高速公路路基下伏采空区的处治方法与流程

本发明涉及土木工程和相应工程的基础处理和地质灾害治理，具体来说是一种高速公路路基下伏采空区的处治方法。

背景技术：

1、随着国家基础建设的大力发展，工程选址和地质条件越来越复杂，而大量的矿产开采使得地下采空区面积越来越大。而由于采空区塌陷引起的一系列环境岩土工程地质问题，如地面下沉、道路开裂、耕地减少等，往往严重影响人民的正常生活，造成重大经济损失。

2、我国矿产资源丰富，在开采过程中，地下或地表的岩层被移除或破坏，形成了采空区。由于采空区的复杂性和不稳定性，以往公路选线多力求避免这一不良地质，但随着我国公路工程的迅速发展，越来越多的公路建设需要跨越或穿越采空区进行工程施工。因此，关于采空区处治措施的研究已成为热点问题。

3、每个具体的采空区施工项目都有其独特的情况和要求，具体采用何种处理方法，需要综合考虑，如果治理不及时或治理方案不当，很可能破坏原有岩体的平衡条件，最终导致地表塌陷，均会对采空区上部作业的机械设备和人员造成严重威胁。国内外在过采空区公路工程上普遍采纳的施工方法是通过钻孔注浆对采空区进行支撑加固，例如专利号为：cn103628912a的发明专利一种采空区处理充填灌浆的施工方法和专利号为cn114876359a的发明专利一种基于斜孔注浆的公路采空区处治方法，都是通过直接向采空区注浆的方法完成采空区进行支撑加固，解决采空区的工程地质问题，然而对于规模大的采空区若采用直接注浆，不仅处治成本较高，另外如果采空区存在结构破损或岩层不稳定的情况，直接注浆会加剧采空区的结构破损或岩层不稳定，从而引起地表塌陷或顶板冒落缺陷，给采空区上方的施工人员与设备带来安全隐患，所以需要寻求新的高速公路路基下伏采空区的处治方法，用于路基过采空区施工的安全性和稳定性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高速公路路基下伏采空区的处治方法，通过在采空区处理范围内沿采空区的边界走向依次布置投料回填钻孔，对采空区顶板下方进行回填，对采空区顶板形成支撑，再次沿采空区的边界走向依次布置注浆钻孔，并通过注浆钻孔将注浆液送入，实现对采空区周边围岩的岩石裂隙、回填料的沉降空隙及局部未回填密实的空隙进行注浆补强，浆液掺杂着回填料硬化后形成更具强度的支撑体，对采空区上覆岩体形成支撑作用，实现采空区与回填体顶板的充分密实接触，以防止地表塌陷或顶板冒落，保证路基过采空区施工的安全。

2、为解决上述技术问题，本发明给出的实现方案：一种高速公路路基下伏采空区的处治方法，包括如下步骤：

3、对采空区进行勘探，并确定下伏采空区处理范围；

4、开挖采空区上方路基两侧边坡，并参考采空区顶板安全厚度的计算结果，将两侧边坡开挖至投料回填工作面，然后根据下伏采空区处理范围的边界走向布置多排投料回填钻孔；

5、通过片石、碎石、自密实混凝土对多排投料回填钻孔进行回填处理；

6、回填处理后，继续开挖边坡至路基设计高程，然后根据下伏采空区处理范围的边界走向布置多排注浆钻孔，且多排注浆钻孔均贯穿采空区顶板；

7、然后将水泥粉煤灰浆液通过各注浆钻孔对采空区注浆补强；

8、注浆补强后进行质量检测，如检测结果不合格，需要在采空区处理范内沿下伏采空区的边界走向重新布置多排投料回填孔或者多排注浆孔，然后重复上述步骤，直至质量检测合格为止。

9、优选地，注浆时，将三维激光扫描仪放置在各注浆钻孔内，对下伏采空区进行动态扫描，然后将稀注浆液加注至采空区底部至路基设计高程工作面三分之一高度，再使用稠注浆液填充剩余的三分之二高度；其中稀注浆液由细砂、粉煤灰和水按照质量比为1：2-2.05：1-1.1的原料制成，稠注浆液由水泥、细砂、膨润土按照质量比为1：9.95-10：0.3-0.4：4-4.15：4.6-4.75的原料制成。

10、优选地，通过将三维激光扫描仪放置在各注浆钻孔内，实现对注浆钻孔进行三维激光扫描及采空区洞口检测，当注浆浆液发生跑浆时，需要在稀注浆液和稠注浆液中均加入速凝剂，所述速凝剂包含但不限于水玻璃或纳米二氧化硅，速凝剂掺入量约为稀注浆液或稠注浆液的0.7％。

11、优选地，水泥为pc32.5r复合硅酸盐水泥，细砂的细度模数≤2.36，细砂含泥量不能高于3％，膨润土为ⅱ级钠基膨润土，粉煤灰为f类ii级粉煤灰。

12、优选地，各注浆钻孔贯穿采空区顶板以下0.5-0.8米，钻孔的开口直径为130mm，钻孔终孔直径为91mm，钻孔间距为5-6米，注浆孔施工时应按照从两侧向中间施工的顺序进行施工。

13、优选地，注浆钻孔的压力为0.5-3mpa，压力达到设计值后持荷时间应不小于5min，待注浆工作完毕后，采用自密实混凝土封堵注浆钻孔。

14、优选地，所述回填钻孔的孔径为1.6米，钻孔间距为10-13米，钻孔孔位按照设计布孔原则，采用全站仪或gps结合使用钢尺放样，施工时按照先低后高的原则进行施工，并在钻孔成孔后，采用孔内三维激光扫描仪对采空区进行动态扫描，及时掌握采空区的形态规模和充填效果，动态调整设计方案，以确保工程质量和安全。

15、优选地，根据下伏采空区埋深深度依次由深至浅分别投注片石、碎石进行回填，待碎石回填至距离采空区顶板1.0米时，换用自密实混凝土对所有回填钻孔进行回填，其中片石、碎石以及自密实混凝土的抗压强度均m≥7.5，在回填过程中，采用孔内三维激光扫描仪对采空区进行动态扫描，及时掌握采空区的形态规模和充填效果，动态调整设计方案，以确保工程质量和安全。

16、优选地，采空区内部构造存在不规则的倾斜状态，投料回填时，碎石会向采空区低高程处运动，为防止回填料出界，在采空区处理范围边界地势较低处设置钢筋混凝土挡墙，挡墙厚度≥1.8米。

17、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

18、1、在采空区处理范围内，沿采空区的边界走向依次布置投料回填钻孔，对采空区顶板下方进行回填，对采空区顶板形成支撑，再次沿采空区的边界走向依次布置注浆钻孔，并通过注浆钻孔将注浆液送入，实现对采空区周边围岩的岩石裂隙、回填料的沉降空隙及局部未回填密实的空隙进行注浆补强，浆液掺杂着回填料硬化后形成更具强度的支撑体，对采空区上覆岩体形成支撑作用，实现采空区与回填体顶板的充分密实接触，以防止地表塌陷或顶板冒落，保证路基过采空区施工的安全。这与在采空区范围内随意布置投料回填钻孔和布置注浆钻孔相比较，本发明所给出的沿采空区的边界走向依次布置投料回填钻孔，对采空区顶板下方进行回填，再次沿采空区的边界走向依次布置注浆钻孔，并通过注浆钻孔将注浆液送入，会有效的避免由于随意布置投料回填钻孔和布置注浆钻孔，在采空区内形成锥形堆积，使得采空区边界处回填料与浆液不足，不能对采空区边界形成有效支撑，进而影响采空区的处置效果，容易发生地表塌陷或顶板冒落，影响路基过采空区施工的安全。

19、2、根据采空区实际内部构造，综合考虑施工安全、处治效果、施工工艺、造价等因素，并通过对采空区顶板安全厚度进行计算，将边坡开挖到投料回填工作面，然后在采空区处理范围内布置大孔径投料回填钻孔，开展投料回填工作，在回填料将采空区回填密实后，继续开挖边坡至路基设计高程，待边坡开挖至路基设计高程工作面时，在处理范围内布置大孔径注浆钻孔，开展注浆工作，形成一套有序的充填工艺，注浆施工中，浆液稠度控制的原则是先稀后浓，用稀浆先使岩石细小裂隙灌饱，而后浆液稠度逐渐变浓，较宽裂隙也能逐步充填良好，如此能达到更好的注浆效果，较好地解决采空区顶板的稳定性问题。

20、3、根据采空区投料回填量大的特点，采取大孔径多钻孔开展投料回填工作，回填钻孔孔径为1.6米，在处理范围内布置投料回填钻孔，钻孔间距为10米。施工时按照“先低后高”的原则进行施工，提高了投料回填的施工效益，并为确保下阶段注浆施工效果打下基础。

21、4、根据采空区注浆量大的特点，采取大孔径多钻孔开展注浆工作，注浆钻孔需穿透采空区顶板以下0.5-0.8米，钻孔直径为91mm(开口直径130mm)，在处理范围内布置49个注浆钻孔。注浆孔施工时按照从两侧向中间施工的顺序进行施工，提高了注浆施工效益，并确保了注浆的施工质量。

22、5、回填料采用片石、碎石、自密实混凝土，分孔依序回填，注浆浆液采用水泥、细砂、膨润土、粉煤灰、水按比例配制，不仅降低了原材料成本，又较好地解决了采空区的工程地质问题。回填方式采用先低后高、分孔依序，更有利于回填料回填密实，而相比单一的采用注浆方法，浆液掺杂着回填料硬化后形成更具强度的支撑体，对采空区上覆岩体形成支撑作用，实现采空区与回填体顶板的充分密实接触，以防止地表塌陷或顶板冒落，保证路基过采空区施工的安全。