网格地梁格栅在公路急倾斜煤矿采空区治理中的应用★

李 健 姚建强

(中交通力建设股份有限公司，陕西 西安 710075)

0 引言

我国矿产资源极为丰富，尤其是煤炭资源，作为产煤大省的新疆，不可避免的出现了大量的采空区。随着我国“一带一路”战略的蓬勃发展，在新疆的公路建设中已不可避免的穿越一些采空区，而乌鲁木齐作为我国最大的急倾斜煤矿矿区，多年的开采，形成了大量的急倾斜采空区。

目前采空区的治理常用手段主要为注浆充填加固法[1]，即采用一定的压力，把水泥粉煤灰浆液以泵送方式注入地下采空区中，浆液对地下采空区、采空区冒落带及上覆地层裂隙以充填、渗透的方式进行加固处理，形成一个稳定的胶结整体，从而提高公路路基的整体稳定性。但对于公路急倾斜煤矿采空区，由于煤层倾角较大，开采的不规律、注浆充填时浆液的不规则扩散、地表变形复杂多变等因素的影响，导致采空区注浆充填后会引起公路路基的不均匀沉降，为避免出现此类问题，进一步加强路基抗变形、路面抗裂缝能力，设计时对公路采空区治理提出了补充与完善措施，即网格地梁格栅的应用。

1 工程背景

乌鲁木齐绕城高速(东线)公路项目采空区治理工程DCKQ-2标段位于测设里程K21+220～K21+880，属低山丘陵区，区域内存在四带西南至东北向煤田采空塌陷区，可见较多塌陷坑。采空区段内煤层厚度0.7 m～64.0 m，煤层走向65°～70°，倾角45°～86°，为急倾斜煤层，开采方式以地下单层或多层水平开采为主。该采空区治理的主要方式是注浆充填法，后期为防止地表不规则变形引起路基不均匀沉陷，采用网格地梁格栅进行加固处理。

2 注浆充填中网格地梁格栅的应用

2.1 网格地梁格栅的设计

根据设计文件，网格地梁格栅为正方形，长宽为4 m，横梁、纵梁宽度及高度均为0.5 m。地梁格栅采用混凝土浇筑，空隙用砂砾土回填(见图1)。

网格地梁格栅铺设于路基原地面以下，铺设宽度为路基底部宽度，即填方路基为路基宽+路基边坡宽度；挖方段处理宽度为路基宽度。

DCKQ-2标段处理长度为660 m，可根据现场情况设置施工缝，一般情况40 m～50 m设置施工缝一道；处理宽度为36 m～44 m，宽度方向不设施工缝。

地梁格栅的施工顺序：采空区治理工程场地开挖、平整→横梁、纵梁的架设→模板安装→横梁、纵梁混凝土浇筑→混凝土养护→当混凝土强度达到设计强度的75%以上砂砾土回填(压实度不小于90%)。

2.2 网格地梁格栅的施工

1)地面平整。

地梁格栅属水平钢筋混凝土结构，需地面整体近水平。

2)架设钢筋网、安装模板。

按照设计文件，在平整后的场地，铺设钢筋网，安装特制的专用钢模板，调整钢筋网与钢模板间距，模板安装过程中，必须经常保持足够的临时固定设施，以防倾覆。

3)混凝土的浇筑及其养护。

采用混凝土浇筑车，对已铺设的钢筋网进行混凝土浇筑及搅拌、振动，待混凝土终凝后采取洒水自然养护、喷涂薄膜养护及塑料薄膜包裹养护等措施进行养护，待混凝土彻底固结后，拆卸钢模板。

4)地梁格栅空隙处的回填。

待地梁格栅中的混凝土强度达到设计强度的75%以上，方可对地梁格栅空隙处进行砂砾土的回填。填料采用砂砾、石渣等，砂砾最大干密度为2.08 g/cm3～2.36 g/cm3，每层松铺厚度20 cm。回填工艺流程：检验砂砾土质量→分层铺筑砂→洒水→夯实或碾压→找平验收。地梁格栅砂砾土回填要求压实度达到90%。

3 采煤竖井中网格地梁格栅的应用

3.1 采煤竖井的回填施工

DCKQ-2标段采空区注浆工程范围内存在三个未回填的竖井，圆柱形，混凝土壁，直径为4.0 m、深度在150 m～200 m之间，按照设计文件必须进行回填处理。

回填材料采用当地碎石土，碎石粒径为20 mm～30 mm，含量为30%，轻型击实最大干密度为1.76 g/cm3，重型击实最大干密度为1.96 g/cm3，最优含水率为8.5%，回填后，压实度(λ)为95%，相对密度Dr>0.7。

施工工艺：选择料场→土工试验→回填区清理→挖装运输→碾压试验→分层摊铺→分层碾压→分层压实检验。

分层铺筑技术要求：铺筑的每层厚度一般为30 cm～50 cm，采用蛙式打夯机分层夯实；竖井边缘用人工或蛙式打夯机补夯密实；夯实或碾压；夯实或碾压的遍数，由现场实验确定。采用夯机往复夯实，夯实不少于4遍～6遍。

3.2 回填后出现的问题

采煤竖井回填施工结束后，已施工的回填竖井发生塌陷现象，其中1处竖井于2015年9月26日晚上21点左右开始塌陷，出现与竖井形态大小近一致的圆形不连续的地面塌陷裂隙，于次日早上8点左右地面形成明显的圆形连续的地面塌陷裂隙，次日中午12点左右地面形成明显的圆形连续的地面塌陷坑，地面塌陷坑直径为4.0 m，深度为0.6 m～0.8 m，四周最大裂缝宽度5 cm～10 cm。

根据以往工程经验与现场分析，塌陷原因是：竖井与矿山井下的巷道是相互联通的，采区与巷道半充满或全部充满了地下水，在注浆过程中，注浆浆液的流动引起地下水水位的升降波动，这种波动对竖井内回填的碎石土产生了“淘土”作用，即细小的颗粒被带走，在已回填的竖井下部形成空洞，而竖井壁光滑，摩擦力较小，最终导致竖井地面塌陷，如图2所示。

3.3 处置措施

根据现场实际情况，采取的处理措施是：将地面塌陷坑回填夯实后，铺设网格地梁格栅，将已有的钢筋地梁格栅之间加筋浇筑成盖板，覆盖在竖井之上，如图3所示。

根据施工现场实际情况，对该类竖井回填时，建议采取如下措施：

1)竖井回填时，因其与矿山井下的巷道是相互联通的，采区或巷道内的地下水在注浆工程的影响下会产生升降，因此，在竖井下部1/3或1/4处回填时，以大粒径碎石、块石(100 mm～200 mm)充填坑底，在此基础上再充填以级配良好的砂砾。

2)在大粒径碎石、块石回填层之上，采用粗骨料与注浆浆液在地面混合后，置于竖井，分层厚度5 m～10 m。注浆液与粗骨料的比例宜控制在1∶5～1∶3之间。

3)地面如有钢筋地梁格栅构筑物，将钢筋地梁格栅之间加筋浇筑成盖板，覆盖在竖井之上。

4 结语

由于乌鲁木齐绕城高速(东线)公路工程采空区治理工程DCKQ-2标段采空区属于开采急倾斜煤层形成的，通过分析，该类型采空区地表变形规律复杂，为防止注浆工程结束后地面产生不均匀沉降的影响，在已治理后公路路基底部设置网格状地梁格栅，地梁格栅宜采用正方形，长宽均设置4 m，横梁、纵梁宽度及高度宜设置为0.5 m，采用混凝土浇筑。待地梁格栅混凝土浇筑后，在地梁格栅空隙处采用砂砾土回填。若路基范围内存在采煤竖井，亦可在采煤竖井回填后，对竖井附近的地梁格栅之间加筋浇筑成盖板，覆盖在竖井之上。从施工实际效果与检测结果来看，该措施是对采空区注浆工程的补充与完善，具有一定的推广意义。

参考文献:

[1] JTG/T D31—03—2011,采空区公路设计与施工细则[S].