采空區(qū)注漿工程施工技術(shù)方案

王 興 亮

(山西省宏圖建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

采空區(qū)注漿工程施工技術(shù)方案

王 興 亮

(山西省宏圖建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

結(jié)合晉城市吳王山小區(qū)項(xiàng)目的自然與地質(zhì)環(huán)境條件，介紹了該項(xiàng)目采空區(qū)注漿工程的設(shè)計(jì)方案，并闡述了注漿材料選擇與配制的方法，提出了注漿質(zhì)量的檢驗(yàn)措施，為注漿工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

采空區(qū)，注漿孔，鉆孔技術(shù)，質(zhì)量檢測(cè)

1 工程概況

山西太行置業(yè)吳王山小區(qū)項(xiàng)目采空區(qū)注漿工程(組團(tuán)二商品房區(qū))，工程由山西太行置業(yè)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司投資興建。地處晉城市市區(qū)西南部，牛匠村村北，西環(huán)路西側(cè)，中原西街北側(cè)。南北寬約190 m，東西長(zhǎng)約350 m，呈長(zhǎng)方形，占地面積約58 150 m2，項(xiàng)目包含9棟29層～32層的高層建筑物以及裙樓和成片地下車(chē)庫(kù)。

根據(jù)甲方要求，項(xiàng)目施工分為兩個(gè)階段進(jìn)行，其中一期工程為2-1號(hào)，2-3號(hào)，2-6號(hào)，2-7號(hào)樓所處區(qū)域及其樓之間的地下車(chē)庫(kù)區(qū)域；二期工程為2-2號(hào)，2-4號(hào)，2-5號(hào)，2-8號(hào)，2-9號(hào)樓所處區(qū)域及其樓之間的地下車(chē)庫(kù)區(qū)域。其中一期項(xiàng)目于2015年5月開(kāi)始，已于2016年3月完成鉆孔施工及部分注漿孔注漿。根據(jù)甲方要求計(jì)劃2016年4月開(kāi)始對(duì)二期工程進(jìn)行治理。

本方案僅適用于對(duì)二期工程(2-2號(hào)，2-4號(hào)，2-5號(hào)，2-8號(hào)，2-9號(hào)樓所處區(qū)域及其樓之間的地下車(chē)庫(kù)區(qū)域)施工。根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)，現(xiàn)有二期工程主要施工工程量為：擬治理區(qū)域?yàn)?-2號(hào)，2-4號(hào)，2-5號(hào)，2-8號(hào)，2-9號(hào)樓所處區(qū)域及其樓之間的地下車(chē)庫(kù)區(qū)域，治理面積約52 515 m2，設(shè)計(jì)鉆孔269個(gè)，其中帷幕孔110個(gè)，注漿孔159個(gè)，該區(qū)域主要治理煤層為9號(hào)、15號(hào)煤層，其中9號(hào)煤層設(shè)計(jì)孔深為70 m～80 m，15號(hào)煤層設(shè)計(jì)孔深為100 m～110 m；設(shè)計(jì)注漿量28 408 m3，設(shè)計(jì)單孔注漿量約為145 m3。

由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件制約，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)所設(shè)計(jì)的鉆孔進(jìn)行了調(diào)整，具體以實(shí)際施工為準(zhǔn)。

2 自然、地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 氣象與水文

工作區(qū)屬大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量590.8 mm，多集中在7月份～9月份，最大降雨量176.4 mm，年平均氣溫7.9 ℃～11.7 ℃，最高氣溫7月份，平均氣溫19 ℃～25 ℃,極端最高氣溫可達(dá)40.2 ℃，最低氣溫在1月份～2月份，月平均氣溫為-4 ℃～-7 ℃；極端最低氣溫-24 ℃，年平均降水量618 mm，年平均蒸發(fā)量2 200 mm，無(wú)霜期141 d～189 d，標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度43 cm。

2.2 工程地質(zhì)條件

工作區(qū)影響擬建吳王山小區(qū)穩(wěn)定性的主要工程地質(zhì)問(wèn)題為煤礦采空區(qū)。根據(jù)《山西太行置業(yè)吳王山小區(qū)項(xiàng)目巖土工程采空區(qū)勘察報(bào)告》(中冶地集團(tuán)西北巖土工程有限公司)及《山西太行置業(yè)吳王山小區(qū)項(xiàng)目(組團(tuán)二區(qū))采空區(qū)治理施工圖設(shè)計(jì)》資料，本區(qū)段煤礦采空區(qū)為三個(gè)采空異常區(qū)，編號(hào)對(duì)應(yīng)Ⅰ號(hào)～Ⅲ號(hào)，其中Ⅰ號(hào)為15號(hào)煤層采空異常區(qū)，Ⅱ號(hào)為9號(hào)煤層采空異常區(qū)，Ⅲ號(hào)為3號(hào)煤層與9號(hào)煤層雙層采空異常區(qū)。場(chǎng)地內(nèi)Ⅰ號(hào)異常區(qū)15號(hào)煤層采空區(qū)埋深100 m～110 m，采厚2.8 m～3.1 m；Ⅱ號(hào)異常區(qū)9號(hào)煤層采空區(qū)埋深50 m～65 m，采厚0.5 m～1.3 m；Ⅲ號(hào)異常區(qū)3號(hào)煤層采空區(qū)埋深20 m～30 m，采厚1.7 m～5.2 m，9號(hào)煤層采空區(qū)埋深50 m～65 m，采厚0.5 m～1.3 m。采空區(qū)內(nèi)已經(jīng)完全充水。3號(hào)煤層頂板大多為泥巖，9號(hào)煤層頂板大多為石灰?guī)r；15號(hào)煤層頂板大多為灰?guī)r。治理區(qū)域內(nèi)地層總體走向NE-SW，傾向NW，傾角3°～10°，局部有平緩向斜。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A，本區(qū)地震基本烈度為本區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，第三組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g。

3 注漿孔設(shè)計(jì)

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)，本次采空區(qū)處理根據(jù)建筑物所在場(chǎng)地及占地面積進(jìn)行注漿孔布設(shè)，采用雙層帷幕孔、小間距注漿孔的方法進(jìn)行采空區(qū)注漿設(shè)計(jì)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合公式計(jì)算結(jié)果，9號(hào)煤及15號(hào)采空區(qū)治理范圍的寬度和長(zhǎng)度取平均值為場(chǎng)地四周外延38 m，3號(hào)煤采空區(qū)治理范圍為劃定的3號(hào)煤采空區(qū)異常邊界外延25 m。

本次商品房二期治理區(qū)域范圍內(nèi)存在采空區(qū)為9號(hào)煤層采空區(qū)及15號(hào)煤層采空區(qū)，根據(jù)設(shè)計(jì)可知，9號(hào)煤層治理范圍東起2號(hào)～4號(hào)樓東側(cè)約20 m，西至2號(hào)～9號(hào)樓東部邊界，治理面積約為27 969 m2，其中布置采空區(qū)帷幕孔35個(gè)，其中1維帷幕孔16個(gè)，鉆孔間距10 m，2維帷幕孔19個(gè)，鉆孔間距10 m。樓建筑范圍內(nèi)部注漿孔50個(gè)，主要建筑物內(nèi)的注漿孔間距排距均為10 m，地下車(chē)庫(kù)范圍內(nèi)注漿孔42個(gè)，地下車(chē)庫(kù)間距排距均為15 m，按照梅花形布置。15號(hào)煤層治理區(qū)域位于9號(hào)煤層治理區(qū)域西側(cè)，其中布置采空區(qū)帷幕孔75個(gè)，其中1維帷幕孔41個(gè)，鉆孔間距10 m，2維帷幕孔34個(gè)，鉆孔間距10 m，樓建筑范圍內(nèi)部注漿孔33個(gè)，主要建筑物內(nèi)的注漿孔間距排距均為10 m，地下車(chē)庫(kù)范圍內(nèi)注漿孔34個(gè)，地下車(chē)庫(kù)間距排距均為15 m，按照梅花形布置。設(shè)計(jì)鉆孔鉆至采空區(qū)底板以下1.0 m處。在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)不同位置煤層垮落的厚度及形成冒落帶高度的不同，鉆孔深度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

本次實(shí)際施工中由于擬建2號(hào)～9號(hào)樓所處位置位于工廠內(nèi)，工廠未能拆遷，因此甲方協(xié)商后，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的注漿孔不進(jìn)行施工，對(duì)其北側(cè)、西側(cè)帷幕孔也不進(jìn)行施工。擬治理15號(hào)煤西側(cè)兩排帷幕孔由于均位于工廠、民房區(qū)域內(nèi)，其施工難度大，在實(shí)際施工中經(jīng)與設(shè)計(jì)方溝通后，均會(huì)對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。各鉆孔在實(shí)際施工中均會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形、現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境進(jìn)行調(diào)整。

4 施工順序

無(wú)論鉆孔或注漿，采用先施工帷幕孔，后施工注漿孔；先施工取樣孔，后施工非取樣孔，先施工底板標(biāo)高位置相對(duì)較低位置的注漿孔，再沿巖層傾向由低向高、由邊部向中心開(kāi)展施工。

5 鉆孔技術(shù)要求

1)注漿孔位置采用全站儀和50 m鋼尺按設(shè)計(jì)圖紙實(shí)地測(cè)量定位，如遇特殊情況不能按設(shè)計(jì)圖紙位置施工時(shí)，鉆孔位置不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)位置0.5 m的范圍。

2)開(kāi)孔孔徑為直徑110 mm，鉆進(jìn)至相對(duì)穩(wěn)定基巖5 m后，變徑為直徑89 mm，鉆孔至采空區(qū)底板下1.0 m時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)深度，經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理及建設(shè)單位驗(yàn)收符合要求后，進(jìn)行下道工序施工。

3)一般注漿孔不取芯樣，但要求對(duì)整個(gè)鉆探過(guò)程的原始記錄做好，特別是各種土層厚度、變徑深度及采空區(qū)頂?shù)装迳疃纫攸c(diǎn)記錄。

4)鉆孔施工過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)漏水、掉鉆、埋鉆、見(jiàn)軟、見(jiàn)硬等現(xiàn)象要詳細(xì)記錄其深度位置、土層情況及用水量等。

5)取樣孔應(yīng)選擇具有代表性部位進(jìn)行取樣檢測(cè)，根據(jù)該工程實(shí)際情況取每棟主樓范圍內(nèi)布置的孔為取樣孔，取樣孔數(shù)量應(yīng)不少于總孔數(shù)的2%～5%，故每棟主樓范圍內(nèi)取3個(gè)取樣孔；采取芯樣時(shí)采空區(qū)部位巖芯采取率不小于30%，其他部位采取率不小于60%，并對(duì)全過(guò)程做好原始記錄工作。

6)鉆孔時(shí)應(yīng)保持鉆桿垂直，偏差應(yīng)小于1%。

7)在注漿孔成孔施工完成并驗(yàn)收合格后，下φ50 mm注漿管至穩(wěn)定基巖下5 m，注漿管采用封閉泥漿封堵固定措施，注漿管連接采用管箍連接，然后采用碎石混凝土封閉孔口段，封閉孔口段高度不小于5 m。

6 漿液配合比設(shè)計(jì)

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)氐牟牧瞎?yīng)情況，確定注漿漿液為水泥粉煤灰漿，其水固比為1∶1.0～1∶1.3，水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%。在正式施工前，應(yīng)按施工時(shí)使用的水泥、粉煤灰、水在試驗(yàn)室作漿液配比試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括每立方米漿液干料含量、初終凝時(shí)間、結(jié)石率、試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度等。

7 注漿材料及其質(zhì)量要求

注漿材料由水、水泥、粉煤灰以及外加劑等組成，必要時(shí)應(yīng)添加部分粗骨料(礦渣砂、石粉等)。施工用水一般為飲用淡水，但不應(yīng)采用含硫酸鹽大于0.1%、氯化鈉大于0.5%以及含過(guò)量糖、懸浮物質(zhì)、堿類(lèi)的水；水泥宜用P.O42.5普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥，其性能、成分等應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，并且要求新鮮無(wú)結(jié)塊；粉煤灰要求其細(xì)度模數(shù)不粗于同時(shí)使用的水泥，燒失量小于3%，其他各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合二級(jí)粉煤灰的國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；砂選用天然砂或人工砂，粒徑不大于2.5 mm，細(xì)度模數(shù)小于2%，含泥量及有機(jī)物含量小于3%；石屑或礦渣最大粒徑不大于10 mm，含泥量及有機(jī)物含量不大于3%；添加的水玻璃模數(shù)宜為2.5～3.0，濃度不低于30Be′～40Be′。

8 注漿材料的配制

1)按設(shè)計(jì)的漿液配合比進(jìn)行施工，單筒攪拌量應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)試稱(chēng)量，然后按照稱(chēng)量結(jié)果選用合理的水泥、粉煤灰及水的用量。

2)現(xiàn)場(chǎng)加料應(yīng)先在攪拌池內(nèi)放入規(guī)定量的水，再加入水泥、粉煤灰，待攪拌均勻后，最后加入外加劑。

3)漿液分兩級(jí)攪拌；一級(jí)攪拌池的攪拌時(shí)間不得少于3 min，隨后進(jìn)入二級(jí)攪拌池；進(jìn)入二級(jí)攪拌池必須用濾網(wǎng)過(guò)濾且停留時(shí)間不超過(guò)4 h。

9 注漿技術(shù)要求

1)施工程序。注漿是采空區(qū)治理工程的最終目的，更是工程施工的核心。注漿施工順序?yàn)樽{站建設(shè)→一級(jí)攪拌→二級(jí)攪拌(加速凝劑)→注漿(先注外圍孔后注注漿孔)→記錄孔口壓力→達(dá)到設(shè)計(jì)要求→注漿結(jié)束→封閉孔口。

2)注漿施工方法。注漿施工的順序同注漿孔的成孔順序，且應(yīng)與之速度匹配。每孔注漿前或必要的間歇期間采用清水洗孔，壓水時(shí)間不得小于5 min。在鉆探過(guò)程中，巖層若為以遇水軟化巖石為主時(shí)，注漿前可不進(jìn)行壓水沖洗，孔內(nèi)不返水孔和掉鉆孔可不進(jìn)行壓水沖洗。

帷幕孔注漿:采用漿液濃度先稀后稠的方法，起始注漿水固比采用1∶1.0，注漿開(kāi)始后，要定時(shí)觀測(cè)泵的吸漿量和泵壓，記錄注漿過(guò)程中發(fā)生的各種現(xiàn)象，收集原始數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整注漿量和漿液濃度。若某一濃度漿液的注入量已達(dá)設(shè)計(jì)量的20%以上或灌注時(shí)間已達(dá)2 h，而注漿壓力和單位吸漿量無(wú)明顯變化時(shí)，應(yīng)調(diào)濃一級(jí)或兩級(jí)灌注，在注漿后期泵壓逐漸升高或吸漿量逐漸減小的情況下，不應(yīng)改變其水固比。當(dāng)單位吸漿量大于250 L/min時(shí)，可越級(jí)變濃，同時(shí)還可添加必要的速凝劑等外加劑。注漿過(guò)程中若出現(xiàn)地表裂隙大量跑漿時(shí)，應(yīng)采用間歇式注漿或減小泵量及采取地表充填裂隙的措施，阻止?jié){液從地面大量流失。

注漿孔注漿：開(kāi)灌水固比采用1∶1.0，在注漿孔剛開(kāi)始灌注過(guò)程中應(yīng)盡量避免間歇式注漿，在注漿中期可調(diào)整水固比至1∶1.2，在注漿末期時(shí)，可根據(jù)具體情況采取添加粗骨料、調(diào)整吸漿量、減小泵壓等辦法。

10 注漿質(zhì)量檢測(cè)

采空區(qū)治理工程結(jié)束后，委托第三方進(jìn)行注漿質(zhì)量檢測(cè)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鉆探和物探資料，做出綜合評(píng)價(jià)，在全面分析研究這些資料的基礎(chǔ)上，最終確定注漿質(zhì)量是合格的；無(wú)需補(bǔ)充注漿。

[1] 《建筑施工手冊(cè)》編委會(huì).建筑施工手冊(cè)[M].第5版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 山西省地質(zhì)工程勘察院，山西太行置業(yè)吳王山小區(qū)項(xiàng)目采空區(qū)注漿工程施工圖設(shè)計(jì)[Z].

On construction technique scheme for grouting projects in goaf

Wang Xingliang

(ShanxiHongtuConstructionCo.,Ltd,Taiyuan030000,China)

Combining with the natural and geological conditions of Wuwangshan Complex in Jincheng City, the paper introduces the design scheme for the grouting project of some goaf in the program, illustrates the grouting material selection and proportion methods, and points out the inspection measures for the grouting quality, so as to accumulate the experience of the grouting projects.

goaf, grouting hole, drilling technique, quality inspection

1009-6825(2017)01-0098-02

2016-10-26

王興亮(1982- )，男，工程師

TU472

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