高速公路下伏采空區(qū)加固技術(shù)
2015-06-01 
   1 概述

   1.1 地理位置:烏魯木齊繞城高速公路(東線)起自甘泉堡工業(yè)園區(qū),接吐烏大高速公路,經(jīng)烏魯木齊東,止于吐烏大高速公路烏拉泊互通,根據(jù)路線總體走向,不可避免的穿越采空區(qū)。

   1.2 區(qū)域地質(zhì)概況

   1.2.1地形地貌

   擬建場地位于米東區(qū)鐵廠溝,屬低山丘陵區(qū),總體地勢南高北低,海拔高程在778~893m之間。

   1.2.2地層構(gòu)成

   擬建場地地層主要由①雜填土②黃土狀粉土③卵石土④全風(fēng)化基巖⑤強(qiáng)風(fēng)化基巖⑥煤⑦微一中風(fēng)化基巖構(gòu)成?,F(xiàn)分別描述如下:

   ①填土:黃褐色、灰色、黑色、灰黑色,在擬建整個(gè)場地均有分布。厚度 0.5-6.0m。松散稍濕。

   ②黃土狀粉土(低液限粉土):黃褐色、灰褐色,在場地內(nèi)大部分區(qū)域有分布,埋深5-6.0m,厚0-20m,干強(qiáng)度高,韌性低。稍密稍濕。

  ?、勐咽粒呵嗷疑?,在場地內(nèi)大部分區(qū)域有分布,埋深0.5-20m,厚0-50m,亞圓狀,一般顆粒2-5cm,最大0.5-1.0m,級配一般,骨架顆粒占60-70%,充填物為中粗砂。

  ?、苋L(fēng)化基巖:灰褐色、灰色、灰紅色。整個(gè)場地均有揭露,埋深5-70m,以砂巖、泥巖為主,風(fēng)化劇烈呈土狀、碎塊狀,結(jié)構(gòu)大部分破壞,礦物成分顯著變化,巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差。

  ?、輳?qiáng)風(fēng)化基巖:灰色、灰綠色、灰黃色。整個(gè)場地均有揭露,地質(zhì)年代屬侏羅系西山窯組,巖性為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、炭質(zhì)泥巖夾煤層,巖體破碎,巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差。

   ⑥煤:灰黑色、黑色。整個(gè)場地均有揭露,受地層產(chǎn)狀影響,埋深及揭露厚度均變化很大,地質(zhì)年代屬侏羅系西山窯組,呈瀝青一弱玻璃光澤,煤巖成份以亮煤為主,巖石質(zhì)量指標(biāo)為極差。

  ?、咧幸晃L(fēng)化基巖:灰色、灰綠色、灰黃色,整個(gè)場地均有揭露,地質(zhì)年代屬侏羅系西山窯組,巖性為泥巖、砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)泥巖。結(jié)構(gòu)部分被破壞,風(fēng)化裂隙發(fā)育,巖體為切割成巖塊,巖石質(zhì)量指標(biāo)為差。

   2 采空區(qū)處治方案

   2.1 采空區(qū)處理總原則:處治后路基的承載力與變形穩(wěn)定性,應(yīng)能滿足高速公路工程施工的要求,且保證在公路設(shè)計(jì)使用年限內(nèi),不發(fā)生超過高速公路規(guī)定的允許地基變形界限值和強(qiáng)度破壞。

   2.2 治理目的:注漿的主要目的是固結(jié)由于基巖變形引起的裂縫和空隙,同時(shí)充填局部地段小窯采空造成的空洞。通過注漿,封堵巖體不連續(xù)面(主要包括裂隙、巖層層面、斷層等),注漿后,依靠漿液的滲透力把巖體結(jié)構(gòu)面黏結(jié)在一起,使巖體完整性增加;增加固結(jié)巖土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。提高路基的整體性和穩(wěn)定性,確保公路安全使用。

   2.3 預(yù)留安全煤柱各區(qū)劃邊界的確定:根據(jù)有關(guān)理論,結(jié)合同類工程經(jīng)驗(yàn)以及長觀資料,對采空區(qū)各區(qū)劃邊界進(jìn)行確定。根據(jù)煤層走向,煤柱破壞角為85°、移動(dòng)破裂角為70°,走向穩(wěn)定角為68°,煤柱破壞移動(dòng)區(qū)、變形區(qū)、穩(wěn)定區(qū)在現(xiàn)有斷面上的分布情況見典型斷面采空區(qū)示意圖。

   采空區(qū)注漿治理范圍的確定采空區(qū)治理范圍包括沿公路軸線方向上的治理長度、垂直軸線方向上的治理寬度及地下治理深度和注漿段的高度。注漿范圍與空洞的分布、埋藏深度、上覆巖性及路基類型(挖方、填方)等因素有關(guān)。采空區(qū)治理范圍為:

   (1)采空區(qū)注漿治理長度:采空區(qū)治理的長度為公路路線走向上采空區(qū)實(shí)際分布長度,并考慮增加覆巖移動(dòng)角影響范圍內(nèi)的治理長度。

  ?。?)采空區(qū)注漿治理寬度:對于路基下采空區(qū),治理寬度選取設(shè)計(jì)原則是確保周圍未治理的采空區(qū)塌陷時(shí)對擬建高速公路的路基、路面不引起開裂、下沉等變形。

   L:D+2d+2(hcotψ+Hcotδ)

   其中:P—公路路基底面寬度;d—路基維護(hù)帶一側(cè)寬度,取l0m;H—采空區(qū)上覆基巖厚度;

   ψ—松散層移動(dòng)角;δ—走向方向采空區(qū)上覆基巖移動(dòng)角;h—松散層厚度。

   采空區(qū)治理深度:根據(jù)路基設(shè)計(jì)規(guī)范以及以往的工程處治經(jīng)驗(yàn),采空區(qū)處治深度為地面至采空區(qū)(或煤層)底板以下不小于3m。

   2.4 注漿施工順序:1)先帷幕孔施工,后充填、固結(jié)孔施工。2)帷幕孔按“分序加密、隔孔灌注”原則實(shí)施,共分二序施工。3)固結(jié)孔按"分序加密、隔排隔孔灌注"的原則實(shí)施,即間隔一排灌注,同一排的孔與孔之間隔孔灌注,共分四序施工。4)同一次序的孔可以同時(shí)施工:不同次序的孔,在前一次序的孔全部注漿完成后,方可進(jìn)行后一次序孔的鉆孔施工。注漿工作也應(yīng)間隔式分序次進(jìn)行,1序次孔漿液可能擴(kuò)散范圍較大,2序次孔注漿將使前序次未充填的空地得到再次充填,從而提高充填率。

   2.5 鉆進(jìn)方法:為保證施工進(jìn)度、提高鉆孔效率、解決成孔困難的問題,鉆孔采用套管跟管鉆機(jī)鉆進(jìn),但套管不得隔離擬加固注漿段地層。

   2.6 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):1)對帷幕注漿孔,注入率控制為70L/min,各注漿段的孔口注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并維持10min,結(jié)束該段注漿。2)對充填、固結(jié)注漿孔,注入率控制為70L/min,各注漿段的孔口注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并維持l5min,結(jié)束該段注漿。3)距注漿孔口3.0m 范圍冒漿,結(jié)束注漿。4)各類注漿孔,注入率控制為50-150L/min,當(dāng)注漿段孔口注漿壓力陡升,超過設(shè)計(jì)壓力值后,難以維持穩(wěn)定,繼續(xù)上升,可直接結(jié)束該段注漿。最終標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)段的情況優(yōu)化調(diào)整。

   3 鉆孔與注漿

   3.1 鉆孔:根據(jù)地層特點(diǎn)、巖石可鉆性、帷幕注漿、固結(jié)注漿等條件,并考慮工期緊張等綜合因素,本工程選用履帶式跟管鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔。

   3.2 注漿施工

   3.2.1一般要求:注漿必須采用三參數(shù)(壓力、流量、水灰比)控制。施工次序:帷幕I序孔鉆孔、注漿→帷幕II序孔鉆孔、注漿→先導(dǎo)孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)I序孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)II序孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)III序孔鉆孔、注漿→充填、固結(jié)Ⅳ序孔鉆孔、注漿→檢查孔鉆孔→物探測試→注漿→封孔。注漿試驗(yàn)施工結(jié)束后,進(jìn)行注漿效果檢測,按以下順序進(jìn)行:檢查孔鉆孔→物探測試→注漿→封孔。

   3.2.2注漿方法:注漿有多種方法,按照漿液流動(dòng)的方式分純壓式注漿和循環(huán)式注漿;按照注漿段施工的順序分有自上而下注漿和自下而上注漿(套管灌漿法)等。①鉆進(jìn)過程中,未出現(xiàn)掉鉆、空洞,能一次性鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度的注漿孔,采用上行式注漿方式;②鉆進(jìn)過程中,出現(xiàn)掉鉆、空洞,難以達(dá)到設(shè)計(jì)深度的注漿孔(主要分布于煤柱外側(cè)的1-3排帷幕孔和注漿孔),采用上行式注漿方式,即自上而下分段純壓式注漿和孔口封閉純壓式注漿相結(jié)合的注漿方式。它的施工程序是:套管護(hù)壁鉆孔→下入灌漿管→起拔套管(30~50m)→安裝灌漿塞→灌漿→再起拔套管及灌漿管(30~50m)→安裝灌漿塞→灌漿→重復(fù)上述工序,灌注至孔口。

   3.2.3帷幕施工:為形成有效帷幕,帷幕孔原則按“小間距、低壓力”布設(shè)。對于在帷幕孔和煤柱外側(cè)注漿空鉆進(jìn)過程中,發(fā)生掉鉆且空洞較大時(shí)。①進(jìn)行預(yù)填骨料注漿,填料(風(fēng)積砂、天然砂、礫),粒徑設(shè)計(jì)推薦 0.5~2cm,具體可根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場施工實(shí)際情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整;②采用水泥粉煤灰漿進(jìn)行低壓、限流、限量、間歇注漿法灌注,達(dá)到設(shè)計(jì)終止注漿標(biāo)準(zhǔn)后,結(jié)束該段注漿。具體方法根據(jù)試驗(yàn)段的試驗(yàn)及現(xiàn)場施工的實(shí)際情況擇優(yōu)選用。

   3.2.4封孔:每個(gè)注漿孔全孔注漿結(jié)束后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收,驗(yàn)收合格才能進(jìn)行封孔。注漿過程中,當(dāng)注漿結(jié)束后,通常全孔已經(jīng)充滿漿體:可直接在孔口段進(jìn)行封孔注漿處理。
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