公路采空区处治方法探索

林峥

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019）

公路采空区处治方法探索

林峥

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019）

公路采空区的下沉及塌落变形会引起地表变形破坏，进而导致公路路基的不均匀沉降、开裂，严重影响了公路的行驶安全和舒适度。公路采空区的处治必须在全面收集采矿资料的基础上，结合地质勘探结论，科学评价采空区稳定性，确定其处治范围，并根据采空区特点选择合理的方案进行处治，并通过物探或钻探方式进行处治效果检测确保施工质量。

采空区；注浆处治；质量检测；采矿资料

1 工程概况

河南渑垣高速河南段公路位于三门峡市渑池县境内，路线里程40.081 km，设计速度80 km/h，采用双向四车道标准，路基总宽25.5 m。本项目仰韶互通位置线位穿越煤炭采空区，依据收集的采矿资料，项目范围内煤层埋深差异较大，埋深45～364 m，煤层倾角约30°，煤层厚度范围0.60～6.22 m，平均煤厚3.23 m。

煤层直接底板主要泥岩、炭质泥岩，顶底板岩性主要为泥岩、砂质泥岩，顶板全部滑落。

2 采空区分布

根据采空区分布位置，本次勘察范围根据拟处治区域划分4个区，自西向东依次分别为勘察Ⅰ～Ⅳ区，如图1所示。通过本次勘察确定划分基本稳定区1处，不稳定区3处。地质勘探情况及评价如下。

3 采空区勘察

为了满足安全论证工作的需要，全区共完成钻孔32个，间距50 m×50 m，完成钻探总进尺3 513.74 m，勘察区范围如图1所示。

Ⅰ区分布钻孔分别为CKQ-1～CKQ-8，共8个钻孔，位于勘察区西侧，除CKQ-4孔外，其余钻孔均见采空层，层厚1.4～5.6 m，埋深85～122 m。煤层顶板泥岩及砂岩互层岩芯呈塑状及碎块状，区域剩余沉降空间较大，确定为不稳定区。Ⅱ区分布钻孔分别为CKQ-9～CKQ-17，共9个钻孔。位于勘察区中部，所有钻孔均见采空区，采空层厚2.51～18.82 m，埋深85.5～132.6 m。煤层顶板泥岩及砂岩互层岩芯呈塑状及碎块状，确定为欠稳定区。Ⅲ区分布钻孔分别为CKQ-18～CKQ-28，共11个钻孔。位于勘察区中东部，除CKQ-22、CKQ-23、CKQ-24孔外，其余均见采空区，采空层厚3.1～10.85 m，埋深59.5～117 m。该区属于沉降变形阶段，确定为不稳定区。Ⅳ区分布钻孔分别为CKQ-29～CKQ-32，共4个钻孔，均为见采空区。经过细致的论证，确定为基本稳定区。

4 采空区处治设计标准

通过对采空区的处治，以消除或减小地表的变形，从而确保路基在施工及运营期内的稳定，并减少由于路基变形造成的路面起伏、开裂等病害。根据《公路路基设计规范》（JTJ D30—2015），高速公路选取以下变形值作为公路采空区地表的允许变形值：地表倾斜率i≤3 mm/m，水平变形值ε≤2 mm/m，曲率值K≤0.2mm/m。

5 采空区处治方案

从渑垣高速采空区路段地层勘察结果看，本项目采空区埋深较大，分布广泛，采用片石回填、桥梁跨越均不合理，经过比选，对Ⅰ～Ⅲ区域采用注浆方案进行处治，注浆材料满足规范要求。注浆孔距结合规范要求，设计推荐采用15 m，布置形式为梅花形；采空区处治范围外边缘设置帷幕注浆孔，孔距推荐采用15 m。帷幕注浆功能为封堵浆液，阻止浆液流入处治区域以外。采空区处治范围及注浆孔布设如图1所示。

图1 采空区处治范围

采空区处治施工要坚持“动态设计”的原则，根据现场施工钻探以及注浆实际情况，调整注浆孔间距、注浆压力等参数，最终达到采空区预期处治效果。

5.1 采空区注浆处治范围的确定

采空区治理范围的确定基于可靠的地层勘探资料，探明采空区与路线位置关系以及埋深，并根据现行规范中的计算公式计算处治的长度、宽度以及深度。采空区处治宽度和长度必须考虑覆岩移动影响宽度，而采空区处治宽度还需考虑围护带宽度。根据规范要求，采空区的处治深度即注浆钻孔深度，须至底板以下不小于1 m。

5.2 采空区注浆量预测

采空区位于地表以下，尽管地质勘探范围能够覆盖采空区，但仅靠有限数量的钻孔仍然难以准确确定采空区的厚度、塌落程度、剩余孔隙率等参数，因此，采空区注浆处治的工程量难以准确计算。目前，可以依据《采空区公路设计与施工技术细则》（JTG/T D31-03—2011）中注浆量总量计算公式进行估算。其中，煤层平均采出厚度、回采率、采空区剩余空隙率等参数应通过钻探、变形观测、区域资料收集或参照地区经验等方式确定。

5.3 注浆施工

注浆施工前应该认真研究采空区处治设计方案，根据采空区特点制定相应的注浆方案，确保注浆施工顺利进行。

5.3.1 选择合适的设备

根据采空区的处治深度、地层特性以及注浆孔和帷幕孔的结构特点，选择满足施工要求的钻孔设备和注浆设备，以保证施工质量。

5.3.2 选择合适的施工工序

将处治域内的注浆孔钻探分2次进行隔孔钻进。第一批钻孔对处治区域有补充调查的作用，将施工钻孔揭露的地层特征与设计内容进行比对，如果有明显差异，可及时优化调整设计内容，以满足处治需要。注浆工作与钻孔工作相对应，采用隔孔注浆，第一批注浆孔内浆液可能流动范围较大，注浆范围内仍会有较大空隙未填充，第二批次孔注浆将在前序注浆基础上再次对采空区进行充填，从而提高充填率。

5.3.3 选择合适的注浆浆液

注浆浆液应选择稳定性好、流动性好、对环境污染小、取材方便、价格低廉的产品。本项目注浆材料推荐采用水泥粉煤灰浆，帷幕注浆材料为水泥粉煤灰浆外加速凝剂，速凝剂掺量为水泥质量的3%.

5.4 注浆质量检测方法

目前，采空区处治质量的检测方法主要包括弹性波法、地震勘探、高密度电法、钻孔检查等，通过一种或多种方法对加固区进行质量检测，可确保处治效果。

6 结束语

公路下覆采空区变形将导致路基路面的不均匀下沉、开裂，严重影响行驶安全，同时，大幅增加了养护费用，因此，相关工作人员必须重视公路下覆采空区的处治。采空区的处治必须在大量收集采矿资料、地质资料和地质勘探的基础上进行，并采用动态设计的理念，不断优化处治方案，对施工过程进行严格被控，对处治效果进行检测，确保处治质量。

〔编辑：张思楠〕

U416.1

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.23.017

2095－6835（2017）23－0017－02