高等級公路采空區(qū)路基處理措施分析

馮好娟

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830002）

0 引言

當(dāng)?shù)V產(chǎn)資源被開發(fā)后會在地下形成一定的空洞區(qū)[1]，即“采空區(qū)”。高等級公路進(jìn)行選線時首先要盡量避開穿越采空區(qū)路段，原因如下：①采空區(qū)處理需要大量的資金投入，資金不易控制；②采空區(qū)路段的設(shè)計和施工經(jīng)驗尚不夠成熟；③采空區(qū)路段后期運行過程中存在變形、沉陷甚至局部坍塌的風(fēng)險，會對人民生命財產(chǎn)安全帶來損害[2]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，土地資源急速溢價，近年來高速公路選線受控因素較多，不可避免要穿越采空區(qū)，對采空區(qū)路基處理的探索勢在必行[3]。采空區(qū)的存在影響了高等級公路的行駛安全性。由于在礦產(chǎn)資源開采過程中，破壞了巖層的整體結(jié)構(gòu)，造成圍巖變形失穩(wěn)產(chǎn)生了相對豎向位移，巖層結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性下降[4]。

本文以烏魯木齊某高等級公路下部的采空區(qū)為例，通過對該公路采空區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘察，確定采空區(qū)位置及分布情況和分布特征，提出了采空區(qū)路基處治方法，并且對處治后的路基情況進(jìn)行試驗研究，為高等級公路采空區(qū)路基處治奠定基礎(chǔ)。

1 采空區(qū)分布特征

1.1 工程概況

烏魯木齊某高等級公路計劃跨越多個采空區(qū)進(jìn)行選線，該公路全長25.6km，雙向4車道。經(jīng)過地質(zhì)勘察后，確定該公路下部共有4個采空區(qū)，采空區(qū)基本特征如表1所示。

表1 烏魯木齊某公路下部采空區(qū)基本情況表

由表1 可得，該公路計劃通過區(qū)域內(nèi)存在4 個采空區(qū)，采空區(qū)樁號由K8+870—K11+200，采空區(qū)走向長度在220～400m，傾斜長度在35～85m，開采厚度均為2.4m，開采深度在30～90m。由此可以得知該采空區(qū)開采厚度小，且開采區(qū)域較近，可采空區(qū)的跨度小，存在較大的殘余變形。采空區(qū)的存在將會造成該高等級公路路基沉降，影響高等級公路通行質(zhì)量，甚至?xí)斐陕坊料?，路面出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)性裂縫以及推移等不可修復(fù)的病害。

1.2 采空區(qū)分布特征分析

通過分析，采用工程物理探測的方法，對采空區(qū)域內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)、巖體材質(zhì)、礦產(chǎn)開采走向以及采空區(qū)埋深與間距進(jìn)行勘察?？辈旖Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 K8+870—K11+200典型采空區(qū)剖面圖

根據(jù)工程物理探測結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)該高等級公路由于礦產(chǎn)開采，在下部形成淺埋采空區(qū)，采空區(qū)存在4處，導(dǎo)致該高等級公路存在路基沉降及路面變形等病害隱患，公路安全性降低。根據(jù)采空區(qū)分布情況，可以分為兩個路段區(qū)域。路段一：K8+870—K9+017 處，該處采空區(qū)域較密集且埋深較淺，位于路基下方，易造成不均勻沉降，路基結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較差。路段二：K9+110—K11+200 處，該區(qū)域采空區(qū)分布較為分散，但是采空區(qū)橫穿路基橫斷面，采空區(qū)埋深較深，造成路基路面變形增大，極易影響高等級公路整體穩(wěn)定性。通過對4個采空區(qū)分布集中的區(qū)域進(jìn)行鉆芯，得到鉆孔土層為人工填土、含礫粉質(zhì)黏土、混碎石粉質(zhì)黏土及基巖共4種類型。

1.3 采空區(qū)對路基影響程度

根據(jù)規(guī)范要求，采空區(qū)危害等級分類如表2 所示，將礦業(yè)地質(zhì)環(huán)境危害情況分為極大、較嚴(yán)重、較小三種情況。根據(jù)危害情況分區(qū)選擇對應(yīng)的處治原則分別為重點處治、一般處治以及監(jiān)測。

表2 采空區(qū)危害等級分類表

當(dāng)采空區(qū)埋深較淺時，在礦產(chǎn)資源開采時，造成巖體結(jié)構(gòu)整體破壞，巖土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，對高等級公路路基穩(wěn)定性有影響嚴(yán)重。針對烏魯木齊某高等級公路分析可得，該公路存在4個采空區(qū)，采空區(qū)分布較為密集埋深較淺，且有一處采空區(qū)橫穿路基橫斷面，影響路基路面的整體穩(wěn)定性。

根據(jù)表2 采空區(qū)危害等級分類表可得，K8+890 處采空區(qū)，埋深小于30m，高度為2.4m，寬度為2.2～4.4m，且位于高等級公路正下方，對路基整體穩(wěn)定性危害巨大，為重點處治對象。K11+200處采空區(qū)，埋深大于30m，高度為2.4m，寬度為1.2～2.4m，處于路基下方的巖石層，對路基整體穩(wěn)定性影響較小，可進(jìn)行監(jiān)測處治。根據(jù)不同地質(zhì)危害等級分類，確定不同的處治原則，K8+890處采空區(qū)以及K9+110處采空區(qū)需要進(jìn)行重點處治和一般處治。

2 治理措施

在進(jìn)行高等級公路施工過程中，由于路基處采空區(qū)的存在，造成高等級公路路基出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象，在車輛荷載的重復(fù)作用下，增加路基沉降量，甚至造成路基坍塌的現(xiàn)象。路基的不均勻沉降，造成路面面層出現(xiàn)大量結(jié)構(gòu)性裂縫、波浪、推移等病害，嚴(yán)重影響高等級公路的通行質(zhì)量。因此，高等級公路采空區(qū)路基的處理是必須解決的問題。

根據(jù)烏魯木齊某高等級公路下處采空區(qū)分布特征，其中2 處采空區(qū)為淺部采空區(qū)，2 處為中深部采空區(qū)。由于采空區(qū)類型不同，選擇處理措施也不相同，分為注漿處治、開挖回填以及加鋪鋼筋混凝土板等處治措施。如表3 所示，埋深不同的采空區(qū)處治方法大不相同，并且應(yīng)用條件及評價方式也有差別。

表3 高等級公路采空區(qū)路基處治方法

由表3采空區(qū)處治措施分析可得，烏魯木齊某高等級公路下處采空區(qū)2處屬于淺部采空區(qū)，必須進(jìn)行重點處治，采取注漿填充法進(jìn)行注漿施工，其余2處屬于中深部采空區(qū)，為保證該高等級公路的行駛安全性，對中深部采空區(qū)進(jìn)行全注漿填充。

注漿充填法與全注漿填充法都屬于注漿處治的范疇，注漿充填法適用于淺部采空區(qū)，使用漿液填充采空區(qū)的空洞及結(jié)構(gòu)性裂縫，施工工藝簡單但是耗材較多，施工費用較高。全注漿充填法適用于中深部采空區(qū)，采空區(qū)位于路基下30～100m，需要對空洞進(jìn)行全部填充，并且對覆蓋的巖石層裂縫也要進(jìn)行注漿處治，同樣這種方法雖然能夠極大地提高采空區(qū)路基的穩(wěn)定性，但是材料消耗巨大，施工造價較高。

3 采空區(qū)注漿處治效果分析

3.1 采空區(qū)注漿施工

選擇注漿充填法與全注漿填充法作為該高等級公路淺部采空區(qū)及中深部采空區(qū)路基的處治方法。在進(jìn)行注漿施工之前，首先確定采空區(qū)注漿位置，使用工程物理探測方法，準(zhǔn)確找到空洞位置。然后確定空洞尺寸以及周圍土體穩(wěn)定性，該高等級公路淺部采空區(qū)周圍土體強度較大，整體性穩(wěn)定性較好。

在進(jìn)行注漿施工時，首先進(jìn)行帷幕孔的注漿施工，然后進(jìn)行處治范圍內(nèi)注漿孔的注漿施工，目的是防止過度跑漿漏漿，將注漿范圍控制在擬處治區(qū)域內(nèi)。采用水泥粉煤灰加水進(jìn)行拌和形成注漿液，在注漿時一定要注意，采用分層注漿的方式。該高等級公路采空區(qū)體積較大，在進(jìn)行注漿時，選擇分層注漿，保證注漿空洞的密實度，防止注漿不均勻，造成空洞開裂，降低采空區(qū)整體穩(wěn)定性。注漿完成后，需要對采空區(qū)進(jìn)行注漿養(yǎng)護(hù)，保證注漿液的強度形成，避免由于養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，產(chǎn)生裂縫，降低強度。對于該高等級公路采空區(qū)中，淺部采空區(qū)注漿可使用傳統(tǒng)注漿方法即可，應(yīng)保證注漿量滿足要求。對于中深部采空區(qū)注漿施工，需要采用加壓注漿的方式。因為中深部采空區(qū)距離公路30～100m，傳統(tǒng)注漿方法，在注漿過程中可能導(dǎo)致漿液未達(dá)到空洞處，造成流動性變差，漿體凝固的現(xiàn)象。所以采用加壓注漿的方式，不僅能夠保證漿體本身在到達(dá)空洞處的流動性，同時可以滿足漿體注滿整個中深部采空區(qū)，對于中深部采空區(qū)在進(jìn)行全部注漿之前，還應(yīng)該對覆蓋表層的巖石裂縫進(jìn)行注漿處理，處理完畢后可以進(jìn)行加壓注漿。

3.2 采空區(qū)注漿處治效果分析

通過對烏魯木齊某高等級公路4處采空區(qū)路基進(jìn)行注漿處治，對采空區(qū)的殘留下沉值、注漿量、空洞體積以及注漿密實度進(jìn)行檢測，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 烏魯木齊某高等級公路采空區(qū)路基處治結(jié)果表

由表4 采空區(qū)路基注漿處治結(jié)果表可得，4 處采空區(qū)經(jīng)過注漿處治后路基結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性提升，但是K9+110 處采空區(qū)，注漿密實度僅為81%，不能夠滿足采空區(qū)路基處治要求，需要對該處采空區(qū)進(jìn)行二次注漿處治。根據(jù)處治結(jié)果可得，注漿處治方法雖然施工簡單且強度形成較快，但是由于采空區(qū)位于地下較深處，進(jìn)行注漿處治時易造成注漿不密實的情況，注漿結(jié)果不能滿足要求，所以在注漿過程中，注漿料的選擇至關(guān)重要，需要選用流動性高、體積穩(wěn)定性好的注漿材料。施工時必須進(jìn)行分層注漿，保證注漿量充足，提升注漿密實度，提高采空區(qū)處的整體穩(wěn)定性，避免二次處治。

3.3 采空區(qū)注漿法施工經(jīng)濟(jì)效益分析

采用注漿法對山區(qū)高等級公路采空區(qū)路基進(jìn)行處治，具有施工工期短，施工效率高，處治質(zhì)量好的特點。但是采用注漿法施工時，對注漿料的用量需求較大。根據(jù)表4 高等級公路采空區(qū)路基處治結(jié)果可知，4個采空區(qū)的單位面積注漿量均大于1，表明在采空區(qū)施工過程中，1m3注漿料不能夠填滿1m3空洞區(qū)。注漿法處治采空區(qū)雖然施工過程簡單，但是對注漿料性能要求高，并且注漿料使用量多，工程經(jīng)濟(jì)性不高，施工處治造價較高。

4 結(jié)語

綜上所述，本文以烏魯木齊某高等級公路為例，通過工程物理探測，發(fā)現(xiàn)該公路下處存在4 處采空區(qū)。通過對采空區(qū)域的地質(zhì)勘察，確定采空區(qū)的分布特征。根據(jù)采空區(qū)域分布特征，研究了采空區(qū)路基處治方法，確定使用注漿處治的方法對該公路下處采空區(qū)進(jìn)行注漿施工。施工后通過路基檢測試驗，評價了注漿處治法在高等級公路采空區(qū)路基處治中的可行性。