公路采空区地基注浆施工问题探讨

陈建平

（抚州博信公路工程监理有限公司，江西 抚州 344000）

1 工程概况

某高速公路采空区路基位于公路正线K20+145～K21+467段，采空区路段地层为华北地层区，且该路段目前所形成的采空区面积较大，上覆岩层塌陷冒落，由下至上便形成塌陷冒落区、裂隙区和整体弯曲区，部分地表已经发生变形，导致路面出现裂缝、裂隙及沉降。公路管理部门根据注浆设计理论并通过注浆室内外试验，决定对该路段采空区路基进行全注浆充填处理。根据采空区路基注浆工程特点和前序孔补充勘察情况，确定注浆孔孔距和孔数，并以掺粉煤灰的浆液为主要灌浆材料，为节省施工成本，应在符合设计要求的前提下尽可能用粉煤灰代替水泥；施工过程应最好一次成孔、一次灌注，注浆管也应拔出后重复利用，以达到控制浆液流失的目的。

2 注浆施工工艺

按照相关规范要求，在进行注浆施工前必须按照设计要求进行测量放样和场地平整，并通过布设探孔探明采空区地基岩性、采空区宽度及走向等，并用石灰撒出轮廓线。通过地坪钻钻孔后连通采空区地基和拟建工程场地，并结合勘探钻机预钻孔。按设计要求制备好的浆液从预钻孔孔洞内灌入采空区及其上部岩层裂隙内，直至灌满后移至下一孔位继续灌浆，最终将全部采空区地基空洞和岩层裂隙全部灌满水泥粉煤灰浆液，待浆液凝固后和原地基岩层固结成整体结构。

2.1 施工准备

本公路采空区地基注浆施工主要使用1台经纬仪或全站仪，1台水准仪，1把50m钢卷尺，5台D127型回转式钻机，1台1000kW发电机，1台250L搅拌机，1台150L注浆泵，D50注浆管，1台YC-10m水泵，1台交流式电焊机，1台75kN变压器，1个5m铝合金塔尺，1根100m附线坠的测绳，4辆0.1m3的手推车和10把尖铁锹。

在施工准备阶段还应根据业主所确定的工程桩进行测量放样，放出注浆施工的轮廓线，并设置好护桩再进行孔位线测放。完成测量放样后应平整场地，确保平整度达到-100～100mm范围，并按照1%设置坡度，保证施工场地内排水顺畅；按设计要求将场地碾压密实，以便于施工机械行走、停放、架设。

2.2 孔位布置

钻孔孔位应按照均匀原则呈梅花形布置，为避免浆液流失，还应在治理段边缘增设帷幕孔[1]。注浆孔的孔距、排距等必须结合经验值并根据现场试验确定，试验内容还应包括注浆原材料配合比、成孔施工工艺、注浆设备选型及注浆施工工艺等[2]。

具体而言先进行采空区截止段端头帷幕孔钻孔灌浆，待孔内浆液灌注完成后再按照次序进行长度方向两侧注浆孔的钻孔注浆，最后是中间注浆孔钻注。注浆孔孔径应控制在130～150mm范围内，在变径处理后，其终孔直径应至少为90mm，对于需要投放骨料的注浆孔，其钻孔孔径和终孔直径应至少为150mm和108mm。结合国内类似公路采空区地基注浆施工经验，如果变径深度未到达完整基岩，则注浆施工过程中必然会有大量浆液流进风化裂隙并串入松散层，甚至冒出地面，既造成浆液损失，又不利于注浆孔施工质量控制，所以本工程注浆孔和帷幕孔变径深度应控制在进入完整基岩后的8-1m。为充分掌握公路采空区地基岩性、地层产状等情况，以便为钻孔和注浆施工提供参考资料，应按注浆孔和帷幕孔总数的3%～5%确定施工取芯孔数量，采空区和其他部位岩心采样率至少为30%和60%。为控制注浆效果，还应进行钻孔测斜处理，每个钻孔在50～100m的长度内测斜1次，且孔斜率应控制在1.5°/100m以内。

本工程采用φ127mm开孔钻机按照设计要求等距离钻孔，钻孔过程中同时进行泥浆护壁，钻进至采空区时停钻并撤出钻杆，检查钻孔质量，如果不存在塌孔、孔斜等问题，则设置注浆管进行水泥黏土浆液或水泥粉煤灰浆液灌注，注浆压力按照0.5～2.0MPa控制。护壁泥浆液必须结合地基土质在施工现场配置、调试，以确保钻孔及注浆过程中不发生塌孔事故。

2.3 浆材选择

结合本公路采空区富水层特点，在进行浆液材料确定时必须充分考虑地下采空区环境、浆液凝固时间、浆液离析、浆液性质变化、施工要求等因素，按照因地制宜就地取代的原则，本工程采用高掺加量的粉煤灰水泥浆液。本工程所使用的水泥、粉煤灰、水玻璃等注浆原材料均必须通过检验，确保质量合格。

注浆材料采用强度等级32.5以上的普通硅酸盐水泥和粉煤灰，结合注浆材料相关试验结果，水泥掺加量≤5%的粉煤灰浆液在水下很难凝固，而水泥掺加量<20%的粉煤灰浆液在水下运动后，会因发生扩散和离析而使其强度大大降低，所以本工程水泥掺加量应控制在20%以上，以保证注浆材料硬化28d后抗压强度>1MPa。按照设计要求，裂隙和空洞充填密度应至少为75%，浆液水灰比应控制在0.8∶1，以保证其凝结时间在12～36h之间。初始注浆采用稀浆，而对于大空洞必须改用水灰比0.5∶1～1∶1.0的浓浆。为防治路基范围最外侧注浆孔浆液的流失，应按水泥质量3%的比例掺加速凝剂水玻璃。

2.4 注浆施工

本公路采空区地基注浆施工前先向钻孔内冲水5～8min，注浆时先灌注水灰比1.0∶1的稀浆，再灌注水灰比0.8∶1的浓浆。采用间歇注浆法注浆的过程中，间歇时间应至少为12h，为保证注浆管畅通，还应在间歇前适量压水。结合施工前所进行的室内浆液初终凝试验，上段和下段注浆时间间隔应至少为36h。

对于中间第一序次注浆孔进行间歇式定量注浆，单孔注浆量应控制在正常注浆量的1.3～1.5倍，且在注浆施工时按照单孔设计注浆量的0.5倍和0.75倍进行间歇控制，待单孔设计注浆量完成后即可结束灌浆。中间第二序次注浆孔通过定压方式注浆，全部注浆孔均达到注浆施工结束标准后结束注浆。

通过间歇式定量注浆的方式进行边缘注浆孔注浆施工，本工程全部边缘注浆孔平均注浆量应按照300m3控制。第一序次和第二序次边缘孔单孔设计注浆量分别按注浆体积平均流量的1.3～1.5倍和0.7～1.0倍控制。边缘孔注浆施工原则上应按100m3的平均注浆量确定间歇时间，单孔注浆量达设计水平后结束注浆。

本公路采空区地基中间注浆孔当灌浆压力超过0.6MPa，浆液体积流量在50～70L·min-1范围内保持稳定且稳定时间不小于15min时结束灌浆；边缘注浆孔当灌浆压力达到0.5～2.0MPa，浆液体积流量在5～20L·min-1区间内保持稳定且采空区基岩吸浆体积流量达20～50L·min-1，稳定时间不小于15min时结束灌浆。

3 结语

本工程施工结果表明，进行采空区地基治理后地基的变形应当符合公路工程地基稳定性的相关要求，即采空区地段经治理后在施工及运营过程中，地基能充分有效承载路面结构自重及行车、行人荷载，不发生影响公路工程正常施工和使用的变形，以确保公路工程安全运行。本公路工程采空区路基治理已完工近1年多，经第三方检测机构通过综合物探及钻探等方法对采空区地基注浆充填加固效果检测的结果表明，处置结果完全符合设计及规范要求。