、后勤等事宜，項(xiàng)目部的組成符合綜合管理制度中有關(guān)任職資格的規(guī)定。本工程施工管理體系設(shè)置如圖1所示。

圖1 施工組織架構(gòu)

項(xiàng)目部在施工過程中將嚴(yán)格貫徹執(zhí)行綜合體系制度中的有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)密組織，科學(xué)管理，精心施工，對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全層層自檢、復(fù)檢，全面接受建設(shè)方、監(jiān)理工程師和質(zhì)監(jiān)部門的監(jiān)理、監(jiān)督，杜絕不合格產(chǎn)品流向下一工序，確保工程按期完成。

4 施工方案及主要技術(shù)措施

4.1 施工流程

城市道路采空區(qū)治理過程常常需要經(jīng)過采空區(qū)的測(cè)量定點(diǎn)、鉆孔、漿液配合比研究、拌制現(xiàn)場(chǎng)施工漿液、現(xiàn)場(chǎng)施工注漿、根據(jù)注漿標(biāo)準(zhǔn)判斷是否注漿完成、停止注漿、封孔等幾個(gè)步驟，具體流程如圖2所示。

圖2 采空區(qū)治理工程施工流程

4.2 主要技術(shù)措施

采空區(qū)治理工程施工主要技術(shù)包括鉆孔、澆筑孔口、漿液制備、注漿等幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，下面對(duì)各主要關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)論述。

1)鉆孔

(1)鉆孔前應(yīng)進(jìn)行精確測(cè)量定位，確保鉆孔位置的精準(zhǔn)性。

(2)在鉆孔過程中，首先從施工界面比較低的位置向施工界面比較高的位置進(jìn)行，這樣可確保鉆孔過程中的穩(wěn)定性。

(3)針對(duì)帷幕和注漿兩種采空孔，應(yīng)先對(duì)帷幕采空孔施工，再對(duì)注漿形成的采空孔施工。

(4)保持鉆孔施工與注漿施工的進(jìn)度匹配，鉆孔可超前注漿1～2 孔(兩孔間距為15 m)。

(5)如若在施工過程中，發(fā)現(xiàn)了翻漿、水涌等事故，要及時(shí)疏散人員，事后分析產(chǎn)生這種事故的主要原因，有針對(duì)性的提出治理辦法，確保鉆孔過程中的人員、設(shè)備安全問題。

2)澆鑄孔口管

澆鑄孔口管的結(jié)構(gòu)如圖3所示，由圖3可知，澆鑄孔口管主要有壓力表、注漿管、托盤等組成，通過位于注漿管上方的注漿口灌入事先配置好的具有一定配合比的漿液，漿液順著注漿管直達(dá)采空區(qū)，逐漸填滿整個(gè)采空區(qū)，通過注漿管最上方的壓力表實(shí)時(shí)測(cè)量采空區(qū)、注漿管中的壓力，當(dāng)采空區(qū)、注漿管中的壓力達(dá)到一定指標(biāo)和技術(shù)要求時(shí)，即認(rèn)為采空區(qū)已被漿液填滿，可結(jié)束終止灌漿。

圖3 注漿孔澆鑄孔口管結(jié)構(gòu)示意

3)漿液制備

上述第二步的澆鑄孔口管過程中用到的漿液要在實(shí)驗(yàn)室通過配合比設(shè)計(jì)來確定漿液的各組分組成情況，不同的組成情況不僅會(huì)影響漿液的流動(dòng)性、工作性能和壓力情況，還會(huì)影響采空區(qū)的填滿飽和度和漿液凝結(jié)時(shí)間，因此十分有必要對(duì)漿液進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

配合比設(shè)計(jì)計(jì)算公式為

X1/(X2+X3)=R1

(1)

X3/X2=R2

(2)

X1/D1+X2/D2+X3/D3=V

(3)

式中，X1、X2、X3分別為水、水泥、粉煤灰在組成成分中的質(zhì)量；R1為水固比，R2為固相比(X3/X2)；D1、D2、D3分別為水、水泥和粉煤灰的比重，分別取值為1 kg/L、3 kg/L、2.1 kg/L；V為預(yù)配置混凝料漿液的體積。

根據(jù)上述計(jì)算公式和實(shí)際情況，不同比例下每1 m3的漿液各組分配置詳見表2。

表2 水泥- 粉煤灰漿液理論配置表

基于上述實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的配合比設(shè)計(jì)，通過施工配合比和實(shí)驗(yàn)配合比之間的相對(duì)關(guān)系，可確定現(xiàn)場(chǎng)用于施工過程中的漿液組分配合比。

確定了現(xiàn)場(chǎng)施工過程中的漿液組分配合比設(shè)計(jì)后，下面要確定的就是如何按照配合比進(jìn)行拌制的過程，拌制過程中的拌合時(shí)間、外加劑添加的含量、時(shí)間等都是影響拌制而成的漿液的使用性能和工作性能。

通過上述拌制問題的分析，在漿液拌制過程中，要嚴(yán)格按照相關(guān)漿液拌制手冊(cè)、規(guī)范等執(zhí)行，確保拌制的漿液符合施工標(biāo)準(zhǔn)，滿足采空區(qū)灌漿的技術(shù)要求，漿液拌制過程如圖4所示。

圖4 漿液拌制過程

漿液拌制完畢后，要對(duì)漿液基本性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試步驟如下：

(1)施工前，應(yīng)按設(shè)計(jì)的注漿漿液配合比進(jìn)行試驗(yàn)，確定漿液的各項(xiàng)參數(shù)。

(2)施工過程中，隨時(shí)監(jiān)控測(cè)定漿液各項(xiàng)參數(shù)和結(jié)石率，確保漿液的合格和85%的結(jié)石率。

(3)測(cè)試技術(shù)要求可按現(xiàn)行《普通砼拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50080—2002)、《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)等中的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4)注漿漿液試塊

注漿漿液按每500 m3制作一組試塊進(jìn)行檢測(cè)，試塊選用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm模具成型，按照標(biāo)準(zhǔn)條件及溫度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(1)當(dāng)采空區(qū)無水時(shí)，漿液的結(jié)石體試件應(yīng)在采空區(qū)的溫度和無水條件下養(yǎng)護(hù)。對(duì)脫模的試塊，每隔1～2 d灑一次水，使其保持潮濕。

(2)當(dāng)采空區(qū)充水時(shí)，漿液的結(jié)石體試件應(yīng)在采空區(qū)的溫度和有水條件下養(yǎng)護(hù)。漿液倒入模具后，應(yīng)訊速置入養(yǎng)護(hù)池中，使其在水中成型，脫模后應(yīng)在原條件下養(yǎng)護(hù)。

5)注漿

在現(xiàn)場(chǎng)注漿過程中，常常不是一個(gè)或者2個(gè)設(shè)備組成的，而是由多個(gè)、若干個(gè)子系統(tǒng)或者設(shè)備組成，注漿系統(tǒng)由料場(chǎng)、一級(jí)攪拌池(機(jī))、二級(jí)攪拌池(機(jī))、供水系統(tǒng)、注漿泵、注漿管道、封孔裝置等組成，此外還包括壓力機(jī)、管道、拌制池、電機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、漿液傳輸系統(tǒng)、漿液再次拌制系統(tǒng)和注漿水泵等，注漿設(shè)備的擺放以及各組成連接情況如圖5所示。

圖5 注漿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

注漿過程中各個(gè)設(shè)備關(guān)鍵施工技術(shù)要求如下：

(1)攪拌池：攪拌池的形狀、尺寸、容量等相關(guān)技術(shù)參數(shù)是影響漿液拌制容量、拌制漿液性能等的基礎(chǔ)條件，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)綜合考慮確定。

(2)蓄水池：蓄水池的容量、數(shù)量、尺寸等要根據(jù)采空區(qū)治理工程的規(guī)模、采空區(qū)數(shù)量及大小、施工配合比等綜合確定，目的是確保在施工拌合過程中由比較充足的水提供，以免因缺水導(dǎo)致延誤工期。

(3)注漿泵：注漿泵的功率、管徑、數(shù)量、位置高度等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際擺放位置合理設(shè)計(jì)與確定。如果采用大功率注漿泵，將產(chǎn)生更大的噪聲、耗電量和經(jīng)濟(jì)成本，如果采用小功率的注漿泵，將會(huì)延長(zhǎng)施工工期，也會(huì)增加一定量的經(jīng)濟(jì)問題。

(4)壓力表：壓力表的目的就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)注漿過程中采空區(qū)和注漿管中的壓力情況，不僅要有高靈敏度、耐腐蝕、防水等功能，還要確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，便于施工人員及時(shí)掌握采空區(qū)注漿情況。

(5)封孔裝置：當(dāng)壓力表顯示采空區(qū)壓力達(dá)到填滿的要求后，要及時(shí)采用封孔裝置堵住采空區(qū)孔口，防止?jié){液流出。封孔裝置的設(shè)置位置要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采空區(qū)的土質(zhì)情況等因素綜合考慮確定，不同高度設(shè)置封孔裝置將對(duì)注漿的阻止情況產(chǎn)生不同的影響。

(6)注漿管：注漿管是漿液從注漿口達(dá)到采空區(qū)的唯一管道和途徑，注漿管的直徑、材料、長(zhǎng)度和連接都是十分考究的因素。

5 施工進(jìn)度計(jì)劃控制

為保證工程進(jìn)度按計(jì)劃進(jìn)行，施工過程中成立以生產(chǎn)管理部為主，其他相關(guān)部門進(jìn)行配合的工期保證體系，建立勞動(dòng)定額完成情況檢查組，定期檢查生產(chǎn)進(jìn)行情況，及時(shí)匯總完成的工作量。實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度發(fā)生偏差時(shí)，認(rèn)真分析、查找原因，制定糾偏方案，及時(shí)調(diào)整勞動(dòng)力和設(shè)備配置，使施工進(jìn)度能夠按計(jì)劃進(jìn)行。

5.1 施工進(jìn)度計(jì)劃

根據(jù)工程內(nèi)容，本工程施工分施工準(zhǔn)備階段、注漿孔施工階段，具體見表3。

表3 主要項(xiàng)目階段工期計(jì)劃目標(biāo)表

1)施工準(zhǔn)備階段

該階段工作主要包括：施工駐地建設(shè)；施工臨時(shí)道路的整修、修建；施工場(chǎng)地平整；蓄水池、攪拌池的修建以及鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)、安裝及就位等前期準(zhǔn)備工作，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的踏勘，按照整體規(guī)劃，該階段在一周內(nèi)施工完畢。

2)帷幕孔施工

首先進(jìn)行帷幕孔施工，15 臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)開始施工，計(jì)劃在10 d內(nèi)完成。

3)注漿孔施工階段

(1)帷幕孔施工完畢后，進(jìn)行注漿孔施工，計(jì)劃在38 d內(nèi)完成。

(2)注漿工作的配備應(yīng)保證各鉆機(jī)成孔后隨即注漿施工。

(3)本工程總工期為60 d，在除去鉆機(jī)、天氣、原材等意外情況耽誤的時(shí)間外，爭(zhēng)取在規(guī)定日期內(nèi)完成所有工作量。

5.2 工期影響因素分析

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，本合同段工程影響工期的主要因素如下：

(1)主要施工設(shè)備的施工性能和施工效率是影響施工的主要因素。

(2)施工場(chǎng)地是否具備施工條件和機(jī)械的運(yùn)作要求是影響施工進(jìn)度的重要因素。

(3)輔助設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是施工進(jìn)度的重要保證。

(4)人員的合理安排會(huì)提高工程進(jìn)度。

5.3 工期保證措施

為確保本合同段工程按計(jì)劃工期完成，將在施工期間采取以下工期保證措施：

(1)從組織體制上有效保證工程施工的順利進(jìn)行。

(2)采用先進(jìn)的施工技術(shù)和施工機(jī)械，安排一些維修水平高、責(zé)任心強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)維修人員，全方位保障工程順利進(jìn)行，同時(shí)，根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃安排，靈活考慮增加施工設(shè)備措施。

(3)原材料正常供應(yīng)是保證工程正常進(jìn)行的重要因素，因此項(xiàng)目部應(yīng)做好原材料的組織與管理工作，做好原材料的計(jì)劃，確保原材料供應(yīng)滿足施工需求。同時(shí)做好原材料的儲(chǔ)備，減少意外事件和天氣對(duì)工程的影響。

(4)項(xiàng)目經(jīng)理部將根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，做出有效的物資采購實(shí)施計(jì)劃，保證施工所需物資及時(shí)供應(yīng)。

6 注意事項(xiàng)

(1)對(duì)單層采空區(qū)宜采用一次成孔、自下而上，一次全灌注施工。注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法，根據(jù)設(shè)計(jì)比例采用泥漿黏度計(jì)來控制泥漿的粘結(jié)度，注漿開始后，要定時(shí)觀測(cè)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(shí)際情況及時(shí)調(diào)整注漿量和漿液濃度。

(2)注漿時(shí)，應(yīng)避免在短時(shí)間內(nèi)注入大量的水泥粉煤灰漿，當(dāng)注漿量較大時(shí)(單孔注漿量大于設(shè)計(jì)單孔注漿量尚未達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時(shí))，應(yīng)選擇間歇注漿，并會(huì)同有關(guān)部門分析原因。間歇注漿的間歇時(shí)間不小于6 h，間歇時(shí)應(yīng)對(duì)該受注孔清水沖洗10 min，并用堵帽(頭)對(duì)受注孔注漿管進(jìn)行封堵。

(3)注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：①注漿結(jié)束壓力原則上應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，一般為1.0～1.5 MPa。在注漿孔的注漿末期，泵壓逐漸升高，當(dāng)泵吸漿量小于50 L/min 時(shí)，孔口管壓力在1.0～1.5 MPa，穩(wěn)定10～15 min后，可結(jié)束該孔的注漿施工；②當(dāng)注入一定漿量，孔口壓力不小于0.3 MPa，若出現(xiàn)注漿孔周圍有跑漿等現(xiàn)象時(shí)，可報(bào)監(jiān)理工程師同意后結(jié)束該孔的注漿施工。

7 結(jié)論

主要結(jié)論如下：

(1)采空區(qū)的治理核心主線就是有良好的施工組織架構(gòu)，才能保證采空區(qū)治理過程中的安全、質(zhì)量等問題。

(2)采空區(qū)治理工程要明確注漿間隙時(shí)間、注漿結(jié)束壓力和注漿飽滿情況等關(guān)鍵注意事項(xiàng)。