高速公路采空区地基注浆施工技术

罗亨俊

（贵州省铜仁公路管理局，贵州 铜仁554300）

1 工程概况

某高速公路煤矿采空区特殊路基位于正线K30+820～K31+170段，采空区路段地层属于华北地层区。该地段已经形成大面积的采空区，其上覆的岩层塌陷冒落，自下而上形成冒落带、裂隙带和整体弯曲带，导致部分地表发生变形、产生裂缝、裂隙及地面沉陷，对拟建公路产生极大的破坏作用。针对此，依据注浆室内外试验、注浆设计理论，决定对该公路采空区采取全注浆充填法进行处理。

针对采空区公路注浆工程的特点，应该根据前序孔补充勘察情况，调整孔数和孔距。浆材选择，以大掺量粉煤灰浆材和粘土浆材等为主，水泥掺量在满足要求的条件下尽可能小。施工工艺应当以一次成孔、一次全灌注为主。同时对注浆管尽可能地拔出重复利用并控制浆液流失。在注浆施工中还应当完善施工组织管理，优化工期、减少污染、减少检测工作量等。

2 公路地基加固施工

2.1 公路地基采空区治理范围

计算参数为：岩层倾角α＝25°，基岩走向移动角δ＝74°，基岩上山移动角γ＝70°，基岩下山移动角β＝75-0.8α＝55°，φ＝40°，第四系覆盖层h＝15m，h上=25m，h下＝80m，l0＝180m，路堤填土高为4.7～6.4m，路基边坡坡度为1∶1.5，路基顶宽b＝28m，两侧保护带宽度b2＝10m。当已知煤层沿倾向开采长度时，可根据公式计算，也可根据钻探、物探及采矿资料确定。由勘察及预测资料知，采空区影响长度为180m，抽水巷道影响长度为86m，即治理总长度为266m。

2.2 孔位布置

对于空洞或采空巷道，浆液扩散距离主要取决于注浆泵的规格及注浆时间，对于常用的Bw250/50 型泥浆泵，最高档250L/min，连续灌注20h以上，浆液可运动到50m以外，浆液连续灌注10h，扩散距离在25m 左右。该采空区各工作面已停采2年以上，地层中离层在基岩自重作用下，都已闭合。基岩中尚有较多采动裂隙及岩溶裂隙，因此采空区上覆岩体以三维裂隙充填为主。根据三维裂隙扩散半径计算理论，在该采空区地质条件下，采用设计浆液配比，浆液连续灌注2h，在0.5MPa 压力下，扩散半径r≈14m。同时根据布孔原则，考虑到地质条件远比理论计算要复杂得多，孔位布置如下：

（1）K30+820～K31+000 之间的采空区，均匀布孔。注浆孔沿公路轴线安排布设，排距取1.5r，约20m；沿公路横向上在路基填土范围内以中轴线为中心向两测各布设1～2 排孔，孔距设为r，约15m；路基外侧保护带至治理边界孔距为1.5r，约20m，孔位梅花型布置。治理区最边缘为一徘边缘注浆孔，为适当起到帐幕孔的作用，边缘孔间距设为r，约15m。

（2）K30+084～K31+170 水仓部位，因考虑到控制浆液的流失、施工的便利，注浆孔主要沿抽水巷道布设，孔距取1.5r，约20m，两侧影响带以充填岩溶及裂隙为主，孔距取单倍r，约15m。

2.3 浆液材料及配合比

根据本公路工程中该采空区富水多层的特点，浆材的选择必须考虑到地下采空区还原环境、水下浆液凝固时间、结石率和强度、浆液水下离析、浆液穿过多层采空区性质的改变及施工要求等。徐州矿区粉煤灰储量丰富，根据“因地制宜、就地取材”的原则，设计采用高掺量粉煤灰水泥浆材。

根据采空区注浆材料有关试验研究，无或低水泥质量分数（小于5%）的粉煤灰浆液在水下无法凝固，而水泥的质量分数低于20%的浆液，其在水下运动、离析、扩散后，强度难以保证（硬化体28d 抗压强度一般小于0.5MPa），因此推荐水泥掺量以20%以上为宜（硬化体28d抗压强度大于1MPa）。考虑到裂隙及空洞充填的要求（大于75%），浆液水灰比以0.8∶1 为主，其凝结时间也满足注浆施工的技术要求（12h＜t＜36h）。当遇到大空洞时可使用浓浆，初始注浆可使用稀浆，水灰比变化范围为0.5∶1～1∶1.0。路基处理范围最外侧边缘注浆孔，为控制浆液的流失，应加入速凝剂水玻璃，掺量为水泥质量的3%左右。

2.4 注浆施工工艺及控制

注浆孔的成孔、制浆和注浆均按相关技术要求进行。结合工程实践经验，对于钻孔可以采用两种方式：一次成孔至20#煤底板；分段成孔，第一段终扎至16～17#煤或18～19#煤底板，二次终扎至20#煤底板。中间注浆扎孔和孔深小于50m 的多层采空层，采用孔口封闭一次全灌注的注浆工艺。边缘注浆孔和孔深大于50m多层采空区的中间注浆孔采用自上而下分段注浆工艺，单层采空区以20#煤上部5～10m 处的顶板灰岩为界限，分2段注浆。多层采空区，分别以16～17#煤和20#煤上部5～10m 处的顶板灰岩为界限，分3 段注浆。具体如图1所示。

图1 全孔一次注浆法注浆示意图（单位：mm）

结合本工程实践经验，笔者总结出对于公路采空区地基采取的具体注浆方法如下：

（1）注浆开始前，先向孔内用水冲扎5min。

（2）注浆先用水灰比为1.0∶1的稀浆，后用0.8∶1的浓浆。

（3）采用间歇式注浆时，间歇时间应不短于12h。间歇前，应进行适当的压水，以保证注浆管畅通。根据室内且标配合比试验浆液的初、终凝时间，上下段注浆之间的间歇时间应不短于36h。

（4）中间注浆孔的第一序次孔，采用间歇式定量注浆方式，其单孔设计注浆量按平均注浆量225m3的1.3～1.5 倍控制，并在注浆过程中注浆量分别为单孔设计量的1/2、3/4时进行间歇。当完成该孔的设计注浆体积流量后结束注浆。中间注浆孔的第二序次孔，采取定压注浆方式，即只有满足注浆结束标准后，才能结束注浆。

（5）边缘注浆孔采取间歇式定量注浆方式，平均注浆量为300m3。第一序次边缘孔，其单孔设计注浆量按平均注浆体积流量的1.3～1.5 倍控制；第二序次边缘孔，其单孔设计注浆的体积流量按平均注浆量的0.7～1.0倍控制。对于分段注浆的边缘孔，其上段注浆量按单孔设计注浆的体积流量的1/3 控制。注浆时，原则上100m3左右间歇一次。注完单孔设计注浆量后结束注浆。

2.5 注浆结束标准

（1）中间注浆孔：当注浆压力p＞0.6MPa，注浆的体积流量qV吸稳定在50～70L/min、稳定时间在15min以上或周围有冒浆现象时，注浆结束。

（2）边缘注浆孔：当注浆压力为0.5～2.0MPa，基岩吸浆的体积流量qV吸为5～20L/min，采空区吸浆的体积流量为20～50L/min，且稳定时间在15min以上或周围有冒浆现象时，边缘注浆孔注浆结束。

3 工程实施效果

本公路地基采空区在注浆施工后1个月和6个月后都进行了钻探质量检测，并利用部分钻孔进行了弹性波CT及压水试验。注浆治理工程在施工前、施工中和施工后分三个阶段进行了沉降观测。从沉降曲线可看出，采空区注浆后地面沉陷趋于稳定。

4 结语

通过对公路采空区处治后，地基的承载力与稳定性均和其他无采空区路段一样，完全满足公路工程施工的要求，同时有效地确保了在公路设计使用年限内，不发生超过高速公路规定的允许地基变形界限值的变形和破坏。

[1] 张曙光.采空区注浆配合比试验优化分析[J]. 西部探矿工程，2010，（8）：30-31.

[2] 魏安辉，曾德礼.路基采空区注浆效果检查方法初探[J].路基工程，2010，（4）：28-34.

[3] 刘涛.太佳高速公路下伏采空区注浆研究[D].西安：西北大学，2010.