對(duì)采空區(qū)設(shè)計(jì)及施工若干問(wèn)題的探討

鄭齊銀

(山西省交通科學(xué)研究院，山西太原 030006)

0 引言

目前在山西工民建、公路、鐵路、水利基礎(chǔ)項(xiàng)目施工中，不可避免的要遇到采空區(qū)，目前采空區(qū)處置方法應(yīng)用較廣泛的是采用全充填壓力注漿法，即采用水泥粉煤灰漿液、投骨料等充填。根據(jù)筆者近年采空區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)和對(duì)目前技術(shù)規(guī)范、手冊(cè)的理解，提出一些常見(jiàn)問(wèn)題的設(shè)計(jì)、施工意見(jiàn)。通過(guò)此討論，希望能起到拋磚引玉的作用。

1 粉煤灰的標(biāo)準(zhǔn)

目前設(shè)計(jì)中普遍要求粉煤灰達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即細(xì)度(0.045 mm方孔篩篩余)不大于45%，需水量比不大于115%，燒失量不大于15%，三氧化硫不大于3%。目前設(shè)計(jì)配合比中最低水泥含量要求水泥占固相的15%，粉煤灰占固相的85%，28 d抗壓強(qiáng)度要求達(dá)到0.3 MPa～0.8 MPa。因?yàn)槭┕ぶ蟹勖夯矣昧慷?，試?yàn)量較大，在執(zhí)行中有些管理部門(mén)就規(guī)定某些指標(biāo)不做要求，不同管理部門(mén)規(guī)定不做要求的指標(biāo)項(xiàng)目各不相同。對(duì)于水泥和粉煤灰摻量為15%和85%的漿液，其28 d抗壓強(qiáng)度基本能達(dá)到0.9 MPa以上，影響結(jié)實(shí)體強(qiáng)度的主要因素是水泥摻量，粉煤灰中細(xì)度、燒失量、需水量比等指標(biāo)不影響抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.9 MPa以上。對(duì)于粉煤灰—水泥注漿材料來(lái)說(shuō)，粉煤灰中含有的SiO2，Al2O3能與Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，提高了注漿材料的強(qiáng)度和抗化學(xué)侵蝕能力;過(guò)高SO3含量的粉煤灰與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2作用，生成三硫型水化硫鋁酸鈣，造成結(jié)石體強(qiáng)度和耐久性下降。因此，對(duì)于結(jié)實(shí)體強(qiáng)度本身要求不高的工程，對(duì)粉煤灰沒(méi)必要一概要求達(dá)到Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可提高粉煤灰的使用范圍，降低工程造價(jià)，僅對(duì)其三氧化硫含量作出具體要求即可。

2 設(shè)計(jì)配合比

目前水泥占固相的15%～30%的漿液用量較多，水固質(zhì)量比取值范圍為1∶1.0 ～1∶1.4，即認(rèn)為水固比 1∶1.0 為稀漿，對(duì)粉煤灰的需水比對(duì)漿液濃度的影響考慮較少。當(dāng)三級(jí)粉煤灰需水比在112～115之間時(shí)，水泥含量占固相比的15%、水固比為1∶1.0的漿液，其漿液粘度高達(dá)45 s以上，而一般稀漿粘度在21 s～25 s左右;其漿液難以泵送，可注性差，擴(kuò)散半徑非常小。建議當(dāng)水泥含量占固相比小于20%的漿液，水固質(zhì)量比取值可調(diào)整為1∶0.8～1∶1.3，施工中根據(jù)粘度才有調(diào)整稀漿到稠漿的余地。

3 孔間距

目前公路和民建項(xiàng)目上注漿孔間距多在10 m～20 m之間，以15 m居多，梅花形布置。對(duì)于橋梁等沉降要求較嚴(yán)的工程，施工過(guò)程中有可能遇到裂隙發(fā)育但不貫通，注漿孔施工無(wú)法正常疊加的情況。這種情況在施工中并非偶見(jiàn)，橋梁發(fā)生沉降的現(xiàn)象也并非個(gè)別案例。注漿孔應(yīng)該有針對(duì)性的布置，在特殊部位如橋樁部位應(yīng)該布設(shè)每樁一個(gè)注漿孔。

15 m的孔間距根本不可能做到帷幕孔想要的效果，能封堵的也僅僅在鉆探中遇到的空洞而已，帷幕孔更應(yīng)該叫作邊界孔。對(duì)于空間大、連通性好的采空區(qū)，漿液擴(kuò)散半徑非常大，采空區(qū)施工中非邊界孔淹沒(méi)煤礦主要巷道和設(shè)備等情況也很常見(jiàn)。

4 骨料

在采空區(qū)設(shè)計(jì)經(jīng)常用到骨料或砂充填空洞，但是沒(méi)有明確指出在什么情況下使用，對(duì)空洞大小、單孔注漿量多少都沒(méi)有具體要求。施工單位多數(shù)在單孔注漿量較大時(shí)，采用灌砂法控制單孔耗漿量，從而達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。這種情況下采空區(qū)空洞內(nèi)形成錐形體封孔是顯而易見(jiàn)的。除非采空區(qū)空洞范圍及大小通過(guò)井下測(cè)量非常明確，鉆孔布置非常有針對(duì)性，可設(shè)計(jì)骨料，否則，對(duì)于梅花形均勻布置、地下空洞不清楚的鉆孔，建議除邊界孔外，盡量少用骨料充填空洞。施工中應(yīng)該根據(jù)鉆孔判斷的空洞情況來(lái)投骨料，根據(jù)骨料的自然休止角或漿液帶動(dòng)骨料流動(dòng)距離大概估算投料量的大小，防止投入的骨料封住孔口管，達(dá)不到空洞治理效果。

5 速凝劑

速凝劑對(duì)水泥粉煤灰漿液具有明顯的速凝、早強(qiáng)效果，但是速凝劑可使?jié){液的結(jié)實(shí)體強(qiáng)度有所降低。試驗(yàn)表明當(dāng)水泥和粉煤灰固相比為0.3∶0.7時(shí)，加入水泥重量2%的速凝劑與不加速凝劑的試塊強(qiáng)度相比，7 d抗壓強(qiáng)度降低約10%～25%，對(duì)28 d抗壓強(qiáng)度沒(méi)有什么影響。當(dāng)水泥和粉煤灰固相比為0.15∶0.85時(shí)，加入水泥重量2%的速凝劑7 d強(qiáng)度降低10%～25%，28 d抗壓強(qiáng)度降低15%～25%。當(dāng)單孔注漿量較大時(shí)，應(yīng)盡量采用間歇式注漿，少用速凝劑。

6 孔口管

孔口管普遍采用φ50 mm和φ114 mm，注漿管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為地面至完整基巖下6 m處。煤系地層中泥巖較為常見(jiàn)，對(duì)施工中遇到泥巖吸水膨脹縮徑的地層沒(méi)有特殊規(guī)定。為防止因泥巖縮徑造成注漿管路堵塞，設(shè)計(jì)應(yīng)該明確注漿管穿過(guò)這種地層。建議盡量采用φ114 mm的注漿管，當(dāng)注漿發(fā)生異?，F(xiàn)象時(shí)，可以方便鉆機(jī)掃孔。需要投骨料的鉆孔，必須采用φ114 mm的注漿管。

7 注漿壓力

路基和一般地基的注漿終孔壓力規(guī)定為1.0 MPa～1.5 MPa，橋梁孔的注漿壓力規(guī)定為2.0 MPa～3.0 MPa。對(duì)于具有空間大、連通性好等特點(diǎn)的采空區(qū)來(lái)說(shuō)，擴(kuò)散距離本身就不是個(gè)問(wèn)題。根據(jù)實(shí)踐，當(dāng)注漿壓力超過(guò)0.5 MPa后，注漿孔“吃”漿量非常小，注漿泵壓力消失后，強(qiáng)行壓入的漿液又會(huì)回流到注漿管或噴出地面。建議路基和一般地基的注漿終孔壓力降低到0.5 MPa～1.0 MPa，橋梁孔的注漿壓力降低為 1.0 MPa ～2.0 MPa。

8 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

鉆孔施工的過(guò)程檢測(cè)項(xiàng)目有要求測(cè)孔斜。除非對(duì)下面空洞有針對(duì)性的布置鉆孔，要求鉆孔不能有偏差，否則，采用均勻布置形式的鉆孔要求測(cè)孔斜是沒(méi)有必要的?？仔币稽c(diǎn)對(duì)注漿效果沒(méi)有多大影響。另外，檢測(cè)漿液粘度時(shí)，應(yīng)該考慮粉煤灰需水比對(duì)其的影響。

[1] 羅永忠.水泥—粉煤灰漿液試驗(yàn)及工程應(yīng)用[J].公路交通技術(shù)，2005(4):26-30.

[2] JTJ/T 31-03-2001，采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[S].