（山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

采空區(qū)是某一空間的絕大部分地下礦床、礦物采集完成后所留下的區(qū)域。一般按采礦深厚比分為淺層采空區(qū)、中深層采空區(qū)和深層采空區(qū)，或者按采空區(qū)形成和停采時(shí)間分為新采空區(qū)和老采空區(qū)。我國部分地區(qū)高速公路建設(shè)項(xiàng)目會經(jīng)過煤礦采空區(qū)，對采空區(qū)的處理成為了施工技術(shù)人員必須掌握的內(nèi)容。筆者將結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，簡要介紹高速公路采空區(qū)注漿處理技術(shù)。

一、采空區(qū)常用治理方法

采空區(qū)治理一般根據(jù)地質(zhì)條件、道路條件、施工條件等，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、滿足進(jìn)度要求的方法。采空區(qū)治理方法主要包括注漿法和非注漿法，非注漿法主要包括砌筑法、開挖回填法和橋跨法。

（一）注漿法

向地基土中填充能夠?qū)⒖臻g內(nèi)部或者表面空隙填滿以及使礦物質(zhì)沉積于空隙間的漿狀材料，材料水分蒸發(fā)后可提高物體的強(qiáng)度或防滲透性。注漿法適用范圍較廣，主要有提高地基承載力、帷幕、防止地表下沉、防止滑坡等作用。

（二）非注漿法

1、砌筑法。在采礦后形成的空洞內(nèi)人工回填砌筑，將砌體與洞頂緊密接觸，起到支撐頂板的作用，保證采空區(qū)上覆巖層的穩(wěn)定性。砌筑法主要用于礦層開采后未全部崩塌墜落、采空區(qū)空間足夠大、通風(fēng)條件好，不會對開展人工作業(yè)等各種活動產(chǎn)生較大阻礙的區(qū)域。干砌法適用于公路路基部位的采空區(qū)，漿砌法適用于公路地基較重要部位的采空區(qū)。

2、開挖回填。將開采目標(biāo)定位路基的下淺層等區(qū)域進(jìn)行回填。適用于治理地基淺層、高邊坡地段等。

3、橋跨法。以橋的方式跨越采空區(qū)不穩(wěn)定地段。適用于開采規(guī)模小、開采深度不大的采空區(qū)。

二、注漿處治工程的一般設(shè)計(jì)

（一）采空區(qū)注漿處理的范圍

采空區(qū)治理長度為公路路線走向的實(shí)際分布長度，當(dāng)采空區(qū)采礦層厚度較大，地表變形破壞嚴(yán)重，應(yīng)考慮增加覆巖移動影響范圍內(nèi)的治理長度；采空區(qū)治理寬度主要考慮路基層的寬度、維護(hù)帶的寬度和采空區(qū)覆蓋巖石區(qū)域的影響的寬度；采空區(qū)治理深度一般為至底板下1m處。

（二）注漿路段的劃分

根據(jù)采空區(qū)上方通過的路基或結(jié)構(gòu)物不同，在設(shè)計(jì)上劃分為路基采空區(qū)、橋隧采空區(qū)和橋隧路基過渡段采空區(qū)三種。橋隧及過渡段采空區(qū)設(shè)計(jì)一般與路基地段不同，孔距較密，對注漿結(jié)速標(biāo)準(zhǔn)、注漿漿液的質(zhì)量要求較高。

（三）注漿量的計(jì)算

A——為注漿總量耗損系數(shù)，取值在1.0～1.5之間；

S——為采空區(qū)治理面積，其值為采空區(qū)治理長度與寬度的積（m2）；

m——為采空區(qū)采礦厚度（m）；

K——為回采率，一般通過采礦實(shí)際調(diào)查確定；

V——為采空區(qū)剩余孔隙率，其取值在0.2～1之間；

N——為注漿充填系數(shù)，取值在0.75～0.95之間；

C——為漿液結(jié)石率，取值在0.7～0.95之間。

（四）鉆孔布設(shè)

帷幕孔和注漿孔分別按不同的孔距布設(shè)，帷幕孔一般布設(shè)一排，孔距在10～15米之間；注漿孔排距15～25米，每排孔距10～25米。當(dāng)采空區(qū)連通性、頂板完整性較好，采出率較小時(shí)，孔距也一般相對較大。

三、注漿施工和質(zhì)量要求

（一）注漿材料及技術(shù)指標(biāo)

1、注漿原材料。水應(yīng)符合混凝土用水要求。水泥強(qiáng)度等級不應(yīng)低于32.5級，優(yōu)先選用礦渣水泥，必須嚴(yán)格依照國家發(fā)布的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。粉煤灰一般使用散排粉煤灰，也可以使用其他符合國家二級或者三級標(biāo)準(zhǔn)的粉煤灰。粘土塑性指數(shù)必須要不小于14，粘粒含量不宜低于25%，砂含量不大于3%。骨料應(yīng)為質(zhì)地堅(jiān)硬的天然砂、人工砂或粒徑不大于10mm的碎石。外加劑的水玻璃模數(shù)宜為2.4～3.0，濃度宜為30～45°Bé。

2、漿液配合比及漿液指標(biāo)。漿液的種類主要有水泥粉煤灰漿液、水泥漿液、粘土漿液及化學(xué)漿液等，目前使用最廣的是水泥粉煤灰漿液。水泥粉煤灰漿液中的水泥和粉煤灰的比例一般在1：9到3：7之間，28天強(qiáng)度一般在0.3～2.5MPa范圍，結(jié)石率在0.7～0.95注漿，充填率在0.75～0.95范圍。

在使用前應(yīng)先進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。實(shí)踐證明，水固比1：1太稀，1：1.4及以上太稠，均不宜使用。

（二）采空區(qū)注漿處治施工工藝流程

（三）采空區(qū)注漿施工工藝及要求

1、定點(diǎn)。鉆孔孔位的放樣偏差不大于0.5m。受地形影響，鉆孔位置不能放在設(shè)計(jì)位置時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)和監(jiān)理工程師的認(rèn)可下進(jìn)行調(diào)整。

2、成孔工藝。用直徑127mm的鉆頭鉆至完整基巖6m后，下入114mm的套管護(hù)壁，再用直徑89mm的鉆頭鉆至采空區(qū)的冒落帶或底板下1m處。

3、成孔要求。應(yīng)分至少兩個序次進(jìn)行鉆孔施工，并按布置注漿孔和帷幕孔總數(shù)的3～5%進(jìn)行全孔取芯，采空區(qū)冒落帶部位的巖芯采取率不應(yīng)小于30%，其他部位不小于60%。鉆孔施工要做好鉆探記錄、巖芯編錄和拍照。鉆孔過程中必須測量孔斜，不合格時(shí)要及時(shí)糾正或補(bǔ)救，至裂隙帶和冒落帶時(shí)必須用清水鉆進(jìn)，結(jié)束后應(yīng)沖洗鉆孔，以免堵塞有效注漿區(qū)域。鉆孔遇到洞穴、塌孔或掉塊時(shí)，可采用跟管鉆進(jìn)或先灌漿處理后再鉆進(jìn)。對非取芯孔，當(dāng)鉆孔孔深接近設(shè)計(jì)的采空區(qū)底板時(shí)，要用取芯鉆頭對底板進(jìn)行取芯，以確認(rèn)達(dá)到采空區(qū)底板。

4、下注漿管、澆注孔口管。注漿管和孔口管既是注漿時(shí)漿液進(jìn)入孔內(nèi)的通道，也是防止?jié){液從孔口外流的止?jié){裝置，可以采用似法蘭盤簡易止?jié){法或止?jié){塞、套管等方法止?jié){，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選用。

（四）漿液的拌制

漿液應(yīng)按批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)配合比配置，并進(jìn)行隨機(jī)抽查。材料的配料誤差應(yīng)小于2%。水使用用水表計(jì)量，水泥可按袋、稱量或用定量容器計(jì)量，粉煤灰可稱量或用定量容器計(jì)量。

漿液的拌制應(yīng)分兩級漿池進(jìn)行，在一級漿池內(nèi)先放入水，邊拌和邊加入水泥和粉煤灰直至攪拌均勻，一般不得少于3min。把拌和好的漿液經(jīng)過5mm孔徑濾網(wǎng)放入二級漿池，在二級漿池內(nèi)加入外加劑，邊拌和邊注漿。

（五）注漿

注漿開始前先進(jìn)行空隙、裂隙地壓水沖洗，沖洗壓力一般為注漿壓力的80%，并不大于1MPa，沖洗時(shí)間5～10min。沖水量大于100L/min時(shí)，可停止沖洗。對遇水性能惡化的巖層，注漿前可不進(jìn)行空隙、裂隙的壓水沖洗。注漿前應(yīng)測量注漿孔及鄰孔的孔深、水位，如果注漿孔孔深與實(shí)測孔深相差較大時(shí)，應(yīng)重新掃孔至設(shè)計(jì)標(biāo)高；注漿過程中，由于串漿或其它原因造成堵孔，必須掃孔后再注漿。

注漿工作開展的步驟為：首先進(jìn)行大致處于同一地段的采空區(qū)注漿，從邊緣帷幕孔開始，后進(jìn)行中間注漿孔注漿。傾斜采空區(qū)應(yīng)采取從深至淺的施工次序，先對沿傾向深部采空區(qū)邊緣孔進(jìn)行施工。帷幕注漿必須按分序間隔、間歇的原則進(jìn)行。

為了保證采空區(qū)注漿質(zhì)量，漿液應(yīng)滿足施工規(guī)定并盡量濃稠。引起變漿現(xiàn)象有三種情況：一是注漿壓力一定，減少單位吸漿量，或水固比和單位吸漿量一定，改變壓力；二是注漿壓力或單位吸漿量一定，且一定濃度的漿狀物注入量達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)，提高濃度；三是單位吸漿量在250L/min以上，提高濃度。注漿時(shí)如果漿液流出孔口，可降低壓力或提高濃度。

（六）結(jié)束注漿

注漿工作收尾時(shí)，泵壓將上升。泵量在70L/min以下，孔壓處于1.0MPa～3.0MPa之間，注漿工作可以在15min左右結(jié)束；橋隧下伏采空區(qū)處治孔口結(jié)束壓力宜控制在2.0～3.0MPa，泵量小于50L/min，當(dāng)濃漿達(dá)到孔口并封孔時(shí)，注漿工作結(jié)束。