高速公路下伏采空區(qū)加固技術
2015-06-01
1 概述
1.1 地理位置：烏魯木齊繞城高速公路(東線)起自甘泉堡工業(yè)園區(qū)，接吐烏大高速公路，經烏魯木齊東，止于吐烏大高速公路烏拉泊互通，根據(jù)路線總體走向，不可避免的穿越采空區(qū)。
1.2 區(qū)域地質概況
1.2.1地形地貌
擬建場地位于米東區(qū)鐵廠溝，屬低山丘陵區(qū)，總體地勢南高北低，海拔高程在778～893m之間。
1.2.2地層構成
擬建場地地層主要由①雜填土②黃土狀粉土③卵石土④全風化基巖⑤強風化基巖⑥煤⑦微一中風化基巖構成?，F(xiàn)分別描述如下：
①填土：黃褐色、灰色、黑色、灰黑色，在擬建整個場地均有分布。厚度 0.5-6.0m。松散稍濕。
②黃土狀粉土(低液限粉土)：黃褐色、灰褐色，在場地內大部分區(qū)域有分布，埋深5-6.0m，厚0-20m，干強度高，韌性低。稍密稍濕。
③卵石土：青灰色，在場地內大部分區(qū)域有分布，埋深0.5-20m，厚0-50m，亞圓狀，一般顆粒2-5cm，最大0.5-1.0m，級配一般，骨架顆粒占60-70％，充填物為中粗砂。
④全風化基巖：灰褐色、灰色、灰紅色。整個場地均有揭露，埋深5-70m，以砂巖、泥巖為主，風化劇烈呈土狀、碎塊狀，結構大部分破壞，礦物成分顯著變化，巖石質量指標為極差。
?、輳婏L化基巖：灰色、灰綠色、灰黃色。整個場地均有揭露，地質年代屬侏羅系西山窯組，巖性為泥巖、泥質粉砂巖、砂巖、炭質泥巖夾煤層,巖體破碎，巖石質量指標為極差。
?、廾海夯液谏?、黑色。整個場地均有揭露，受地層產狀影響，埋深及揭露厚度均變化很大，地質年代屬侏羅系西山窯組，呈瀝青一弱玻璃光澤，煤巖成份以亮煤為主,巖石質量指標為極差。
?、咧幸晃L化基巖：灰色、灰綠色、灰黃色，整個場地均有揭露，地質年代屬侏羅系西山窯組，巖性為泥巖、砂巖、泥質粉砂巖、炭質泥巖。結構部分被破壞，風化裂隙發(fā)育，巖體為切割成巖塊，巖石質量指標為差。
2 采空區(qū)處治方案
2.1 采空區(qū)處理總原則：處治后路基的承載力與變形穩(wěn)定性，應能滿足高速公路工程施工的要求，且保證在公路設計使用年限內，不發(fā)生超過高速公路規(guī)定的允許地基變形界限值和強度破壞。
2.2 治理目的：注漿的主要目的是固結由于基巖變形引起的裂縫和空隙，同時充填局部地段小窯采空造成的空洞。通過注漿，封堵巖體不連續(xù)面(主要包括裂隙、巖層層面、斷層等)，注漿后，依靠漿液的滲透力把巖體結構面黏結在一起，使巖體完整性增加；增加固結巖土的結構強度。提高路基的整體性和穩(wěn)定性，確保公路安全使用。
2.3 預留安全煤柱各區(qū)劃邊界的確定：根據(jù)有關理論，結合同類工程經驗以及長觀資料，對采空區(qū)各區(qū)劃邊界進行確定。根據(jù)煤層走向，煤柱破壞角為85°、移動破裂角為70°，走向穩(wěn)定角為68°，煤柱破壞移動區(qū)、變形區(qū)、穩(wěn)定區(qū)在現(xiàn)有斷面上的分布情況見典型斷面采空區(qū)示意圖。
采空區(qū)注漿治理范圍的確定采空區(qū)治理范圍包括沿公路軸線方向上的治理長度、垂直軸線方向上的治理寬度及地下治理深度和注漿段的高度。注漿范圍與空洞的分布、埋藏深度、上覆巖性及路基類型(挖方、填方)等因素有關。采空區(qū)治理范圍為：
?。?）采空區(qū)注漿治理長度：采空區(qū)治理的長度為公路路線走向上采空區(qū)實際分布長度，并考慮增加覆巖移動角影響范圍內的治理長度。
?。?）采空區(qū)注漿治理寬度：對于路基下采空區(qū)，治理寬度選取設計原則是確保周圍未治理的采空區(qū)塌陷時對擬建高速公路的路基、路面不引起開裂、下沉等變形。
L：D+2d+2(hcotψ+Hcotδ)
其中：P—公路路基底面寬度；d—路基維護帶一側寬度，取l0m；H—采空區(qū)上覆基巖厚度；
ψ—松散層移動角；δ—走向方向采空區(qū)上覆基巖移動角；h—松散層厚度。
采空區(qū)治理深度：根據(jù)路基設計規(guī)范以及以往的工程處治經驗，采空區(qū)處治深度為地面至采空區(qū)(或煤層)底板以下不小于3m。
2.4 注漿施工順序：1)先帷幕孔施工，后充填、固結孔施工。2)帷幕孔按“分序加密、隔孔灌注”原則實施，共分二序施工。3)固結孔按"分序加密、隔排隔孔灌注"的原則實施，即間隔一排灌注，同一排的孔與孔之間隔孔灌注，共分四序施工。4)同一次序的孔可以同時施工：不同次序的孔，在前一次序的孔全部注漿完成后，方可進行后一次序孔的鉆孔施工。注漿工作也應間隔式分序次進行，1序次孔漿液可能擴散范圍較大，2序次孔注漿將使前序次未充填的空地得到再次充填，從而提高充填率。
2.5 鉆進方法：為保證施工進度、提高鉆孔效率、解決成孔困難的問題，鉆孔采用套管跟管鉆機鉆進，但套管不得隔離擬加固注漿段地層。
2.6 注漿結束標準：1)對帷幕注漿孔，注入率控制為70L/min，各注漿段的孔口注漿壓力達到設計壓力并維持10min，結束該段注漿。2)對充填、固結注漿孔，注入率控制為70L/min，各注漿段的孔口注漿壓力達到設計壓力并維持l5min，結束該段注漿。3)距注漿孔口3.0m 范圍冒漿，結束注漿。4)各類注漿孔，注入率控制為50-150L/min，當注漿段孔口注漿壓力陡升，超過設計壓力值后，難以維持穩(wěn)定，繼續(xù)上升，可直接結束該段注漿。最終標準可根據(jù)現(xiàn)場試驗段的情況優(yōu)化調整。
3 鉆孔與注漿
3.1 鉆孔：根據(jù)地層特點、巖石可鉆性、帷幕注漿、固結注漿等條件，并考慮工期緊張等綜合因素，本工程選用履帶式跟管鉆機進行鉆孔。
3.2 注漿施工
3.2.1一般要求：注漿必須采用三參數(shù)(壓力、流量、水灰比)控制。施工次序：帷幕I序孔鉆孔、注漿→帷幕II序孔鉆孔、注漿→先導孔鉆孔、注漿→充填、固結I序孔鉆孔、注漿→充填、固結II序孔鉆孔、注漿→充填、固結III序孔鉆孔、注漿→充填、固結Ⅳ序孔鉆孔、注漿→檢查孔鉆孔→物探測試→注漿→封孔。注漿試驗施工結束后，進行注漿效果檢測，按以下順序進行：檢查孔鉆孔→物探測試→注漿→封孔。
3.2.2注漿方法：注漿有多種方法，按照漿液流動的方式分純壓式注漿和循環(huán)式注漿；按照注漿段施工的順序分有自上而下注漿和自下而上注漿（套管灌漿法）等。①鉆進過程中，未出現(xiàn)掉鉆、空洞，能一次性鉆進到設計深度的注漿孔，采用上行式注漿方式；②鉆進過程中，出現(xiàn)掉鉆、空洞，難以達到設計深度的注漿孔(主要分布于煤柱外側的1-3排帷幕孔和注漿孔)，采用上行式注漿方式，即自上而下分段純壓式注漿和孔口封閉純壓式注漿相結合的注漿方式。它的施工程序是：套管護壁鉆孔→下入灌漿管→起拔套管（30～50m）→安裝灌漿塞→灌漿→再起拔套管及灌漿管（30～50m）→安裝灌漿塞→灌漿→重復上述工序，灌注至孔口。
3.2.3帷幕施工：為形成有效帷幕，帷幕孔原則按“小間距、低壓力”布設。對于在帷幕孔和煤柱外側注漿空鉆進過程中，發(fā)生掉鉆且空洞較大時。①進行預填骨料注漿，填料（風積砂、天然砂、礫），粒徑設計推薦 0.5～2cm，具體可根據(jù)現(xiàn)場試驗結果及現(xiàn)場施工實際情況進行優(yōu)化調整；②采用水泥粉煤灰漿進行低壓、限流、限量、間歇注漿法灌注，達到設計終止注漿標準后，結束該段注漿。具體方法根據(jù)試驗段的試驗及現(xiàn)場施工的實際情況擇優(yōu)選用。
3.2.4封孔：每個注漿孔全孔注漿結束后，應及時進行驗收，驗收合格才能進行封孔。注漿過程中，當注漿結束后，通常全孔已經充滿漿體：可直接在孔口段進行封孔注漿處理。
