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公路路基采空区注浆施工技术咨询
1采空区处置原则
公路采空区处治设计是在对采空区勘察和评价的基础上进行的,应与公路工程设计阶段相一致。公路工程基本建设程序一般分为预可、工可、初步设计和施工图设计四个阶段。预、工可阶段主要任务是根据采空区专项调查与资料收集,从避让采空区的角度提出路线通过的适宜地带, 为合理确定路线走廊带及方案提供依据,并对各路线方案采空区治理的可行性进行论证;初步设计阶段应结合路线方案设计, 根据采空区稳定性定性和定量评价结论,对需要处治的采空区提出处治方案并进行处治设计;施工图设计阶段应结合路线设计和工程设计,根据采空区稳定性定量评价结果,对需要处治的采空区进行设计,包括具体的处治方法、施工工艺、工程量及处治费用。
公路采空区进行稳定性评价后,应依据采空区规模、公路等级及构造物特点,对不满足公路建设要求的采空区进行处治。处治效果经检测符合要求后,方可进行主体工程施工。
2 采空区处治范围的确定
公路采空区注浆处治的范围应根据采空区的分布、埋藏深度以及上覆岩性等因素进行确定。
采空区的处治具体确定:
2.1采空区宽度的处治
(1)路基或桥隧宽度确定。路堤部分以公路两侧路堤坡脚为界;路堑部分以两侧堑顶边界为界;桥梁以桥宽为界;隧道以隧道宽为界。
(2)围护带宽度确定。根据以往采空区处治的经验,围护带宽度按表1的规定取值。
(3)采空区覆岩移动影响宽度确定。采空区覆岩移动的影响宽度参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(国家煤炭工业局制定,2000年)计算。因老采空区与新采区、准采区的覆岩移动变形规律不同,计算时采用不同的覆岩移动影响角。对于新采区和准采区,其覆岩移动主要是由开采过程引起的,采空区覆岩移动的影响宽度按覆岩移动角计算;对于老采空区,其覆岩移动主要是由残余空洞、裂隙的再冒落和压密过程引起的,其在地表的影响范围远较开采过程小,采空区覆岩移动的影响宽度可按覆岩活化移动影响角计算。
2.2采空区处治的长度。采空区处治的长度(沿路线中线方向) 应为公路下伏采空区的实际长度及覆岩移动影响范围之和。
2.3采空区处治深度。采空区边界以内自下而上主要发育岩层破断、冒落形成的裂隙和空洞,当处治范围位于采空区边界以内时,其处治深度应为地面至采空区底板以下1m处。
3注浆孔的布设与设计
3.1注浆孔的布设。采空区处治范围的边缘部位应布设帷幕孔,防止浆液流失,帷幕孔间距宜为10m,容许变动范围为±5m。当采空区处治范围的边缘部位存在大的空洞时,其孔间距宜取小值。
注浆孔宜采用梅花型方式布设,其排距、孔间距应经现场试验确定。当无法进行现场试验时,宜根据采矿方法、覆岩地层结构及岩性、回采率、顶板管理方法、冒落带和裂隙带的空隙、裂隙之间的连通性,按表2确定。当煤层回采率大、顶板坚硬、冒落带和裂隙带的空隙、裂隙之间的连通性好,可取大值;反之应取小值。当采空区位于一般路段时,可取大值;当采空区位于高填、深挖路段或桥梁、隧道等构筑物地段时,则应取小值。
3.2钻孔的设计
(1)钻孔孔深。当注浆孔、帷幕孔位于采空区边界范围以内时,应钻至采空区底板以下1m处;当位于采空区边界外侧至岩层移动影响范围以内时,孔深可按式(2-6)计算确定。
(2)钻孔孔径。开孔孔径宜控制在130~150mm之间,经一次或两次变径后,终孔孔径不应小于91mm。
(3)变径位置。注浆孔和帷幕孔均应进入完整基岩4~6m处变径,软岩取大值,硬岩取小值。
(4)岩芯采取率。取芯孔的数量应为注浆孔、帷幕孔总数的3%~5%。采空区部位岩芯采取率不应小于30%;其他部位岩芯采取率不应小于60%。
(5)孔斜。钻孔每50m测斜一次,每百米孔斜不应超过1°。
(6)注浆管材料与管径设计。注浆管一般选用直径不小于φ50mm的钢管,需投入骨料时,管径不应小于φ89mm。当采空区处治深度小于50m时,也可采用φ50mm的PVC管或PE管,以便节省材料,降低工程投资。采用PVC管或PE管时,要求壁厚大于2mm,强度大于3MPa。
4注浆材料的选择、配比和用量计算
4.1注浆材料的选择。采空区注浆以充填采空区及其覆岩中的空洞和裂隙为主,对浆材的细度、强度要求相对较低,为充填式注浆。水泥粉煤灰、水泥粘土类浆液结石体具有一定的强度,且造价低廉,材料来源丰富,浆液配制方便,操作简单,目前在工程中得到了广泛运用。
采空区注浆宜采用水泥、粉煤灰、粘土等材料。当采空区空洞和裂隙发育,地下水流速大于200m/h时,宜先灌注砂、砾石、石屑、矿渣等骨料后注浆。注浆过程中,可根据需要加入一定量的水玻璃、三乙醇胺等添加剂改变浆液性能,缩短凝结时间。
4.2注浆材料的配比。注浆材料的配比应通过现场试验确定。根据材料配比试验研究,水固比(重量比)取1:1.0~1:1.3时,浆液的可注性良好,可在注浆施工中采用。浆液的浓度使用,应由稀到浓,一般根据工程目的、施工现场的具体情况,选用适当的浓度比级。采空区充水时,宜采用较大的浓度比级,反之采用较小的浓度比级。路基注浆材料配比,水泥可调整为20%或更高。
当采空区空洞和裂隙发育,地下水流速大于200m/h时,为节省注浆材料,通常先灌注砂、砾石、石屑、矿渣等骨料,以此充填大的空洞和裂隙,减小过水断面,增加水流阻力,为有效注浆创造条件。
5注浆施工顺序和工艺
5.1施工顺序
施工应按下列顺序进行:
(1)先施工边缘帷幕孔,后施工中间注浆孔,形成有效的止浆帷幕,阻挡浆液外流。
(2)钻孔应分序次间隔进行,宜分二至三个序次成孔,一序次孔对采空区可以起到补勘的作用,根据实际地层及采空区情况对后序孔的孔位、孔距、孔数进行适当调整,弥补均匀布孔设计的不足。
(3)注浆应间隔式分序次进行,一序次孔浆液可能扩散范围较大,二、三序次孔注浆将使前序次未充填的空洞得到再次充填。
(4)倾斜煤层采空区应先施工沿倾向深部采空区边缘孔,采取从深至浅的施工序次。
5.2施工工艺
注浆施工工艺可按以下三种情况选择:
(1)当采空区为单层采空区时,宜采用一次成孔、自下到上,一次全灌注施工,用似法兰盘简易止浆法止浆。采用直径不小于φ50mm的钢管作为注浆管,将一端焊接一个大小与开孔孔径相接近的法兰盘,下入注浆孔变径处,用少量碎石粘土将似法兰盘与孔壁之间的孔隙封堵,然后采用水固比为1:2的水泥浆或42.5号快凝水泥稠浆将注浆管与孔壁胶结在一起,水泥浆灌注高度不应小于8m。
(2)当采空区为多层采空区,矿层间隔较小,各矿层冒落、裂隙带互相贯通时,宜采用上行法注浆施工工艺,一次成孔、自下到上,一次全灌注施工。
上一新闻:地基基础注浆加固时的注浆有哪些设计要求