注浆法在高速公路下伏采空区治理中的应用

道路工程Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　注浆法在高速公路下伏粟空区　王　恒，刘　刚　（中交公路规划设计院有限公司，北京１０００８８）　摘要：通过分析采空区对高速公路的潜在威胁，探讨注浆法对高速公路下伏采空区进行处理的措施，对于消除采空区威　胁，提高采空区承载力，保证隧道的结构安全有一定的意义。　关键词：注浆法；采空区；治理　中图分类号：Ｕ４１２．３６６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—４７８６（２０１２）１２—０１０８—０３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｍｉｎｅｄ　Ａｒｅａｓ　Ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ＷＡＮＧ　Ｈｅｎｇ，ＬＩＵ　Ｇａｎｇ　（ＣＣＣＣ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｅｍｐｔｙ　ａｒｅａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｈｒｅａｔｓ　ｔｏ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｄｅａｌｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｍｉｎｅｄ　ａｒｅａｓ　ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ　ｕｎｄｅｒ　ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｓｏｍｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｏ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅｄ　ａｒｅａｓ　ｔｈｒｅａｔ，ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｍｉｎｅｄ　ａｒｅａｓ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｔｕｎｅｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓａｆｅｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｍｉｎｅｄ　ａｒｅａｓ；ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　山西为我国产煤大省，经过多年的开采形成了　分布广泛的采空区，由于开采历史较长，大部分采　空区的开采资料丢失，加之部分煤矿私自开采、越　界开采现象存在，给确定采空区范围带来一定困　项目区一带地形沟梁相间，起伏变化较大。最　大相对高差２２５ｍ。　根据成因及形态，本区段地貌属构造侵蚀剥蚀　中高山区，地面标高介于ｌＯ００ｍ　１５００ｍ，山顶较平　难。由于采空区分布广泛，高速公路建设不可避免　地要通过一些已形成的采空区。目前国内对已经形　成的采空区，还没有成熟有效的理论及处治方案。　缓，大部分被黄土覆盖，局部基岩裸露，侵蚀切割强　烈，沟谷发育，多呈“Ｖ”形谷，切割深度５０ｍＭ００ｍ。　１．２　地层岩性　本文结合工程项目的实际经验，综合考虑造价　等因素采用注浆法对采空区进行处理．在项目施工　中取得了良好的效果。　１　项目概况　项目区分布地层主要为奥陶系中统峰峰组、石　炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统　山西组和下石盒子组及第四系上更新统和全新统等。　１．３　可采煤层　本项目是国家高速公路青岛至兰州公路山西境内　的一部分，根据地质调查及搜集的相关资料显示，　线路沿线煤矿采空区主要分布于Ｋ２０３＋５１５～Ｋ２１２＋　２７０段。采空区主要分布于Ｋ２０９＋３３０－－Ｋ２１０＋８００（ＷＹＬ　可采煤层包括如下两种：　ａ）２号煤层　位于山西组下部，为区内主要可　采煤层之一，厚０．５ｒｎ＾４．１ｍ，平均２．６ｍ，含１～３层夹矸，　煤层结构简单，顶板岩性以泥岩为主，局部为粉砂　岩、砂岩，底板以泥岩为主，局部为粉砂岩、砂岩；　隧道）的。ＷＹＬ隧道（右线Ｋ２０９＋３４７．２～Ｋ２１０＋７８０．２，　左线ＺＫ２０９＋３３５～ＺＫ２１０＋７７９．４４）全长１４３３ｍ　ｂ）１０号煤层　位于太原组下部，为区内主要　可采煤层之一，上距２号煤层６０．３６ｍ～６３．２１ｍ，平均　６１．６９ｍ，煤层厚１．５ｍ～２．７ｍ，平均２．５ｍ，含０～３层夹　（１４４４．４４ｍ）。隧道左右线均位于２号煤层之上。　１．１　地形地貌　１０８Ｉ交通标准化　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ道路工程　矸，煤层结构简单，顶板岩性以泥岩为主，局部为　石灰岩或粉砂岩．底板以铝土质泥岩为主。　１．４　地质构造及地震　件许可时，配合井下空巷回填、砌碹、阻浆墙等工　程效果更好。　４　采空区处治方案　本采空区治理区的地震基本烈度为Ⅶ度．地震　动峰值加速度为０．１５ｇ。地震动反应谱特征周期为　０．４０ｓ。　本项目区的采空区分布地段地形相对较平缓。　交通条件较好；分布的采空区有二叠系山西组２＃煤　和石炭系太原组１０＃煤两层采空区。埋深一般在　２２ｍ～１６２ｍ，主要是在２０００年之前开采形成的。多　１．５　采空区勘查成果概述　主要结构物均位于２号煤层上方，因而需要考　虑２号和１Ｏ号煤层两层采空区的影响。　根据瞬变电磁和电测深勘测成果，参照沿线地　数已坍塌或冒落；区内岩层产状相对较平缓，一般　在５。～１０。；不适宜于非注浆法。采用全充填压力注　浆法治理技术上可行，经济上也比较合理。考虑到　地下采空区可能已大面积冒落。因而本设计方案为　地面注浆处理　理论和实践证明，采空区通过注浆治理后．地　质钻探揭露情况，并结合搜集到的沿线煤矿采掘工　程平面图及野外地质调绘情况，综合确定采空区分　布范围为Ｋ２０９＋３３０一Ｋ２１０＋１４０、Ｋ２１０＋２５０～Ｋ２１０＋　３９５、Ｋ２１０＋４７０一Ｋ２１０＋６１５和Ｋ２１０＋７００～Ｋ２１０＋８００　表倾斜值、曲率值和水平变形值满足建筑物地表容　许变形值，具有良好的治理效果。　４．１　采空区处治标准　段，总长度１１５６ｍ。其中Ｋ２０９＋３３０～Ｋ２０９＋３９５、　Ｋ２１０＋２７０一Ｋ２１０＋３９２和Ｋ２１０＋４７０～Ｋ２１０＋５９０段分布　有石炭系太原组１０号煤层采空区：其余为二叠系山　西组２＃煤层采空区　采空区埋深在３５ｍ～２１０ｍ之间．　本项目的采空区处治设计依据采空区勘察成　果，结合工程类型及其重要程度采用不同的治理标　准，工程类型分桥梁和隧道以及路基两大类，治理　范围、注浆材料、注浆压力及充填率、检测视工程　类型有所差异．主要体现在如下几个方面：　位于设计标高以下３７ｍ～５４ｍ。　２　采空区处治设计原则及标准　２．１　采空区处治设计原则　采空区处治后．地基变形应满足公路工程对地　基稳定性的要求。　２．２　采空区治理等级　ａ）　醒　水泥与粉煤灰比例桥梁和　隧道段为３：７，路基段为２：８；　ｂ）　互　压塑廑　桥梁和隧道段Ｉ＞２．０ＭＰａ，　采空区治理等级主要是根据治理难度和工程量　高速公路路基段Ｉ＞０．６ＭＰａ；　大小进行划分的。本工程的采空区治理难度属三　级：短壁或长壁式开采，地下空洞率较高，地表稳　ｃ）鏊　ｄ）　匿　壅　桥梁和隧道段≥９０％，高速　桥梁和隧道段为２ＭＰａ－３ＭＰａ，　公路路基段Ｉ＞７５％；　路基段为１ＭＰａ～１．５ＭＰａ；　定性较差，采空区治理难度和工程量均较大。　２Ｉ３　采空区处治方案选择的原则　在选择采空区治理方法时。一般应遵守的原则　如下：　ｅ）单位压水量　桥梁和隧道段￣＜５０Ｌ／ｍｉｎ，高　速公路路基段￣＜７０Ｌ／ｍｉｎ；　ａ）在技术上可行、经济上合理，又能满足进度　的要求；ｂ）根据采空区的地基条件、道路条件及施　工条件等进行选择。　３　注浆法的基本原理　ｆ）孔内弹性横波　高速公路路基段、桥梁和　隧道段均为≥１６０ｍ／ｓ。　４．２　采空区处治设计　４．２．１　采空区处治范围　公路采空区的治理方法主要有注浆法和非注浆　法（包括干砌法、浆砌法、开挖回填法和桥跨法）。　本项目采用的方法是全充填压力注浆法：即在地表　打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥、粉煤灰浆注　根据勘查成果和相关煤矿的采掘工程平面图确　定采空区治理段落如下：　ａ）Ｋ２０９＋３３０～Ｋ２１０＋１４３段：ｂ）Ｋ２１０＋２３６～　Ｋ２１０＋４０５段；ｃ）Ｋ２１０＋４０５～Ｋ２１０＋６１５段：ｄ）Ｋ２１０＋　６５２～Ｋ２１０＋８００段。　入采空区和上覆岩体裂隙中。浆液经过固化、胶结　形成结石体，对其上覆岩层形成支撑作用，阻止上　４．２．２　采空区处治宽度　以拟建高速公路边线（路堤应以两侧路堤坡脚　覆岩层进一步冒落。保证上部建筑物安全稳定。条　２０１２年６月第１２期ｌ１　Ｏ９　道路工程Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　外１ｍ为界，路堑应以两侧堑顶边缘为界，桥梁以　本区煤层开采７：２ｏｏｏ￣左右，部分采空区已冒落．　当Ｋ２０９＋３３０￣Ｋ２０９＋３９５和Ｋ２１０＋２５０￣Ｋ２１０＋６１５段钻孔　桥墩外侧２．５倍桩径范围边线为界，隧道以隧道边　线为界）为受护范围，向外增加维护带宽度（Ｂ），然　钻进至１０＃煤层底板以下，其余路段钻孑Ｌ钻进至２＃　煤层底板以下．可采用法兰盘简易止浆法一次完成　后松散层按４５。角、基岩按６８。角分别计算移动带宽　度，最后相加即为采空区处治的宽度（Ｌ）。根据物　探勘测资料采用垂直剖面法计算采空区处治宽度如　表１所示。　表１　采空区处治宽度表　止浆。对钻探过程中严重坍塌孔宜采用套管止浆。　４．３．４　浆液配合比设计　注浆浆液为水泥粉煤灰浆．其水固比为１：１．５～　１：１．０。水泥占固相的２０％～３０％（路基取小值，桥、　隧取大值），粉煤灰占固相的７０％～８０％（路基取大　Ｋ２０９＋３３０　Ｋ２１０＋１４３　Ｋ２１０＋２３６～Ｋ２１０＋４０５　Ｋ２１０＋４０５—　Ｋ２１０＋６１５　Ｋ２１０＋６５２　Ｋ２１０＋８００　ｌ　ｉ　　ｌ　ｌ１２５ｍ一１７５ｍ　１３６ｍ一１６ｌｍ　５０ｍ一１６４ｍ　４６ｍ一４８ｍ　值，桥、隧取小值）。帷幕孑Ｌ采用较稠的浆液或在　浆液中掺加水泥重量２％的速凝剂，使注入采空区　的浆液尽快凝固．以形成帷幕，防止浆液流失。　４．３．５　浆液配比　水泥、粉煤灰浆液比为：桥梁和隧道段３：７，　路基段２：８。　４．３．６　浆液结合体强度　浆液结合体的无侧限抗压强度桥梁和隧道段≥　２．ＯＭＰａ，路基段≥０．６ＭＰａ。　４．３．７　注浆压力　桥梁和隧道段注浆压力为２ＭＰａ～３ＭＰａ，路基　段注浆压力为１ＭＰａ￣１．５ＭＰａ。　４．４　注浆量设计　４．３　注浆（帷幕）孔设计　４．３．１　注浆ｆ帷幕１孔布设　帷幕孔沿治理范围周边布置。孑Ｌ距ｌＯｒｅ。注浆　孔在治理范围内尽可能按梅花形布置，孑Ｌ距１５ｍ。　排距在高速公路线维护带范围内ｌＯｍ，以外为１５ｍ　４．３．２　钻孔结构　钻孑Ｌ结构包括如下几个方面：　ａ）孑Ｌ深　Ｋ２０９＋３３０～Ｋ２０９＋３９５和Ｋ２１０＋２５０一　Ｋ２１０＋６１５段一般注浆孔（含帷幕孔）实际孔深以揭　穿１０＃煤底板ｌｍ为准，其余路段以揭穿２｝｝煤底板１ｍ　为准（取芯孔除外）；　ｂ）孔径　钻孔开孔直径宜在１３０ｒａｍ～１５０ｒａｍ，　注浆浆液结石率按８０％计算，浆液对采空区及　上覆岩层中的裂隙、裂缝的充填率要求：桥梁和隧　道段为≥９０％，路基段为≥８０％。考虑到注浆过程　中的浆液损失，注浆量按式（１）计算：　Ｑ总＝Ａ・△　・　／ｃ　式中：Ａ——浆液损耗系数，取１．２；　进入完整基岩６ｍ后变径，终孔直径不小于９１ｒａｍ；　ｃ）取芯　为了验证采空区埋深，布置一定数　量取芯孔，取芯孑Ｌ数量应占注浆孔和帷幕孔总数的　５％。采空区段和岩层破碎段岩芯采取率不低于　３０％，其它部位不低于６０％；　ｄ）注浆管径　选用直径不小于西５０ｍｍ或西１　２７ｍｍ　的钢管，需投人骨料时，管径不应小于８９ｒａｍ。　４．３．３　止浆　序号　１　２　３　４　（１）　△　——空隙体积：　＂——充填率，取８０％一９０％；　ｃ——浆液结石率，取８０％。　采空区注浆量见表２。　表２　采空区注浆量　位置　空隙体积×１　２号　１０号　浆液损耗系数　１－２　１．２　１．２　１．２　充填率（％）　浆液结石率（％）　注浆量ＸｌＯ￣ｍ３　８０　８Ｏ　８Ｏ　８０　Ｋ２０９＋３３０～Ｋ２１０＋１４３段　Ｋ２１０＋２３６～Ｋ２１０＋４０５段　Ｋ２１Ｏ＋４Ｏ５～Ｋ２１０＋６１５段　Ｋ２１０＋６５２～Ｋ２１０＋８０ｏ段　８．９６１　１．７７４　０．４５８　０．５７３　０．２７５　Ｏ．５７ｌ　１．３６２　—　９０　９Ｏ　９０　９０　１２．４６７　３．１６６　２．４５６　０．７７４　合计　１１．７６６　２．２０７　１８．８６３　５注浆顺序及有关注意事项　ｃ）注浆过程中出现地表裂隙大量跑浆时，应采　用间歇式注浆，或减小泵量以及采取地表充填裂隙　等措施，阻止浆液从地面大量流失；　ｄ）注浆时，应避免在短时间内注人大量的水泥　注浆顺序及有关注意事项包括如下几个方面：　ａ）先施工帷幕孔，后施工注浆孑Ｌ；　ｂ）浆液浓度应先稀后稠：　１１０ｌ交通标准化　Ｂｒｉｄｇｅ＆Ｔｕｎｎｅｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ桥梁与隧道工程　监理对桥涵结构钢筋分项工程的　张军辉　（石家庄宏业交通建设监理有限公司，河北石家庄０５００８１）　摘要：钢筋分项工程是结构安全的主要分项工程，因此对整个工程来说钢筋分项工程是重中之重。作为工程现场的监理　单位．钢筋分项工程的质量是其监理工作的重点之一。　关键词：监理；结构钢筋；分项工程；质量控制　中图分类号：Ｕ４４３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—４７８６（２０１２）１２一ｏｌｌ１—０３　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｂｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ｏｆ　Ｂｒｉｄｇｅ　ａｎｄ　Ｃｕｌｖｅｒｔ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｓｔｅｅｌ　Ｂａｒ　Ｓｕｂ－Ｉｔｅｍ　Ｐｒｏｊ　ｅｃｔ　ＺＨＡＮＧ　Ｊｕｎ—ｈｕｉ　（Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｏｎｇｙｅ　Ｔｒａｆｉｆｃ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｓｕｂ－ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｓｕｂ－ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓａｆｅｔｙ，ＳＯ　ｉｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｔｏｐ　ｐｒｉｏｒｉｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｎｔｉｒｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ．Ａｓ　ａ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ｕｎｉｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｓｉｔｅ，ｔｈｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｂ—ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｉｏｒｉｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ｗｏｒｋ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｎｇ　ｅｎｇｉｎｅｅｒ；ｓｔｕｃｔｒｕｒａｌ　ｓｔｅｅｌ；ｓｕｂ－ｐｒｏｊｅｃｔ；ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　粉煤灰浆，当注浆量较大时，应采用间歇式注浆法　施工：　注浆法是通过机具成孔，用液压泵向孔内注　浆。达到充满采空区，形成满足工程设计要求的固　结体为目的。等浆体固结后再向内逐步进行注浆，　处理后的采空区被浆体充满，与原岩体紧密结合，　ｅ）在灌浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当泵　量小于７０Ｌ／ｍｉｎ时，孑Ｌ口压力应在１．０ＭＰａ一１．５ＭＰａ之　间．稳定时间应为１０ｒａｉｎ～１５ｍｉｎ。　６　工程质量检测　形成一个密实的整体，刚度均匀，承载力大大提高。　该方法施工简单、速度快、实用性强、工程造　价低，社会经济效益好，是一种处理煤矿采空区地　基经济而且可行的理想方法。　本项目采用下列方法进行注浆检测。　６．１　检查孔法　注浆后６个月进行钻孔检验，检查孔深度为地　但由于采空区的注浆处理在国内尚属少数，其　工程质量的评价方法及要求还处于摸索阶段，尚未　形成正式规范，主要采用物探波速法，进行治理前　后的资料比较，与此同时，布置质量检查孔，在钻　孔内岩芯进行注浆浆液结石体抗压程度的测试是十　分必要的。　参考文献　面至采空区底板的深度。通过孔内抽芯直接观测浆　液充填情况。结合钻探过程中浆液的漏失情况及孔　壁的稳定性综合评价注浆质量，岩芯在标准养护７２ｈ　后，进行无侧限抗压强度测试。　６．２　物探测试法　对处治后的采空区采用孔内波速测试技术，测　定平均剪切波速，若波速大于１６０ｍ／ｓ，则注浆质量　符合要求。　７　结语　『１］昝月德．岩土注浆理论与工程实例［Ｍ］．北京：科　学出版社．２００１．　收稿日期：２０１２—０４—２８　２０１２年６月第１２期１１１１