论文部分内容阅读
摘 要：山西阳左高速公路五标段黄土条件下伏采空区运用压力注浆法进行快速治理，取得了明显的成果。
关键词：黄土条件 采空区 压力注浆法 快速 治理
1.前言
随着我国经济的迅猛发展，全国掀起了修建高速公路的热潮。在我国的北方地区，高速公路经常会遇见采空区的工程地质问题，如山西的太旧线、晋焦线、祁临线；河南的郑少线等。采空区地表因开采沉陷作用而产生的变形，会对拟建的高速公路运行造成危害，严重时会造成行车事故。目前常用的治理方法是压力注浆法，该方法是目前最普遍、最有效的一种处理方法。
2.工艺原理
利用深孔钻机成孔，搅拌站集中拌制浆液，注浆泵压力注浆，将水泥粉煤灰浆液注入采空区及其土体裂隙中，形成结石体，起到充填加固的作用，从而使地基变形满足地基稳定性的要求，保证工程的安全。
3.施工工藝流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
黄土条件下伏采空区快速治理施工工艺流程见图3.1。
图3.1 黄土条件下伏采空区快速治理施工工艺流程图
3.2 操作要点
3.2.1 施工准备
清理施工现场，建立浆液搅拌站。钻孔注浆设备及施工人员进场，注浆材料备料。
3.2.2 钻孔
1.采用均匀布置方法。帷幕孔为治理范围边缘孔，孔距为15m；注浆孔布设在帷幕孔内，梅花形布设，孔距为20m。
2.由于该采空区埋深36m～65m，平均埋深50m，平均开采厚度6m，埋深较浅，且开采厚度较大，因此在施工过程中，采取增设加密孔的方法加以解决。
3.钻孔施工顺序
按地层倾向方向，先施工采空区底板标高较低位置的帷幕孔、注浆孔及构造物工点处的注浆孔，再沿反向方向由低向高、由边部向中心展开施工，钻孔分二序次进行。
4.钻孔工艺
①按设计图纸上给出的孔位坐标，采用全站仪测量放样，孔位用木桩红布标记。
②注浆孔用φ130mm钻头开孔，钻至完整基岩4m后，下φ120mm套管护壁，然后变孔径为φ91mm。用φ91mm钻头钻至采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下1 m终孔。
③对严重的冒落带、裂隙带的采空区，实施跟套管钻进；钻进极为困难的注浆孔，可采用注浆后复钻方法施工。
④采空区采用“探灌结合”、 “开挖揭露”的技术进行钻探注浆，成孔时3%～ 5%的注浆孔兼作勘察孔并要求全取芯，以便指导钻探和注浆施工。
⑤做好钻探原始记录和岩芯编录及拍照工作。钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻等现象要详细记录其耗水量、深度、和层位。
3.2.3 下注浆管及浇筑孔口管
注浆管采用φ50mm钢管，丝扣联接。注浆管长度为地面之上0.5m至完整基岩下0.5m处深度。
成孔后，将端部带有φ120～φ130mm法兰托盘的φ50mm注浆管下入孔内变径处，孔内放入少量砾石，以堵塞大的缝隙，然后放入少量黏土，防止浆液大量渗漏。最后灌入水泥浆，浇注长度为地表至完整基岩4m处。
3.2.4 拌制浆液
1.原材料
水泥采用P.S.A32.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰；外加剂采用水玻璃；施工用水为当地深井饮用水。
2.浆液配合比选择
依据设计文件要求，根据外加剂掺量及水固比等不同条件共设计配合比12种。
考虑浆液配合比与浆液的扩散半径相互影响，水固比小，浆液稠度大，相同注浆条件下扩散半径就小，相反扩散半径就大。再结合现场试验孔情况，综合成本因素，选择如下配合比：
1m3浆液（水固比1：1.0）水：水泥：粉煤灰= 702 kg： 176 kg： 526 kg，结石率为80%，稠度30.9s，28天抗压强度2.9MPa。
1m3浆液（水固比1：1.2）水：水泥：粉煤灰= 652 kg： 196 kg： 587kg，结石率为80%，稠度42.4s，28天抗压强度3.1MPa。
1m3浆液（水固比1：1.3，外加剂1.0%）水：水泥：粉煤灰：外加剂= 634 kg： 206 kg： 618kg：2.06kg，结石率为90%，稠度97.8s，28天抗压强度3.9MPa。
3.注浆系统
①浆液搅拌站系统
为满足采空区注浆处理，新建搅拌站1座。站内设水泥及粉煤灰储存罐5个，可储存水泥200吨，粉煤灰300吨。站内设 PLY1200 型搅拌机，搅拌水泥粉煤灰浆液。
②浆液贮存及二次搅拌系统
采用DJC-600型搅拌罐5台，最大贮浆量为6方，可在浆液出料仓后继续搅拌，防止浆液沉淀以及实现注浆泵不停顿注浆。
③浆液输送系统
浆液采用泵送，为此搅拌站引进了BW-600型注浆泵4台。该泵具有四种流量和四种压力，最大单位流量600L/min，最大压力10Mpa，可较好的满足不同孔径，孔深或注浆工艺的需要。
④浆液输送管道系统
浆液输送采用50钢管作为主干管道，累计长度达1400米，50软管作为附属管道，累计长度达1000米，其中主管道自行设计喇叭形端口，采用扣件螺栓连接，而附属管道采用活动卡扣连接。
⑤浆液二级站系统
当浆液输送距离大于500米时，靠站内注浆泵压力不能达到设计要求，为杜绝该情况的发生，站外设1个二级站，包括DJC-600搅拌机3台以及BW-250型注浆泵6台，浆液在到达二级站后进行搅拌随之泵送，保证在远距离输送到孔口后仍可满足流量及压力要求。
3.2.5 注浆
1.注浆工艺
①注浆及间歇注浆前必须用清水洗孔，压水时间大于10分钟。
②注浆时，先从稀浆（1：1.0）、低注浆流量（≤90L/min）开始，当孔口压力≦0.6MPa时，可逐渐提高注浆流量；当孔口压力>1.0Pa时，要降低注浆流量。当注浆量达到单孔平均注浆量的30%时，要求用稠浆（1：1.2～1：1.3），帷幕孔在浆液中还必须加入水泥重量1%的速凝剂。
当单孔注浆大，要在浆液中加入水泥重量1%的速凝剂，当达到单孔平均注浆量的150%，孔口压力≤0.6MPa，注浆流量≥90L/min，要间歇式注浆，间歇时间≥12h；间歇后的注浆不能用稀浆。
③注浆开始后，定时观测泵的吸浆量和注浆压力，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况调整注浆量和浆液浓度。
2.注浆结束标准
注浆过程中，当1.5MPa>孔口压力>1.0MPa，注浆流量≤90L/min，稳定15min，终止注浆。
注浆过程中若出现地表裂隙大量跑浆时，采用间歇式注浆，或减小注浆流量及地表充填裂隙的措施，阻止浆液从地面大量流失。间歇式注浆次数不超过3次，每次间歇时间≥12h；当第三次注浆，又发生冒浆时，停止注浆。
3.2.6质量检测
采用钻探检测法及物探检测法检测。
结束语：山西阳左高速公路五标段黄土条件下伏采空区治理工程帷幕孔163个，注浆孔191个，钻孔总数354个。5个月的时间顺利完成任务，工期短，见效快。经过钻探取芯及物探检测，满足设计要求，得到了建设单位和监理单位的认可，认为该方法值得推广。
参考文献：①《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）
②《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）
③《水泥化学分析方法》（GB/T176-2008）
④《公路路基施工技术规范》（JTJ 033—95）
关键词：黄土条件 采空区 压力注浆法 快速 治理
1.前言
随着我国经济的迅猛发展，全国掀起了修建高速公路的热潮。在我国的北方地区，高速公路经常会遇见采空区的工程地质问题，如山西的太旧线、晋焦线、祁临线；河南的郑少线等。采空区地表因开采沉陷作用而产生的变形，会对拟建的高速公路运行造成危害，严重时会造成行车事故。目前常用的治理方法是压力注浆法，该方法是目前最普遍、最有效的一种处理方法。
2.工艺原理
利用深孔钻机成孔，搅拌站集中拌制浆液，注浆泵压力注浆，将水泥粉煤灰浆液注入采空区及其土体裂隙中，形成结石体，起到充填加固的作用，从而使地基变形满足地基稳定性的要求，保证工程的安全。
3.施工工藝流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
黄土条件下伏采空区快速治理施工工艺流程见图3.1。
图3.1 黄土条件下伏采空区快速治理施工工艺流程图
3.2 操作要点
3.2.1 施工准备
清理施工现场，建立浆液搅拌站。钻孔注浆设备及施工人员进场，注浆材料备料。
3.2.2 钻孔
1.采用均匀布置方法。帷幕孔为治理范围边缘孔，孔距为15m；注浆孔布设在帷幕孔内，梅花形布设，孔距为20m。
2.由于该采空区埋深36m～65m，平均埋深50m，平均开采厚度6m，埋深较浅，且开采厚度较大，因此在施工过程中，采取增设加密孔的方法加以解决。
3.钻孔施工顺序
按地层倾向方向，先施工采空区底板标高较低位置的帷幕孔、注浆孔及构造物工点处的注浆孔，再沿反向方向由低向高、由边部向中心展开施工，钻孔分二序次进行。
4.钻孔工艺
①按设计图纸上给出的孔位坐标，采用全站仪测量放样，孔位用木桩红布标记。
②注浆孔用φ130mm钻头开孔，钻至完整基岩4m后，下φ120mm套管护壁，然后变孔径为φ91mm。用φ91mm钻头钻至采空区中的塌陷冒落带或煤层底板以下1 m终孔。
③对严重的冒落带、裂隙带的采空区，实施跟套管钻进；钻进极为困难的注浆孔，可采用注浆后复钻方法施工。
④采空区采用“探灌结合”、 “开挖揭露”的技术进行钻探注浆，成孔时3%～ 5%的注浆孔兼作勘察孔并要求全取芯，以便指导钻探和注浆施工。
⑤做好钻探原始记录和岩芯编录及拍照工作。钻孔施工过程中，如发现漏水、掉钻、埋钻等现象要详细记录其耗水量、深度、和层位。
3.2.3 下注浆管及浇筑孔口管
注浆管采用φ50mm钢管，丝扣联接。注浆管长度为地面之上0.5m至完整基岩下0.5m处深度。
成孔后，将端部带有φ120～φ130mm法兰托盘的φ50mm注浆管下入孔内变径处，孔内放入少量砾石，以堵塞大的缝隙，然后放入少量黏土，防止浆液大量渗漏。最后灌入水泥浆，浇注长度为地表至完整基岩4m处。
3.2.4 拌制浆液
1.原材料
水泥采用P.S.A32.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰；外加剂采用水玻璃；施工用水为当地深井饮用水。
2.浆液配合比选择
依据设计文件要求，根据外加剂掺量及水固比等不同条件共设计配合比12种。
考虑浆液配合比与浆液的扩散半径相互影响，水固比小，浆液稠度大，相同注浆条件下扩散半径就小，相反扩散半径就大。再结合现场试验孔情况，综合成本因素，选择如下配合比：
1m3浆液（水固比1：1.0）水：水泥：粉煤灰= 702 kg： 176 kg： 526 kg，结石率为80%，稠度30.9s，28天抗压强度2.9MPa。
1m3浆液（水固比1：1.2）水：水泥：粉煤灰= 652 kg： 196 kg： 587kg，结石率为80%，稠度42.4s，28天抗压强度3.1MPa。
1m3浆液（水固比1：1.3，外加剂1.0%）水：水泥：粉煤灰：外加剂= 634 kg： 206 kg： 618kg：2.06kg，结石率为90%，稠度97.8s，28天抗压强度3.9MPa。
3.注浆系统
①浆液搅拌站系统
为满足采空区注浆处理，新建搅拌站1座。站内设水泥及粉煤灰储存罐5个，可储存水泥200吨，粉煤灰300吨。站内设 PLY1200 型搅拌机，搅拌水泥粉煤灰浆液。
②浆液贮存及二次搅拌系统
采用DJC-600型搅拌罐5台，最大贮浆量为6方，可在浆液出料仓后继续搅拌，防止浆液沉淀以及实现注浆泵不停顿注浆。
③浆液输送系统
浆液采用泵送，为此搅拌站引进了BW-600型注浆泵4台。该泵具有四种流量和四种压力，最大单位流量600L/min，最大压力10Mpa，可较好的满足不同孔径，孔深或注浆工艺的需要。
④浆液输送管道系统
浆液输送采用50钢管作为主干管道，累计长度达1400米，50软管作为附属管道，累计长度达1000米，其中主管道自行设计喇叭形端口，采用扣件螺栓连接，而附属管道采用活动卡扣连接。
⑤浆液二级站系统
当浆液输送距离大于500米时，靠站内注浆泵压力不能达到设计要求，为杜绝该情况的发生，站外设1个二级站，包括DJC-600搅拌机3台以及BW-250型注浆泵6台，浆液在到达二级站后进行搅拌随之泵送，保证在远距离输送到孔口后仍可满足流量及压力要求。
3.2.5 注浆
1.注浆工艺
①注浆及间歇注浆前必须用清水洗孔，压水时间大于10分钟。
②注浆时，先从稀浆（1：1.0）、低注浆流量（≤90L/min）开始，当孔口压力≦0.6MPa时，可逐渐提高注浆流量；当孔口压力>1.0Pa时，要降低注浆流量。当注浆量达到单孔平均注浆量的30%时，要求用稠浆（1：1.2～1：1.3），帷幕孔在浆液中还必须加入水泥重量1%的速凝剂。
当单孔注浆大，要在浆液中加入水泥重量1%的速凝剂，当达到单孔平均注浆量的150%，孔口压力≤0.6MPa，注浆流量≥90L/min，要间歇式注浆，间歇时间≥12h；间歇后的注浆不能用稀浆。
③注浆开始后，定时观测泵的吸浆量和注浆压力，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况调整注浆量和浆液浓度。
2.注浆结束标准
注浆过程中，当1.5MPa>孔口压力>1.0MPa，注浆流量≤90L/min，稳定15min，终止注浆。
注浆过程中若出现地表裂隙大量跑浆时，采用间歇式注浆，或减小注浆流量及地表充填裂隙的措施，阻止浆液从地面大量流失。间歇式注浆次数不超过3次，每次间歇时间≥12h；当第三次注浆，又发生冒浆时，停止注浆。
3.2.6质量检测
采用钻探检测法及物探检测法检测。
结束语：山西阳左高速公路五标段黄土条件下伏采空区治理工程帷幕孔163个，注浆孔191个，钻孔总数354个。5个月的时间顺利完成任务，工期短，见效快。经过钻探取芯及物探检测，满足设计要求，得到了建设单位和监理单位的认可，认为该方法值得推广。
参考文献：①《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005）
②《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）
③《水泥化学分析方法》（GB/T176-2008）
④《公路路基施工技术规范》（JTJ 033—95）