水泥土注浆在路基下伏稀土采空区处理中的应用.pdf

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第5卷第2有色金属科学与工程Vo1．5，No．22014年4NonferrousMetalsScienceandEngineeringApr．2014文章编号：1674—9669(2014)02—0107—04DOh10．132646．cnki．ysjskx．2014．02．019期月水泥土注浆在路基下伏稀土采空区处理中的应用温树杰，一．胡国保(1．江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州341000；2．中南大学士木工程学院，长沙410075)摘要：稀土采空区引发的地质灾害对公路的建设和运营具有严重的危害．针对某一具体的稀土采空区路基加固治理工程，结合地质条件及工程要求，提出了一种水泥土注浆加固方法。应用于实际工程．检测结果表明：浆液较好地填充了稀土采空区，有效地固结了土体，提高了土体稳定性，满足规范要求，取得了良好的注浆效果．因此，水泥土注浆方法对稀土采空区加固治理具有良好的可行性和适用性．关键词：水泥土；注浆；路基；采空区中图分类号：TU472．6：TD325文献标志码：AApplicationofcement-soilgroutingintreatingrareearthmined-outareaundersubgradeWENShu-jie1,2HUGuo-bao(1．SchoolofArchitectureandSurveying＆MappingEngineering，JiangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，China；2．SchoolofCivilEngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410075，China)Abstract：ThegeologicaldisasterscausedbyFareearthmined-outareahaveseriousendangermentfortheconstructionandoperationofhighway．Aimingataspecificgobsubgradestrengtheningprojects，andcombiningwiththegeologicalconditionsandengineeringrequirements，amethodofcement-soilgroutingreinforcementisputforwardandappliedtopracticalengineering．Testresultsshowthatgoodgroutingeffectisachievedwiththeslurryfillingthemined-outareaandconsolidatingthesoilwellandthesoilmassstabilitybeingimprovedtomeetthespecificationrequirement．Therefore，themethodofcement-soilgroutinghasgoodfeasibilityandapplicabilityforthereinforcementoftherareearthmined-outarea．Keywords：cement-soil；grouting；subgrade；mined-outarea的年开采量上万吨。开采所遗留下来的稀土采空区数0引言量众多，分布广泛．与煤矿、金属矿等采空区相比而言，稀土采空区大多数存在于土层之中，空间较小，空采空区引发的地面坍塌等地质灾害层出不穷，给区顶部覆盖层较薄。很容易发生地层沉降和坍塌．因工程建设造成了严重的影响．赣州被誉为“稀土王此，在稀土采空区范围内修建公路，必须对路基下伏国”，拥有全国30％以上的中重稀土储备，离子型稀采空区进行加固处理．土储量更是位居世界第一．近年来赣州地区稀土资源很多专家学者对采空区加固方法做了研究【】_3】．稀收稿日期：2014-01—1l基金项目：国家自然科学基金资助项目(51304084)；江西省青年科学基金项目(2O122BAB216Oo3)；江西省教育厅科技项目(GJJ11481)；江西省教育厅青年科学基金项目(GJJ09518)作者简介：温树杰(1979一)，男，博士，副教授，主要从事岩土体的稳定与监测方面的研究，E-mail：jttjwsj@163．com． l08有色金属科学与工程2014年4月土采空区常用的加固方法是注浆法，传统的注浆方法成注浆加固任务．有纯水泥注浆和化学注浆，但纯水泥注浆方法浆液早2．1加固机理期强度低，水泥凝结过程析水较多、时问较长、稳定性水泥土注浆施工是在地表钻孑L施工，钻孔深度达差，硬化时易发生体积收缩且水泥用量较大，成本到稀土采空区区域，利用液压原理，通过注浆管把配高；而化学注浆方法采用的化学原材料往往具有一制好的水泥土浆液均匀地注入采空区土层中，水泥土定的毒性．易对环境造成污染，不环保l4_51．因此，结合浆液以挤密、渗透和充填等方式将稀土土颗粒问的空具体的工程条件及工程要求，提出了一种经济实用气和水分赶走并将其位置占据，经过一段的时间养护的水泥土注浆加固方法．该方法是在纯水泥注浆方法后．将原先松散、不稳定的稀土土颗粒胶结成一个新的基础上添加一定量的黏土，减少了水泥用量，缩短的“结石体”『6-踟．它具有结构新、承载力高、防水性好、了凝结时间，提高了浆液的可注性，工期短，造价低，强度大和物理化学性能稳定等优点，从而达到控制路环保无污染．并就水泥土注浆加固方法及其施工工艺基整体沉降、减少变形的效果，达到采空区路基治理作了详细阐述，以期能对类似工程有一定的指导意的要求．义和借鉴作用．2．2浆液配合比设计2．2．1组分及其对浆液性能的影响1工程概况水泥土浆液组分主要为水泥、黏土、石灰、水以及速凝剂等，具体工程可视情况添加其他适量的成分．赣州地区一新建高速公路某标段全长5．96km。路水泥土浆液的性能优劣主要取决于浆液中各组分的线区域内地质构造较发育，设计路线带内地层分布简添加比例．经查阅相关文献资料l1l5J可知组分对其具单．主要地貌类型为侵蚀剥蚀丘陵区，地层岩性主要为有如下的影响规律：岩浆岩．地形起伏较大，但相对高差较少，自然坡度一(1)在一定条件下，黏土添加量越大，水泥土浆般在15。～3O。．但是在路线K81+020-K81+115段存在液稳定性越好．结实率越高，离析率越小，但强度有稀土采空区，沿60。、90。、135。、180。各个方向开挖了所降低；多个巷道，巷道硐口高约1．5m，宽约1．2m，长度不(2)在一定条件下，水泥土浆液硬结以后的早期一强度随水泥添加比的增加而增大，但当水泥的含量达。l0～45ITI不等，且硐内有分巷道．目前该段山体已经出现小范围的地面坍塌．情况不容乐观．因此．必须到一定值以后，强度增长速度会相对缓慢；对该段稀土采空区路段的路基进行加固治理，满足路(3)随着浆液水灰比的降低，水泥土浆液的早期基变形稳定性要求，以确保公路建设和运营的安全与强度增长很快，但水灰比过小，其流动性和可注性也稳定．经勘查研究与试验分析，决定采用水泥土注浆相应减小：加固方法治理该采空区路段的路基．(4)在浆液中添加一定量的消石灰，可以减少析水，避免水泥土浆液硬结后产生干缩裂隙，可提高其2水泥土注浆加固方法早期强度，也有利于水泥的后期反应．2．2-2浆液的配合比水泥土注浆加固方法。即根据试验配合比设计依据组分对浆液性能的影响规律，拟定了3个值，将烘干的黏土和水泥分别加水制成黏土浆和水泥水泥土浆液配合比方案，并通过试验分别测定了不浆，然后将2种浆液混合制成黏土一水泥浆液，再按同配合比浆液的黏度、初凝时间、终凝时间以及浆设计值添加适量的石灰．充分搅拌后再添加速凝剂，液结石体的无侧限抗压强度，具体的试验数据详见制成水泥土浆液，再经过注浆泵的输送，注入地层，完表1．通过试验并结合表1数据分析得知：方案1中表l水泥土浆液的配合比试验方案及其性能指标注：石灰含量为石灰与水泥的质量百分比，速凝剂含量为速凝剂与浆液的体积百分比，水灰比是浆液中水分与干灰(包括水泥、黏土、石灰)的质量百分比． 第5卷第2期温树杰，等：水泥土注浆在路基下伏稀土采空区处理中的应用109浆液初凝时间为8．2h，终凝时间为22．0h．时间偏3．2施工操作要点短，未达到规范要求，不利于工程注浆，并且浆液干缩(1)钻孔施工．钻孔施工过程利用清水钻进，孑L位过程析水多，且水泥添加量大，工程造价较高；方案2满足设计要求．孑L口位置偏差小于0．2m．钻孔深度达中浆液黏度为14．1s，浆液较稠，其流动性较差，不适合到设计要求后提升钻杆，下注浆管，注浆管露出地表本工程注浆，并且结石体无侧限抗压强度为1．9MPa，0．5—1．0m．虽符合规范要求。但较其他两方案偏小：方案3中浆(2)浇筑孔口管．浇筑孔口管的水泥土浆液中应液的各项性能指标均满足规范要求。且水泥用量较添加一定量的速凝剂．以缩短钻孔和注浆施工的工作少，工程造价较低，符合本工程的实际需求．时间，孔口管的注浆高度大约在4～6m．稀土采空区路段的路基加固工程应有较高的早(3)帷幕孔注浆．帷幕孔注浆应先探查清楚稀土期强度、良好的浆液稳定性，而凝胶时间又不能太短，采空区路段地层倾斜或者地下水流向情况，然后由以利于施工作业从容进行[5】．综合考虑组分对结石体反方向开始逐一注浆．为了更好地起到防渗堵漏的无侧限抗压强度、凝胶时间的影响以及加固工程现场作用，帷幕孔铅直和测斜交替，孔斜率控制在1．5％的实际需要，最终本工程采用方案3配制水泥土浆之内．液，各组分的配合比如表2所示l5J．(4)注浆孔注浆．水泥土注浆施工方法采用全孔一次注浆法．注浆前需要对注浆孔清洗，做钻孔吸水表2工程中采用的水泥土浆液配比量试验及管路压力试验．严格控制压力值．注浆浆液浓度由稀到稠，注浆压力由小到大，分节加入止水塞，逐级加压l91．另外，如果在其他工程中应用该方法，由于各工注浆施工设备主要由搅拌机、注浆泵、钻孔机等机程的地质条件和工程要求的不同，以及浆液材料性质具配套组成，水泥土注浆施工机具布置如图2所示．的不同，需依据具体工程的实际情况，通过试验来确定合适的水泥土浆液的配合比．3施工工艺3．1工艺流程水泥土注浆加固方法施工工艺简便灵活．主要由浆液搅拌、钻孑L、注浆、封孑L等工艺组成．详细的注浆施工工艺流程见图1．测量放线．验线图2水泥土注浆施工机具布置图材料进场II钻孔施工(5)注浆结束(封孔)标准．采用全孔一次注浆法，浆液材质检验Il沉管至设计标高在达到设计(规定)的压力下，土层单位时间内的吸浆量小于或等于50Umin，并且能持续稳定在15min以浆液拌制卜_——注浆上．或者发生冒浆时，冒浆点出现在注浆范围以Pb4m左右，则可以结束该孔或该受注段的注浆工作[1O-ll】．提升注浆(6)施工监测．在不受采空区影响的稳定区域内设立观测点，对采空区变形进行跟踪监测．监测项目包至孔口，封孔卜_—I．1局部复注括：水平位移。垂直位移，裂缝的缝长及缝宽等．(7)质量检测．在稀土采空区路基加固治理工程I堡三!!I施工结束6个月后进行质量检测。并根据注浆实际情图1水泥土注浆施工流程况确定检测位置【1IJ．检测项目及检测方法详见表3口O1． l10有色金属科学与工程2014年4月表3采空区路基加固工程质量检测3-3特殊情况处理水泥土注浆加固方法，设计了浆液配合比，总结了施(1)冬季注浆施工，水泥土浆液在注浆前需要保工操作要点．该方法施工工艺简单，浆液很好地填充持温度在10℃左右，注浆原材料保存在冰点以上温了空区．有效固结了松散的土体，提高了土体承载能度的环境中【旧．力和稳定性。取得了良好的加固治理效果．(2)浆液无法压出时，检查注浆管道是否堵塞．无堵塞时，适当增加注浆压力；堵塞时，清理管道或者在工程中应用和推广这种水泥土注浆加固方法．就近补钻孔加注．将在一定程度上巩固和完善采空区乃至各类工程的(3)注浆过程中，当路段采空区空间较大或注浆注浆加固治理技术．同时．随着注浆材料的发展及施量大时，可在孔内加入适量的粗骨料，在浆液中适当工工艺的进步，施工单位可以依据具体工程的实际情多添加速凝剂，采用间歇注浆方式注入浓浆【l1．况，选择合适、有效的注浆方法对采空区加固治理，减(4)采用间歇注浆方式施工时，停住时需要进行间歇压水处理，防止再注浆时注浆管道堵塞．少相应地质灾害的发生．(5)冒浆时，可采取地表封堵、间歇、低压注浆等方法处理【．参考文献：(6)串浆时，当具备注浆条件时，可同时对两孔[1]张志沛，王红．注浆法在公路下伏煤矿采空区治理工程中的应用【J]．进行注浆，或对串浆孔停止注浆，待其他孔注浆结束煤田地质与勘探，2003，31(6)：43—46．后，再对串浆孑L注浆『l_．[2]罗明生，王浩文，李本尧．铜矿北部47—49线特大采空区治理研究与实践[J】．江西理工大学学报，2008，29(5)：12—14．【3】张东炜，熊雪强，赵奎．复杂采空区处理方案的模糊推理系统[Jj_有4加固效果分析色金属科学与工程，2012，3(1)：89—94．[4】鲁长亮，黄生文，李伟．粘土一水泥浆液在路基加固中的应用研究【J】．在施工结束后的质量检测过程中，利用钻孑L中中外公路，2007，27(3)：211-214．取得的波速测井数据资料分析判断稀土采空区路段【5]黄生文，黄欢，鲁长亮，等．粘土一水泥浆液在路基加固中的应用【J]．的路基加固治理效果．数据图像显示：各个布控测点中南公路工程，2006，31(2)：119-123．数据呈光滑曲线，整个线形无明显的“之”字形拐点[6]田宏图．注浆法在粉土路基病害整治中的应用『J]．路基工程，2010以及上下错乱的现象。面波波速随稀土土层深度呈(5)：215-216．均匀层状分布．这说明了水泥土浆液较好地填充了稀[7]马永连．压密注浆法在工程中的应用叨．山西建筑，2011，37(14)：57．[8]I赵欣．注浆法在采空区治理中的应用【J1．山西建筑，2011，37(25)：土采空区的巷道、裂隙等结构面，对松散、软弱的采84-86．空区土体产生了有效的固结作用，岩土体的承载能[9]朱雷．注浆法加固岩溶地区铁路路基基底施工技术[J]．铁道建筑技力和稳定性等指标有了显著的改善和提高，注浆质术，2009(1)：78—80．量合格，满足规范要求．【10]JTG，rD31-03—2011，采空区公路设计与施工技术细则[S】．注浆加固工程处于安全、稳定、优质、快速的可控【l1】霍永成，张选刚，刘军勇．注浆法处理荣乌高速公路下伏采空区的状态，工程质量合格率达100％，无任何安全生产事关键技术[J]．路基工程，2012(3)：117—120．故发生，并且比预期的冬季施工工期提前了半个月．[12】程敦伍，王树仁，王树理，等．采空区注浆处治技术及其应用[M】．北大大缩短了工期，提高了工程效益．稀土采空区路基水京：清华大学出版社，2012．泥土注浆加固方法得到了业主和监理方的一致好评．【13]翟秀平．简述路基注浆加固技术[J】．山西建筑，2013，39(4)：133—134．[14】罗文艺．地表注浆技术在山体隧道施工中的应用[J1．建筑施工，5结束语2011，33(9)：862-863．【l5】逄显民．青岛海底隧道帷幕注浆施工技术研究【JJ．铁道标准设计，结合具体的稀土采空区路基加固工程．提出了2010(12)：91—94．