富水地段桥梁地基下伏古小窑采空区治理技术

摘 要：随着我国铁路公路等交通基建全面发展，在富含煤矿资源地区存在早期无规则开采问题，从而成为今天铁路公路等交通基建的地害之一。本文主要介绍富水地段桥梁地基下伏古小窑采空区治理的相关技术及质量检测方法，希望能够给今后类似工程施工或相关实践研究工作提供参考意见。

关键词：富水地段；采空区；治理技术；检测

引 言

富水地段古小窑采空区是指地处河流流域的古代小煤窑开采挖掘而遗留下来的地下空洞。它有别于其它采空区，独特之处在于其无保存开采资料可查，开采规模较小不易发现，开采形式无规则不便研究，时间久远煤层出现冒落或地陷变形，地下暗流。因具有以上特点，铁路公路等基建工程前期勘探无法全面准确地掌握线路下方的地质水文情况。此类采空区被发现时，建设项目往往已经进行了施工阶段，难以重新选线。为了确保桥梁的永久稳定安全，采空区治理已成为必攻的课题。

1 富水地段桥梁地基下伏古小窑采空区治理的总体思路

根据采空区上方桥梁结构的整体受力情况，分析计算其对下方土体基岩的影响区域，即治理区域，然后在该区域内布置注浆孔。

密切结合古小窑采空区诸多不利的特点，采用探灌结合的原则。根据勘探孔判断采空的高度及范围，分析制定治理的方案。若勘探情况表明采空高度与涉及范围较小，即采用直接注浆填充。若采空高度与涉及范围都比较大，即采用先堵后填的原则，即先灌注外围帷幕孔再灌注区域内注浆孔。

采空区治理质量的检测。

1.1 治理范围、深度

根据桥梁结构对下方土体基岩不同程度的影响，治理范围划分本体、围护带、受护带、影响带。

钻探成孔深度：钻至采空区冒落带底板或煤层底板以下3.0m终孔，但是当终孔位置接近下一层煤层时，应穿过煤层至底板以下3.0m终孔。

1.2 探灌结合的施工方法

1.2.1 钻探成孔及注浆管预埋

钻探成孔布置：根据治理区域划分的不同治理地带，设计不同的布孔原则。以桥梁承台为例，本体范围内注浆孔间距为3m×3m，围护带范围内采用5m×5m，受护带范围及外围影响范围内注浆孔间距为12m×12m，最外一排孔（帷幕孔）间距为3m。注浆孔采用梅花形布置。

钻探操作说明：用？准130mm钻头开孔，钻至完整基岩后，下入？准127mm套管护壁，接着用？准110mm钻头，钻孔钻至完整基岩以下3.0m，然后变径为？准91mm。用？准91mm钻头，钻孔钻至采空区中的塌陷冒落带底板或煤层底板以下3m终孔。

钻进成孔后预埋注浆管：将一端带有？准110mm法兰托盘的？准50mm注浆管下入孔内变径处，向孔内投入20cm厚砾石，以堵塞大的缝隙，之后投入30cm厚粘土球，防止浆液大量渗漏，然后灌入水灰比为1：1.5～1：2.0的稠水泥浆，浇筑高4～6m，浇筑要求达到注浆过程中浆液不会从注浆孔壁四周溢出。水泥浆液中加入水泥重量2%的速凝剂，快速将注浆管与孔壁固结。

1.2.2 灌注浆液

（1）浆液配制

注浆孔浆液为水泥粉煤灰浆液，其水泥和粉煤灰的重量比为4：6，水固比为1：1.1。帷幕孔浆液应在注浆孔浆液内加入水泥掺量2%的水玻璃。正式施工前，按施工时使用的水泥、粉煤灰，在试验室做浆液配比试验，试验内容包括每立方米浆液干料含量、加水量、浆液浓度、初终凝时间、结石率、试块无侧限抗压强度、浆液比重等。

（2）注浆所用材料质量控制

①水泥：采用标号P.O.32.5#水泥，水泥质量应符合国标《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（最新）要求；

②粉煤灰符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（最新）国家Ⅲ级标准，施工拌制用水《混凝土拌和用水标准》，水玻璃、速凝剂参照有关规定。

（3）注浆工艺流程

浆液所需材料水、水泥、粉煤灰投放入一级搅拌池后搅拌均匀，然后进入二级搅拌池搅拌。每次搅拌时间不低于5分钟，待浆液充分搅拌均匀后，通过注浆泵连接预埋注浆管注入采空区。

（4）单孔注浆结束标准

孔口压力为2.0～3.0MPa，稳压10～15min，但对已经进行基础施工的墩台要适当控制或降低孔压，可控制在1.0MPa以上即可，实际施工过程根据现场监测情况确定。

（5）注浆技术要求

①开始注浆及间歇注浆前必须用清水洗孔，压水时间不得小于10min。

②当遇到大空洞时，应采取注砂浆、在浆液中加速凝剂或先注砂浆再灌浆等措施，在帷幕注浆时若遇到较大空洞帷幕难以形成时，应采取注砂浆后再注加速凝剂的水泥粉煤灰浆液的措施。

③为提高采空区的充填率，采取重复灌浆的方法，保证充填率达到90%以上。

1.2.3 探灌结合方法的意义

探灌结合充分利用注浆孔钻进成孔同时反映出勘探情况，节省设计方再次组织采空区勘探的工作，更准确及时地掌握采空的情况，提高治理效率，缩短工期和节省成本。

2 采空区质量检测

2.1 检测标准

结石体抗压强度≥2MPa，孔内受注层物探剪切波速≥300m/s。

2.2 检测方法

采空区注浆过程中和结束后，必须对治理工程质量进行检测。检测方法主要采用钻探、物探和地表沉降观测。在采空区治理范围内主要工程结构部位或可能存在隐患的部位布置检查孔，在桥墩下方进行钻孔取芯和孔内物探波速检测。要严格控制取芯质量，以便观察充填情况及计算充填比率，对充填物进行饱和抗压强度试验。

2.3 检测频率

（1）钻探：应在采空区治理工程竣工6个月后，采用钻孔检测采空区注浆工程质量，按施工注浆孔的2%布置检测孔。检测孔深度等同注浆深度，孔径采用？准108mm，取芯率要求达到80%，通过钻探推断采空区的浆液充填情况，并对所提取冒落带岩芯作无侧限抗压强度测试。

（2）物探：对治理前后的采空区采用测定波速对比的方法检验注浆质量。

结合钻探和物探做出综合评价，最终确定质量是否合格，是否需要补充灌浆。

3 结 语

本文以富水地段桥梁地基下伏古小窑采空区为例，简要介绍了此类地害的特点，分析治理的总体思路，总结探灌结合方法的指导意义，归纳其治理过程中的相关施工技术参数及检测方法。希望能够为今后类似工程施工或相关实践研究工作提供一定的参考与帮助。

参考文献

[1]国家煤炭工业局，建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程，北京：煤炭工业出版社，2000.

[2]中国有色金属工业总公司中华人民共和国冶金工业部部，注浆技术规程，YSJ211-92、YBJ44-92，西安：西安交通大学出版社，1993.

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