高速公路下伏采空區(qū)加固技術(shù)
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(jīng)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(zhì)概況
1.2.1地形地貌
擬建場(chǎng)地位于米東區(qū)鐵廠溝，屬低山丘陵區(qū)，總體地勢(shì)南高北低，海拔高程在778～893m之間。
1.2.2地層構(gòu)成
擬建場(chǎng)地地層主要由①雜填土②黃土狀粉土③卵石土④全風(fēng)化基巖⑤強(qiáng)風(fēng)化基巖⑥煤⑦微一中風(fēng)化基巖構(gòu)成?，F(xiàn)分別描述如下：
?、偬钔粒狐S褐色、灰色、黑色、灰黑色，在擬建整個(gè)場(chǎng)地均有分布。厚度 0.5-6.0m。松散稍濕。
?、邳S土狀粉土(低液限粉土)：黃褐色、灰褐色，在場(chǎng)地內(nèi)大部分區(qū)域有分布，埋深5-6.0m，厚0-20m，干強(qiáng)度高，韌性低。稍密稍濕。
③卵石土：青灰色，在場(chǎng)地內(nèi)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(jí)配一般，骨架顆粒占60-70％，充填物為中粗砂。
?、苋L(fēng)化基巖：灰褐色、灰色、灰紅色。整個(gè)場(chǎng)地均有揭露，埋深5-70m，以砂巖、泥巖為主，風(fēng)化劇烈呈土狀、碎塊狀，結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分顯著變化，巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差。
⑤強(qiáng)風(fēng)化基巖：灰色、灰綠色、灰黃色。整個(gè)場(chǎng)地均有揭露，地質(zhì)年代屬侏羅系西山窯組，巖性為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、炭質(zhì)泥巖夾煤層,巖體破碎，巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差。
?、廾海夯液谏?、黑色。整個(gè)場(chǎng)地均有揭露，受地層產(chǎn)狀影響，埋深及揭露厚度均變化很大，地質(zhì)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(zhì)量指標(biāo)為極差。
⑦中一微風(fēng)化基巖：灰色、灰綠色、灰黃色，整個(gè)場(chǎng)地均有揭露，地質(zhì)年代屬侏羅系西山窯組，巖性為泥巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)泥巖。結(jié)構(gòu)部分被破壞，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體為切割成巖塊，巖石質(zhì)量指標(biāo)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(yīng)能滿足高速公路工程施工的要求，且保證在公路設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，不發(fā)生超過(guò)高速公路規(guī)定的允許地基變形界限值和強(qiáng)度破壞。
2.2 治理目的：注漿的主要目的是固結(jié)由于基巖變形引起的裂縫和空隙，同時(shí)充填局部地段小窯采空造成的空洞。通過(guò)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(jié)構(gòu)面黏結(jié)在一起，使巖體完整性增加；增加固結(jié)巖土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yù)留安全煤柱各區(qū)劃邊界的確定：根據(jù)有關(guān)理論，結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)以及長(zhǎng)觀資料，對(duì)采空區(qū)各區(qū)劃邊界進(jìn)行確定。根據(jù)煤層走向，煤柱破壞角為85°、移動(dòng)破裂角為70°，走向穩(wěn)定角為68°，煤柱破壞移動(dòng)區(qū)、變形區(qū)、穩(wěn)定區(qū)在現(xiàn)有斷面上的分布情況見(jiàn)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(zhǎng)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(guān)。采空區(qū)治理范圍為：
（1）采空區(qū)注漿治理長(zhǎng)度：采空區(qū)治理的長(zhǎng)度為公路路線走向上采空區(qū)實(shí)際分布長(zhǎng)度，并考慮增加覆巖移動(dòng)角影響范圍內(nèi)的治理長(zhǎng)度。
?。?）采空區(qū)注漿治理寬度：對(duì)于路基下采空區(qū)，治理寬度選取設(shè)計(jì)原則是確保周圍未治理的采空區(qū)塌陷時(shí)對(duì)擬建高速公路的路基、路面不引起開(kāi)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(hù)帶一側(cè)寬度，取l0m；H—采空區(qū)上覆基巖厚度；
ψ—松散層移動(dòng)角；δ—走向方向采空區(qū)上覆基巖移動(dòng)角；h—松散層厚度。
采空區(qū)治理深度：根據(jù)路基設(shè)計(jì)規(guī)范以及以往的工程處治經(jīng)驗(yàn)，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(jié)孔施工。2)帷幕孔按“分序加密、隔孔灌注”原則實(shí)施，共分二序施工。3)固結(jié)孔按"分序加密、隔排隔孔灌注"的原則實(shí)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(shí)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(jìn)行后一次序孔的鉆孔施工。注漿工作也應(yīng)間隔式分序次進(jìn)行，1序次孔漿液可能擴(kuò)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(jìn)方法：為保證施工進(jìn)度、提高鉆孔效率、解決成孔困難的問(wèn)題，鉆孔采用套管跟管鉆機(jī)鉆進(jìn)，但套管不得隔離擬加固注漿段地層。
2.6 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：1)對(duì)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(dá)到設(shè)計(jì)壓力并維持10min，結(jié)束該段注漿。2)對(duì)充填、固結(jié)注漿孔，注入率控制為70L/min，各注漿段的孔口注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并維持l5min，結(jié)束該段注漿。3)距注漿孔口3.0m 范圍冒漿，結(jié)束注漿。4)各類注漿孔，注入率控制為50-150L/min，當(dāng)注漿段孔口注漿壓力陡升，超過(guò)設(shè)計(jì)壓力值后，難以維持穩(wěn)定，繼續(xù)上升，可直接結(jié)束該段注漿。最終標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段的情況優(yōu)化調(diào)整。
3 鉆孔與注漿
3.1 鉆孔：根據(jù)地層特點(diǎn)、巖石可鉆性、帷幕注漿、固結(jié)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(jī)進(jìn)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(dǎo)孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)I序孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)II序孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)III序孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)Ⅳ序孔鉆孔、注漿→檢查孔鉆孔→物探測(cè)試→注漿→封孔。注漿試驗(yàn)施工結(jié)束后，進(jìn)行注漿效果檢測(cè)，按以下順序進(jìn)行：檢查孔鉆孔→物探測(cè)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(dòng)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(jìn)過(guò)程中，未出現(xiàn)掉鉆、空洞，能一次性鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度的注漿孔，采用上行式注漿方式；②鉆進(jìn)過(guò)程中，出現(xiàn)掉鉆、空洞，難以達(dá)到設(shè)計(jì)深度的注漿孔(主要分布于煤柱外側(cè)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(jié)合的注漿方式。它的施工程序是：套管護(hù)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(fù)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(shè)。對(duì)于在帷幕孔和煤柱外側(cè)注漿空鉆進(jìn)過(guò)程中，發(fā)生掉鉆且空洞較大時(shí)。①進(jìn)行預(yù)填骨料注漿，填料（風(fēng)積砂、天然砂、礫），粒徑設(shè)計(jì)推薦 0.5～2cm，具體可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；②采用水泥粉煤灰漿進(jìn)行低壓、限流、限量、間歇注漿法灌注，達(dá)到設(shè)計(jì)終止注漿標(biāo)準(zhǔn)后，結(jié)束該段注漿。具體方法根據(jù)試驗(yàn)段的試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況擇優(yōu)選用。
3.2.4封孔：每個(gè)注漿孔全孔注漿結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格才能進(jìn)行封孔。注漿過(guò)程中，當(dāng)注漿結(jié)束后，通常全孔已經(jīng)充滿漿體：可直接在孔口段進(jìn)行封孔注漿處理。
