包海 李庚 席睿
高速公路橋梁墩柱下伏采空區(qū)帷幕注漿治理及效果檢測(cè)
包海 李庚 席睿
在21世紀(jì)初期伴隨工業(yè)飛速發(fā)展,能源的需求大大提高,導(dǎo)致了煤炭能源的過(guò)度開(kāi)采,開(kāi)采資源的同時(shí),遺留下了大范圍的采空區(qū)。隨著近幾年我國(guó)西南地區(qū)高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展,過(guò)去采用避繞式躲開(kāi)煤礦采空區(qū)的方法已無(wú)法使用。如何跨越煤礦采空區(qū),已成為高速公路建設(shè)的難題。公路橋梁墩柱下伏采空區(qū),不僅削弱了其上覆巖層或土層的穩(wěn)定性, 而且造成不均勻沉陷,很大程度上影響橋梁的穩(wěn)定性,因此必須對(duì)采空區(qū)治理,以保證公路結(jié)構(gòu)安全,達(dá)到運(yùn)營(yíng)要求。本文對(duì)貴州貴甕高速公路翁簸大橋采空區(qū)治理工藝及過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)分析,為類似的工程提供參考。
在某高速K48+750翁簸大橋2、3、4號(hào)橋墩下存在煤礦采空區(qū)。其中2號(hào)墩SQZK385-3鉆孔揭露孔深39.1m~43.1m為采空區(qū),主要由強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r碎塊填充,呈松散狀;3號(hào)墩SQZK386及SQZK386-2未揭露到采空區(qū),但根據(jù)K48+720.0左9.5m及左3.0m處鉆探揭露情況,該墩左9.5m~3.0m處煤層位置約在地面以下55m~59m處標(biāo)高1063-1059m;采空區(qū)頂、底板為炭質(zhì)灰?guī)r及灰?guī)r,受采空區(qū)影響,頂板破碎,易垮塌。
目前采空區(qū)處理工藝包括①回填塊石②開(kāi)挖后回填壓實(shí)③引爆炸塌④注漿處理。本工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件為:煤層以上地層為砂質(zhì)頁(yè)巖、碳質(zhì)頁(yè)巖、中風(fēng)化碳質(zhì)頁(yè)巖、灰?guī)r、碳質(zhì)灰?guī)r和煤巖,煤層以下為中風(fēng)化的灰?guī)r,地下水不發(fā)育。結(jié)合本工程情況及地質(zhì)水文條件,確認(rèn)采用注漿進(jìn)行采空區(qū)處理。同時(shí),根據(jù)山體及不定因素較多情況,采用帷幕方式高效注漿處理采空區(qū)。
1.注漿參數(shù)的確定
注漿工藝、注漿參數(shù)是注漿設(shè)計(jì)的主要部分,直接關(guān)系到注漿效果和造價(jià)。
(1) 采空區(qū)處理寬度的確定
通過(guò)地勘資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘,了解到采空區(qū)因煤炭私采形成、埋深較大,同時(shí)年代久遠(yuǎn),無(wú)確切范圍及規(guī)模。注漿處理范圍為橋梁2、3、4號(hào)橋墩外側(cè)樁基以外12m。
(2)確定采空區(qū)空洞體積與注漿量
注漿量:Q=A×V×η÷C
A——漿液損耗系數(shù),考慮到漿液向地表、松散層及帷幕外跑漿,取1.1;
η——漿液對(duì)采空區(qū)及上覆巖層中的裂隙、裂縫的充填率,要求達(dá)到75%;
C——結(jié)石率,按80%計(jì)算;
V——剩余空洞的體積,等于采出的煤層體積扣除頂板冒落所發(fā)生變形的體積,本工程采用:V=治理面積×平均采厚×回采率(40%)×剩余變形量(30%)。此處煤礦為巷道長(zhǎng)壁式開(kāi)采、全冒落式頂板管理、平均采厚取4.0m。
2.注漿孔設(shè)計(jì)布設(shè)
在路基中線和距離中線左右20m與路線平行的三條線上共布設(shè)18個(gè)注漿孔,外側(cè)注漿孔兼做帷幕孔,先行鉆孔施工完成,并注漿形成帷幕。
注漿孔口封孔方法是先將孔口管外壁約50cm深的巖土層進(jìn)行清理,清理半徑約比孔徑大10cm,清理好后,先用水泥袋或棉紗圍著孔口管填塞至孔口以下1.5m左右,并用鋼釬沿孔口管四周插搗密實(shí)。配置水泥漿漿液(水灰比0.45),然后倒入孔內(nèi)0.5m~1.0m深,經(jīng)1~2分鐘后,上部再用1∶2水泥砂漿封孔。
孔口管采用φ10cm鋼管制作,孔口管以下接注漿管,注漿管采用6"鍍鋅鐵管,注漿管管壁按照10~30cm間距螺旋型布設(shè)3mm孔眼,作為注漿噴射孔。
3.注漿工藝
(1)定點(diǎn)
注漿孔采用GPS進(jìn)行實(shí)地測(cè)量放樣,因處于山區(qū)位置,首先確定鉆孔點(diǎn)位,采用小型機(jī)械整修作業(yè)平臺(tái)。然后再進(jìn)行精確定位,保證鉆孔位置與設(shè)計(jì)孔位偏差滿足設(shè)計(jì)要求。
(2)套管跟進(jìn)成孔工藝
采用φ130~150mm鉆頭開(kāi)孔,鉆至完整基巖土層下0.5~1m后,提鉆下入套筒至鉆孔底部,然后重新下入φ91mm鉆具進(jìn)行鉆孔,往復(fù)鉆進(jìn)至采空區(qū)中的塌陷冒落帶底板或煤層底板以下3m終孔。
(3)注漿管安裝
將鉆具及鉆桿全部提出后下入多孔注漿管至鉆孔底部,然后將套筒提出,做好封口處理。
(4)注漿工藝
① 注漿
注漿采用漿液濃度先稀后稠的方法,注漿開(kāi)始后,定時(shí)觀測(cè)泵的吸漿量和泵壓,記錄注漿過(guò)程中發(fā)生的各種現(xiàn)象,收集原始數(shù)據(jù),并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整注漿量和漿液濃度,在漿液中加入水泥重量2%的速凝劑。
②單孔注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)
a.在注漿孔注漿末期,泵壓逐漸升高,當(dāng)泵量小于70L/min時(shí),孔口壓力在1.0~1.5Mpa,穩(wěn)定10~15分鐘,可結(jié)束該孔的注漿施工。
b.當(dāng)注入一定漿量,若出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時(shí),可結(jié)束該孔的注漿施工。
1.鉆孔中出現(xiàn)塌孔問(wèn)題及處理方式
因在采空區(qū)進(jìn)行鉆孔作業(yè),部分地質(zhì)情況未知且存在松散區(qū)域。鉆孔至未知松散區(qū)域,經(jīng)常發(fā)生塌孔,針對(duì)塌孔問(wèn)題,改進(jìn)采用套管跟進(jìn)鉆孔技術(shù),采用內(nèi)徑為138mm帶有內(nèi)絲扣的套管,同步下發(fā)至孔內(nèi),形成附帶護(hù)壁,有效防止塌孔,同時(shí)在注漿管全部安裝完成后,可分節(jié)全部提出,重復(fù)使用,不造成材料浪費(fèi)。
2.注漿漿液壓力不滿足設(shè)計(jì)要求
采空區(qū)注漿處理過(guò)程中,因地下情況無(wú)法探明,會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)注漿孔注漿壓力不滿足設(shè)計(jì)要求??刹扇_洗注漿管后,間歇式注漿進(jìn)行處理。最終達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值。
1.鉆探驗(yàn)證:注漿施工結(jié)束2個(gè)月后,進(jìn)行鉆孔檢驗(yàn)。按注漿孔的2%設(shè)置檢查孔數(shù)量,檢查孔深度為原地面至采空區(qū)底板的深度。通過(guò)孔內(nèi)取芯直接觀察采空區(qū)的漿液充填情況,并結(jié)合鉆探過(guò)程中循環(huán)液的漏失情況及孔壁的穩(wěn)定性等評(píng)價(jià)質(zhì)量。
2.物探檢測(cè)法:對(duì)治理后的采空區(qū)采用高密度電測(cè)法檢驗(yàn)注漿質(zhì)量。若電阻率值在200~600Ω·m表明巖性完整,則注漿質(zhì)量符合要求。
本工程采用斷面測(cè)深技術(shù)是把整條測(cè)線的數(shù)據(jù)當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行分析,即二維層析成像分析。根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演推理,得出五條線剖面成果,形成翁簸大橋橋基探測(cè)剖面成果。
對(duì)比檢查成果及存在異常帶情況,得知此幾處異常帶為原有巖溶發(fā)育腔體充水或充泥。結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙,根據(jù)樁基位置及長(zhǎng)度,不在樁基影響范圍內(nèi),不需要進(jìn)行單獨(dú)處理。原有采空區(qū)域位置注漿處理質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
經(jīng)過(guò)鉆孔及物探檢測(cè)后,比照新路基設(shè)計(jì)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件做出綜合評(píng)價(jià),確定貴甕高速工程翁簸大橋采空區(qū)注漿處理符合要求,最終達(dá)到預(yù)期的目的。同時(shí)驗(yàn)證了采用帷幕注漿方案能有效解決橋梁下部結(jié)構(gòu)采空區(qū)填充處理難題。套管鉆進(jìn)及帷幕注漿工藝可以在類似采空區(qū)處理過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)用,將取得預(yù)期效果。
(作者單位:中交一航局第四工程有限公司)