高速公路采空區(qū)治理工程監(jiān)理要點(diǎn)

李偉

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

高速公路采空區(qū)治理工程監(jiān)理要點(diǎn)

李偉

（山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031）

采空區(qū)是山西省公路常見(jiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象，系地下采礦所形成的空洞，它往往破壞和削弱其上覆巖土層的穩(wěn)定性,因此必須對(duì)此進(jìn)行處量，以免出現(xiàn)路基沉陷、工程毀壞的情況。筆者結(jié)合在臨汾至吉縣高速公路第s28合同段采空區(qū)治理工程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理經(jīng)驗(yàn)，就工程中的質(zhì)量控制問(wèn)題進(jìn)行分析研究,并提出相關(guān)監(jiān)理要點(diǎn)，以供探討。

采空區(qū)治理；鉆孔；注漿；監(jiān)理；質(zhì)量控制

一、項(xiàng)目概況

1.工程概況

臨汾至吉縣高速公路是國(guó)家高速公路青島至蘭州公路山西境內(nèi)的一部分，起點(diǎn)于臨汾樞紐互通順接長(zhǎng)臨高速并銜接大運(yùn)高速公路，終點(diǎn)在臨汾市吉縣壺口跨越黃河進(jìn)入陜西省境內(nèi)。路線全長(zhǎng)99km，全線按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)車速采用80km/h，路基寬度采用24.5m，橋涵設(shè)計(jì)汽車荷載采用公路——Ⅰ級(jí)。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及搜集的相關(guān)資料顯示，線路沿線煤礦采空區(qū)主要分布于K203+515～K212+270段。第s28合同段主要為K210+800～K212+270段的采空區(qū)治理，包括烏泥溝中橋、賀家溝中橋、賀家溝1號(hào)大橋和賀家溝2號(hào)大橋及路基。

2.地層特征

（1）地層巖性

項(xiàng)目區(qū)地層主要為奧陶系中統(tǒng)峰峰組、石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組及第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)等。

（2）可采煤層

2號(hào)煤層：位于山西組下部，為區(qū)內(nèi)主要可采煤層之一。厚3.04～3.13m，平均3.09m，含1～3層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頂板巖性以泥巖為主，局部為粉砂巖、砂巖；底板以泥巖為主，局部為粉砂巖、砂巖。

10號(hào)煤層：位于太原組下部，為區(qū)內(nèi)主要可采煤層之一。上距2號(hào)煤層60.36～63.21m，平均61.69m。煤層厚2.34～4.85m，平均4.0m，含0～3層夾矸，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頂板巖性以泥巖為主，局部為石灰?guī)r或粉砂巖；底板以鋁土質(zhì)泥巖為主。

3.采空區(qū)勘察成果

由于臨吉高速公路在本合同段內(nèi)均位于2號(hào)煤層上方，因而要考慮2號(hào)和10號(hào)煤層兩層采空區(qū)影響。據(jù)地質(zhì)調(diào)查，本段分布的采空區(qū)，在其對(duì)應(yīng)的地表變形不明顯，覆巖巖性主要為泥巖和砂質(zhì)泥巖，采空區(qū)上覆基巖厚度在10～75m，屬可能塌陷變形區(qū)；按照設(shè)計(jì)標(biāo)高采空區(qū)位于路基以下10～800m，路基位于采空變形帶內(nèi)，該段開(kāi)采深厚比在13～33之間，據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)開(kāi)采深厚比小于30時(shí)，易引起地面變形破壞；當(dāng)開(kāi)采深厚比介于30～60時(shí)，較易引起地面變形破壞。綜合評(píng)價(jià)該段采空區(qū)覆巖不穩(wěn)定，屬可能塌陷變形區(qū)。

二、采空區(qū)治理等級(jí)及處置方案

采空區(qū)處置后，地基變形應(yīng)滿足公路工程對(duì)地基穩(wěn)定性的要求，即經(jīng)處置后的采空區(qū)，在公路施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，地基能有效地承受公路和車輛荷載，不產(chǎn)生破壞和影響公路工程正常使用的變形，保證公路安全運(yùn)營(yíng)。

1.治理等級(jí)

采空區(qū)置理等級(jí)主要是根據(jù)治理難度和工程量大小進(jìn)行劃分的。本工程的采空區(qū)治理難度屬三級(jí)，短壁或長(zhǎng)壁式開(kāi)采，地下空洞率較高，地表穩(wěn)定性較差，采空區(qū)治理難度和工程量均較大。

2.方案選擇與確定

采空區(qū)的處置設(shè)計(jì)是在采空區(qū)勘察基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)對(duì)采空區(qū)覆巖穩(wěn)定性的分析和評(píng)價(jià)后，針對(duì)采空區(qū)的特征、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件、工程類型及其重要程度等，對(duì)采空區(qū)的治理方法進(jìn)行篩選，選用最佳治理方案。在選擇采空區(qū)治理方法時(shí)，一般應(yīng)遵守的原則：

①在技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，又能滿足進(jìn)度的要求；

②根據(jù)采空區(qū)的地基條件、道路條件及施工條件等進(jìn)行選擇。

公路采空區(qū)的治理方法主要有注漿法和非注漿法（包括干砌法、漿砌法、開(kāi)挖回填法和橋跨法）。采空區(qū)處置在山西省目前常用的方法是全充填壓力注漿法。即在地表打孔，通過(guò)注漿泵、注漿管，將水泥、粉煤灰漿注入采空區(qū)和上覆巖體裂隙中。漿液經(jīng)過(guò)固化、膠結(jié)形成結(jié)石體，對(duì)其上覆巖層形成支撐作用，阻止上覆巖層進(jìn)一步冒落，保證上部建筑物安全穩(wěn)定。

本項(xiàng)目分布地段地形相對(duì)較平緩，交通條件較好；分布的采空區(qū)有二疊系山西組2號(hào)煤和石炭系太原組10號(hào)煤兩層采空區(qū)，埋深一般在22～162m，主要是在2000年前開(kāi)采形成的，多數(shù)已坍塌或冒落；區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀相對(duì)較平緩，一般在5°～10°；不適宜于非注漿法，采用全充填壓力注漿法治理技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上也比較合理。考慮到地下采空區(qū)可能已大面積冒落，因而本設(shè)計(jì)方案為地面注漿處理。理論和實(shí)踐證明，采空區(qū)通過(guò)注漿治理后，地表傾斜值、曲率值和水平變形值滿足建筑物地表容許變形值，具有良好的治理效果。

三、鉆孔工程監(jiān)理質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.開(kāi)工條件

（1）施工單位已報(bào)送分項(xiàng)工程開(kāi)工報(bào)告，包括進(jìn)場(chǎng)人員、設(shè)備情況，施工組織設(shè)計(jì)，測(cè)量放樣資料等。

（2）孔位經(jīng)抽檢復(fù)測(cè)以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，坐標(biāo)采用全站儀復(fù)測(cè)，高程采用水準(zhǔn)儀復(fù)測(cè)，抽檢頻率為30%。

2.施工技術(shù)

（1）機(jī)具設(shè)備

檢查鉆機(jī)型號(hào)是否符合采空區(qū)巖層結(jié)構(gòu)、巖性、注漿孔的結(jié)構(gòu)、止?jié){技術(shù)等要求。宜采用回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)和帶巖芯管的硬質(zhì)合金鉆頭鉆機(jī)。鉆機(jī)就位后，應(yīng)復(fù)測(cè)鉆桿與孔位偏差。

（2）鉆孔結(jié)構(gòu)

孔深以揭穿煤層底板1m為準(zhǔn)，取芯孔以揭穿煤層底板3m為準(zhǔn)。開(kāi)孔孔徑為Φ127mm鉆頭，進(jìn)入完整基巖6～8m變徑為Φ91mm鉆頭。取芯孔數(shù)量不少于注漿孔總數(shù)的5%，采取率不低于30%（采空區(qū)段和巖層破碎段）其他部位不低于60%。

（3）孔口管封堵

注漿管徑不小于 Φ50mm的鋼管，將一端30～50cm處焊接Φ120～130mm法蘭盤下入變徑處，用水泥少量碎石黏土經(jīng)行封堵。

3.施工安全

施工安全中應(yīng)檢查鉆機(jī)底部墊木的平整與穩(wěn)定程度，井架是否安裝牢固，上部是否有高壓電線、電話線等管線；鉆機(jī)操作人員、技術(shù)人員是否佩戴安全帽；現(xiàn)場(chǎng)安全警示牌安放情況；坡度較陡地段施工便道的寬度、坡度、便道設(shè)計(jì)是否滿足運(yùn)輸安全；鉆機(jī)距離便道邊坡距離以及邊坡的穩(wěn)定程度；注漿管地面外露部分是否有醒目的標(biāo)牌。

4.檢查項(xiàng)目及要求

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)檢查鉆探地質(zhì)班報(bào)表，以及實(shí)測(cè)項(xiàng)目是否與自檢資料相符，包括鉆孔孔深（傾斜度）記錄表，鉆孔孔位偏差記錄表，澆注孔口管檢查記錄表；對(duì)于取芯孔應(yīng)檢查巖芯與鉆探地質(zhì)記錄表，鉆探地質(zhì)柱狀圖，鉆探班報(bào)表等資料與設(shè)計(jì)是否相符。具體檢查項(xiàng)目：孔位偏差≤1m；孔深以鉆至煤層底板以下1m為準(zhǔn)；孔徑開(kāi)鉆為130～150mm，進(jìn)入完整基巖后為≥91mm；變徑深度單層采空區(qū)6m，雙層采空區(qū)8m（進(jìn)入完整基巖）；孔身傾斜度≤2%；注漿管徑≥50mm；孔口管長(zhǎng)度為實(shí)測(cè)鉆孔變徑深度＋0.8m（澆鑄管外露長(zhǎng)度＋法蘭盤下端長(zhǎng)度）；鉆機(jī)型號(hào)應(yīng)與規(guī)范相符（常見(jiàn)為GT300、XY-2、XY-4）；冒落深度以鉆機(jī)出現(xiàn)掉鉆、落水等情況為準(zhǔn)。

四、注漿工程監(jiān)理質(zhì)量控制要點(diǎn)

1.開(kāi)工條件

（1）施工單位已報(bào)送的分項(xiàng)工程開(kāi)工報(bào)告，包括進(jìn)場(chǎng)人員、設(shè)備情況，施工組織設(shè)計(jì)，測(cè)量放樣資料，進(jìn)場(chǎng)原材料數(shù)量清單、發(fā)票等。

（2）孔口管位經(jīng)抽檢復(fù)測(cè)以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，坐標(biāo)采用全站儀復(fù)測(cè)，高程采用水準(zhǔn)儀復(fù)測(cè)，抽檢頻率為30%。

（3）已有業(yè)主中心實(shí)驗(yàn)室出具的漿液配比報(bào)告，水泥、粉煤灰、水玻璃等原材料檢驗(yàn)報(bào)告，并由總監(jiān)辦實(shí)驗(yàn)室復(fù)檢。

（4）漿站建設(shè)完成，并經(jīng)總監(jiān)辦實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)收，確定一級(jí)攪拌池容積，流量計(jì)、注漿泵壓力表、孔口壓力表經(jīng)標(biāo)定合格。

2.施工技術(shù)

（1）注漿站

水泥粉煤灰漿必須兩次攪拌，兩個(gè)攪拌池之間要有高差，便于放漿過(guò)濾雜物碎塊等，栓塞式放漿門啟閉方便，不宜堵塞，盡量不用閘閥開(kāi)門；冬季施工，要有保暖防凍設(shè)施，防止?jié){液及管路凍結(jié)，可設(shè)置火爐，確保漿站溫度大于5攝氏度。一級(jí)攪拌池應(yīng)采用篷布遮蓋，防止粉煤灰、水泥揚(yáng)塵污染環(huán)境。

（2）機(jī)具設(shè)備

檢查攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和制漿能力應(yīng)與工程量、漿液類型和注漿泵相適應(yīng)；檢查注漿泵型號(hào)、臺(tái)數(shù)是否符合采空區(qū)注漿和施工進(jìn)度需要，易采用變量泵，額定排漿量不小于200L/min,其最大泵壓宜不小于4MPa且應(yīng)大于注漿最大設(shè)計(jì)壓力的1.5倍；注漿管路及其連接部位必須能承受注漿最大壓力的1.5～2倍。

（3）注漿材料

水：水質(zhì)應(yīng)符合拌制混凝土用水要求，其pH值應(yīng)大于4；

水泥：業(yè)主方要求采用曲沃所產(chǎn)中條山水泥，優(yōu)先采用礦渣硅酸鹽水泥，標(biāo)號(hào)不低于32.5；

粉煤灰：業(yè)主方要求采用河津電廠出產(chǎn)的粉煤灰，質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家GB1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的二、三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；

黏粘土：當(dāng)?shù)乜商峁?，塑性指?shù)≥14，黏粒含量≥25%，含沙量≤3%；

骨料：選用質(zhì)地堅(jiān)硬的天然砂或人工砂，粒徑一般≤2.5mm，有機(jī)物含量≤3%；

水玻璃：模數(shù)2.4～3.4，濃度亦為30～45波美度。

（4）注漿配合比及相關(guān)參數(shù)

根據(jù)我省高速公路采空區(qū)處置的經(jīng)驗(yàn)，漿液濃度使用，應(yīng)由稀到稠，水固比逐級(jí)采用1∶1.0～1∶1.5。水泥占固相的20%～30%（路基取最小值，橋隧取最大值），粉煤灰占固相的70%～80%。帷幕孔視具體情況，采用較稠的漿液或在漿液中摻加水泥重量2%的速凝劑，使注入采空區(qū)的漿液盡快凝結(jié)以形成帷幕，防止?jié){液流失。

①漿液配比

根據(jù)業(yè)主委托中心實(shí)驗(yàn)室（山西省交通科學(xué)研究院）試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定水泥、粉煤灰漿液比為：橋梁和隧道段3∶7，路基段2∶8。

②漿液結(jié)合體強(qiáng)度

采用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度評(píng)價(jià)，橋梁隧道段≥3MPa，路基段≥1MPa（由于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證原定配比無(wú)法滿足要求，業(yè)主方已下通知，要求路基段強(qiáng)度可調(diào)整為≥0.7MPa）。

③注漿壓力

注漿壓力是控制注漿質(zhì)量、提高注漿效益的重要因素，結(jié)束壓力與采空跨裂帶的空隙、裂隙的大小或多少、水文地質(zhì)及工程性質(zhì)條件等相關(guān)，一般通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)后確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定橋梁和隧道段2.0～3.0MPa，路基段1.0～1.5MPa。

（5）注漿過(guò)程控制

依據(jù)總監(jiān)辦會(huì)議要求，注漿全過(guò)程監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)旁站，采用記錄拌制盤數(shù)和流量計(jì)顯示方量雙控的方式監(jiān)督操作過(guò)程。為確保拌制配比準(zhǔn)確無(wú)誤，在注漿前先標(biāo)定袋裝水泥的質(zhì)量、運(yùn)輸粉煤灰平車的具體質(zhì)量。

①施工配合比的確定

根據(jù)業(yè)主方要求，漿液采用1∶1.1～1∶1.3三個(gè)水固比，由稀到稠逐步灌注，要求每孔1∶1.1灌注方量為20%～30%，1∶1.2灌注方量為20%～30%，剩余均以1∶1.3灌注。因此，根據(jù)上述要求確定一級(jí)攪拌池每盤所放原材料質(zhì)量（設(shè)粉煤灰含水量為w），按三個(gè)水固比漿液分別換算施工配合比。帷幕孔注漿時(shí)需加水泥質(zhì)量2%的水玻璃以促進(jìn)速凝（加入二級(jí)攪拌池）。

②攪拌方法、時(shí)間

根據(jù)每盤漿液配比換算原材料用量，水泥以袋數(shù)計(jì)量、粉煤灰按平車數(shù)計(jì)量、用水量以漿池內(nèi)液面高度確定。在一級(jí)攪拌池內(nèi)先加入水和速凝劑，后加水泥和粉煤灰。待材料加入后攪拌5min左右，打開(kāi)閥門放入二級(jí)攪拌池繼續(xù)攪拌。

③注漿順序及相關(guān)問(wèn)題

一般先注下游孔，后注上游孔。此外，可以通過(guò)變換漿液濃度、注漿壓力、漿液初凝時(shí)間和注漿方法，控制漿液擴(kuò)散距離，減少材料消耗。

具體施工順序：先注帷幕孔，后注注漿孔，采用隔孔注漿法，按煤層傾斜方向，先注采空區(qū)低的鉆孔，后注采空區(qū)高的鉆孔。

漿液濃度應(yīng)先稀后稠，先用清水洗孔10分鐘以上，灌漿開(kāi)始時(shí)，要定時(shí)觀測(cè)泵的吸漿量和泵壓，記錄灌漿過(guò)程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整灌漿量和漿液濃度。注漿過(guò)程中出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時(shí)，應(yīng)采用間歇式注漿，或減小泵量以及采取地表填充裂隙等措施，阻止?jié){液從地面上大量流失。

在灌漿孔的注漿末期，泵壓逐漸升高，路基區(qū)當(dāng)泵量小于70L/min時(shí)，孔口壓力應(yīng)在1.0～1.5MPa之間，穩(wěn)定時(shí)間10～15min；橋隧區(qū)當(dāng)泵量小于50L/min時(shí)，孔口壓力應(yīng)在2.0～3.0MPa之間，穩(wěn)定時(shí)間10～15min.

3.施工安全

施工安全中應(yīng)檢查一級(jí)、二級(jí)攪拌池頂部鋼筋網(wǎng)格是否安裝牢固，能否起到保證人員不掉入池中的作用；料場(chǎng)上部是否有高壓電線、電話線等管線妨礙自卸卡車卸料；二級(jí)攪拌池周邊管線布置是否妥當(dāng)，變電箱放置是否合理；注漿人員、技術(shù)人員是否佩戴安全帽；現(xiàn)場(chǎng)安全警示牌安放情況；注漿管地面外露部分是否有醒目的標(biāo)牌。

4.檢查項(xiàng)目及要求

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)填寫監(jiān)理旁站報(bào)表，記錄一級(jí)攪拌池拌料時(shí)間、各種材料用量、各種配比拌合盤數(shù)、每孔開(kāi)注時(shí)間、各配比注漿量、成孔時(shí)間、成孔壓力等指標(biāo)。檢查施工方自檢資料是否與監(jiān)理旁站表內(nèi)容一致，為確保數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性，應(yīng)在成孔時(shí)拍攝流量計(jì)讀數(shù)照片、孔口壓力照片，并現(xiàn)場(chǎng)取樣送總監(jiān)辦實(shí)驗(yàn)室測(cè)定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。具體檢查項(xiàng)目：注漿方量要求流量計(jì)讀數(shù)與一級(jí)攪拌池?cái)嚢璞P數(shù)雙控，兩者相符；孔口壓力規(guī)定路基區(qū)1.0～1.5MPa、橋隧區(qū)2.0～3.0MPa；粉煤灰含水量要求每天實(shí)測(cè)以換算施工配合比；粉煤灰燒失量≤15%；試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度要求路基區(qū)≥1MPa、橋隧區(qū)≥3MPa（每天每漿站3組）；結(jié)石率≥80%；容重采用比重計(jì)或量筒測(cè)定（依據(jù)容重可換算攪拌池內(nèi)漿液方量）。

［1］趙斌,賈德勝.高速公路煤礦采空區(qū)治理工程質(zhì)量控制要點(diǎn)［J］.西部探礦工程，2005，（4）.

［2］賈會(huì)亮.高等級(jí)公路煤礦采空區(qū)注漿治理施工管理體會(huì)［J］.山西建筑，2003，（17）.

TU

A

1673-0046（2010）4-0160-03