包海 李庚 席睿

高速公路桥梁墩柱下伏采空区帷幕注浆治理及效果检测

包海 李庚 席睿

在21世纪初期伴随工业飞速发展，能源的需求大大提高，导致了煤炭能源的过度开采，开采资源的同时，遗留下了大范围的采空区。随着近几年我国西南地区高速公路建设的飞速发展，过去采用避绕式躲开煤矿采空区的方法已无法使用。如何跨越煤矿采空区，已成为高速公路建设的难题。公路桥梁墩柱下伏采空区，不仅削弱了其上覆岩层或土层的稳定性, 而且造成不均匀沉陷，很大程度上影响桥梁的稳定性，因此必须对采空区治理，以保证公路结构安全，达到运营要求。本文对贵州贵瓮高速公路翁簸大桥采空区治理工艺及过程出现问题进行总结分析，为类似的工程提供参考。

一、工程概况

在某高速K48+750翁簸大桥2、3、4号桥墩下存在煤矿采空区。其中2号墩SQZK385-3钻孔揭露孔深39.1m～43.1m为采空区，主要由强风化炭质灰岩碎块填充，呈松散状；3号墩SQZK386及SQZK386-2未揭露到采空区，但根据K48+720.0左9.5m及左3.0m处钻探揭露情况，该墩左9.5m～3.0m处煤层位置约在地面以下55m～59m处标高1063-1059m；采空区顶、底板为炭质灰岩及灰岩，受采空区影响，顶板破碎，易垮塌。

二、处理方案的选择

目前采空区处理工艺包括①回填块石②开挖后回填压实③引爆炸塌④注浆处理。本工程地质条件和水文地质条件为：煤层以上地层为砂质页岩、碳质页岩、中风化碳质页岩、灰岩、碳质灰岩和煤岩，煤层以下为中风化的灰岩，地下水不发育。结合本工程情况及地质水文条件，确认采用注浆进行采空区处理。同时，根据山体及不定因素较多情况，采用帷幕方式高效注浆处理采空区。

三、注浆方案和工艺

1.注浆参数的确定

注浆工艺、注浆参数是注浆设计的主要部分，直接关系到注浆效果和造价。

（1） 采空区处理宽度的确定

通过地勘资料及现场实际踏勘，了解到采空区因煤炭私采形成、埋深较大，同时年代久远，无确切范围及规模。注浆处理范围为桥梁2、3、4号桥墩外侧桩基以外12m。

（2）确定采空区空洞体积与注浆量

注浆量：Q=A×V×η÷C

A——浆液损耗系数，考虑到浆液向地表、松散层及帷幕外跑浆，取1.1；

η——浆液对采空区及上覆岩层中的裂隙、裂缝的充填率，要求达到75%；

C——结石率，按80%计算；

V——剩余空洞的体积，等于采出的煤层体积扣除顶板冒落所发生变形的体积，本工程采用：V=治理面积×平均采厚×回采率（40%）×剩余变形量（30%）。此处煤矿为巷道长壁式开采、全冒落式顶板管理、平均采厚取4.0m。

2.注浆孔设计布设

在路基中线和距离中线左右20m与路线平行的三条线上共布设18个注浆孔，外侧注浆孔兼做帷幕孔，先行钻孔施工完成，并注浆形成帷幕。

注浆孔口封孔方法是先将孔口管外壁约50cm深的岩土层进行清理，清理半径约比孔径大10cm，清理好后，先用水泥袋或棉纱围着孔口管填塞至孔口以下1.5m左右，并用钢钎沿孔口管四周插捣密实。配置水泥浆浆液（水灰比0.45），然后倒入孔内0.5m～1.0m深，经1～2分钟后，上部再用1∶2水泥砂浆封孔。

孔口管采用φ10cm钢管制作，孔口管以下接注浆管，注浆管采用6"镀锌铁管，注浆管管壁按照10～30cm间距螺旋型布设3mm孔眼，作为注浆喷射孔。

3.注浆工艺

（1）定点

注浆孔采用GPS进行实地测量放样，因处于山区位置，首先确定钻孔点位，采用小型机械整修作业平台。然后再进行精确定位，保证钻孔位置与设计孔位偏差满足设计要求。

（2）套管跟进成孔工艺

采用φ130～150mm钻头开孔，钻至完整基岩土层下0.5～1m后，提钻下入套筒至钻孔底部，然后重新下入φ91mm钻具进行钻孔，往复钻进至采空区中的塌陷冒落带底板或煤层底板以下3m终孔。

（3）注浆管安装

将钻具及钻杆全部提出后下入多孔注浆管至钻孔底部，然后将套筒提出，做好封口处理。

（4）注浆工艺

① 注浆

注浆采用浆液浓度先稀后稠的方法，注浆开始后，定时观测泵的吸浆量和泵压，记录注浆过程中发生的各种现象，收集原始数据，并根据实际情况及时调整注浆量和浆液浓度，在浆液中加入水泥重量2%的速凝剂。

②单孔注浆结束标准

a.在注浆孔注浆末期，泵压逐渐升高，当泵量小于70L/min时，孔口压力在1.0～1.5Mpa，稳定10～15分钟，可结束该孔的注浆施工。

b.当注入一定浆量，若出现地表裂隙大量跑浆时，可结束该孔的注浆施工。

四、过程中出现的问题及处理措施

1.钻孔中出现塌孔问题及处理方式

因在采空区进行钻孔作业，部分地质情况未知且存在松散区域。钻孔至未知松散区域，经常发生塌孔，针对塌孔问题，改进采用套管跟进钻孔技术，采用内径为138mm带有内丝扣的套管，同步下发至孔内，形成附带护壁，有效防止塌孔，同时在注浆管全部安装完成后，可分节全部提出，重复使用，不造成材料浪费。

2.注浆浆液压力不满足设计要求

采空区注浆处理过程中，因地下情况无法探明，会出现某一个注浆孔注浆压力不满足设计要求。可采取冲洗注浆管后，间歇式注浆进行处理。最终达到设计压力值。

五、注浆效果及质量检测

1.钻探验证：注浆施工结束2个月后，进行钻孔检验。按注浆孔的2%设置检查孔数量，检查孔深度为原地面至采空区底板的深度。通过孔内取芯直接观察采空区的浆液充填情况，并结合钻探过程中循环液的漏失情况及孔壁的稳定性等评价质量。

2.物探检测法：对治理后的采空区采用高密度电测法检验注浆质量。若电阻率值在200～600Ω·m表明岩性完整，则注浆质量符合要求。

本工程采用断面测深技术是把整条测线的数据当成一个整体进行分析，即二维层析成像分析。根据数据进行反演推理，得出五条线剖面成果，形成翁簸大桥桥基探测剖面成果。

对比检查成果及存在异常带情况，得知此几处异常带为原有岩溶发育腔体充水或充泥。结合设计图纸，根据桩基位置及长度，不在桩基影响范围内，不需要进行单独处理。原有采空区域位置注浆处理质量满足设计要求。

六、结语

经过钻孔及物探检测后，比照新路基设计规范及设计文件做出综合评价，确定贵瓮高速工程翁簸大桥采空区注浆处理符合要求，最终达到预期的目的。同时验证了采用帷幕注浆方案能有效解决桥梁下部结构采空区填充处理难题。套管钻进及帷幕注浆工艺可以在类似采空区处理过程中进行应用，将取得预期效果。

（作者单位：中交一航局第四工程有限公司）