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谈高速公路采空区治理工程质量控制

日期：2016-7-11 15:15:06　来源：互联网　浏览数：
　

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近年来，由于煤矿的开采，使地壳出现大量空洞，而高速公路选线又不可避免的通过。采空区地表有塌陷，采空区内存在大量积水或空洞，持续变形对拟建的高速公路影响严重，为确保高速公路的安全运营，对煤矿采空区采用全充填压力注浆法进行处治。
    1． 1 工程概况
    本人所在的煤矿采空区治理工程CK03 位于霍永高速公路K5 + 400 ～ K9 + 246 段，其中采空区K5 + 400 ～ K5 + 725 为三层采空区，长度325 m; 采空区K5 + 725 ～ K6 + 030 为双层采空区，长度305 m; 采空区K8 + 540 ～ K9 + 246 为单层采空区，长度700 m。
    1． 2 主要工程量
    依据设计文件，CK03 主要工程量见表1。

    2· 施工组织布置及规划
    2． 1 人员准备
    配备施工现场管理人员16 人，工程技术人员20 人，电工、管工20 人，钻工400 人，注浆操作工44 人，杂工130 人。
    2． 2 设备准备
    本合同段共需完成灌浆孔总进尺91 804 m，灌浆量215 264 m3。为保证按期完工，并使钻孔与注浆速度合理匹配，投入主要施工设备见表2。

    2． 3 材料准备
    本合同段工程施工所用主要材料为: 中条P． S． A32． 5 号矿渣硅酸盐水泥，设计用量42 295 t; 霍州电厂粉煤灰，设计用量124 440 t; 山西桑穆斯建材公司水玻璃速凝剂，设计用量380 t; 施工用水采取铺设管道就近水源引水。上述原材料进场后按要求经自检、抽检或外检均满足规定的质量指标要求，经监理工程师批准后入库、使用，并做好了防潮、防变质的库管工作。
    2． 4 总体施工顺序
    总体施工顺序见图1。

    3 ·主要工序的施工方法与技术措施
    各工序的施工方法，既具独立性又相互制约，且技术要求高，各工序间的进度匹配，是施工方法选择的关键。
    3． 1 施工便道修筑
    结合实地情况，修筑施工便道两条，总长约5． 5 km，分别用于我标K5 + 400 ～ K6 + 030 施工段( 1 号注浆站) 和K8 + 540 ～ K9 +246 施工段( 2 号注浆站) 。
    3． 2 注浆站的建立
    根据本合同段施工范围及施工工程数量，在主线位置K5 +700，K8 + 750 附近分别修建1 号，2号注浆站，其中每个注浆站包括一级搅拌池8 个，二级搅拌池4 个，安装注浆泵10 台，电源总控制柜3 个， 100 m3 ～ 300 m3 蓄水池1 个， 600 m2 料场1 处， 300 m2水泥库棚2 个，临建砖木结构房屋200 m2 ，注浆站配套设施具体位置见图2。

    3． 3 灌浆孔的钻探施工方法
    本合同段需完成灌浆孔总进尺91 804 m，依据灌浆孔单孔深度及地形地貌制约钻机搬迁的难易程度，由项目技术部派专人负责钻机的调配及工程地质技术的管理。灌浆孔的施工顺序以区内煤层倾向为主要参考因素，由煤层倾向的最低点开始，先施工帷幕孔，再施工注浆孔。
    1) 施工前按设计图纸上的孔位坐标，用全站仪逐孔测量放点，木桩用红布标记。其中遇到了钻机不能按设计位置定位的特殊地形，我们与现场监理、业主代表、设计代表及时联系，确定了合理位置。
    2) 钻机安装平整稳定后定位，钻进时采用一定的导向措施。本工程根据地层情况采用合金、金刚石、复合片钻头，采用泥浆护壁水钻、气动潜锤成孔( 注浆站建成前从水管接水) 。注浆孔结构见图3。
    3) 成孔工艺注意事项。钻孔施工顺序为先钻边缘帷幕孔，后钻中间注浆孔; 严格按照操作规程施工，满足孔斜不大于2°，保证钻机垂直钻进。
    3． 4 浇筑孔口管
    1) 单层采空区。成孔后，将一端带有Φ120 ～Φ125 法兰托盘的Φ50 注浆管下至变径位置，孔内放入少量砾石以堵塞大的缝隙，然后放入少量粘土，防止浆液大量渗漏，然后灌入1∶ 1． 1 的水泥浆，浆液在孔内的高度为4 m ～ 6 m。
    2) 双层或多层采空区。为了避免塌孔，钻孔成孔后应及时下带法兰托盘注浆管，进行孔口管浇筑工作: 将一端带有Φ120 mm ～Φ130 mm 法兰托盘的Φ114 mm 的止浆套管，下入孔内变径处，孔内投入20 cm 厚砾石，以堵塞大的缝隙，再投入30 cm 厚的粘土，防止浆液渗漏，然后灌入1∶ 1． 2 加水玻璃的稠水泥浆，浇筑长度不小于6 m，浇筑要达到注浆过程中浆液不会从注浆孔壁四周溢出。水泥浆液中加入水泥重量2% 的速凝剂，快速将注浆管与孔壁固结，起到止浆作用。浇筑水泥浆充分凝固后，经技术人员和监理工程师验收合格，达到止浆效果后，方可进行注浆施工。浇筑孔口管示意图见图4。

    3． 5 关键工程技术控制
    灌浆是采空区治理工程施工的核心。施工前，根据合同段内的工程地质条件，合理选择具有代表性的区段进行试验工程，结合施工图纸及现场实际，按设计要求，对施工所用的原材料、浆液配比、浆液性能指标、灌浆孔成孔及灌浆施工方案、施工工艺、施工方法等进行论证选择，确保工程质量。
    1) 浆液制备流程图见图5。

    2) 一级搅拌池的标定。
     一级搅拌池建成后要逐一进行标定，确定池加入的各材料用量。例如: 1-1 号搅拌池直径2 m，深1． 8 m。
    计算得池底面积为: ( 2 ÷ 2) 2 × 3． 14 = 3． 14 m2，容量为3． 14 ×1． 8 = 5． 652 m3。
    水固比1∶ 1． 2、不加水玻璃、水泥∶ 粉煤灰= 20% ∶ 80% 时，浆液配合比各组成材料单位用量( kg /m3 ) 为: 水∶ 水泥∶ 粉煤灰=636∶ 153∶ 612。
    本搅拌池最多可容纳水泥量: 5． 652 m3 × 153 kg /m3 = 865 kg，每袋水泥50 kg，即最多可容纳865 /50 = 17． 3 袋。
    为方便工人加料同时防止工人偷工减料，水泥按17 袋加入，即加入17 × 50 = 850 kg，根据比例，粉煤灰加入850 ÷ 20 × 80 =3 400 kg，水加入( 850 + 3 400) ÷ 1． 2 = 3 542 kg。
    此时，该搅拌池实际浆液总容量为: 850 + 3 400 + 3 542 =7 792 kg，即7 792 kg ÷ ( 636 + 153 + 612) kg /m3 = 5． 562 m3 ，此时池内浆液深度为: 5． 562 ÷ 3． 14 = 1． 77 m，液面离池顶面1． 8 －1． 77 = 0． 03 m = 30 cm。
    通过数水泥加入的袋数控制每次加入17 袋水泥; 称量装载机一斗可容纳的粉煤灰量，再计算每池需几斗粉煤灰; 最后通过测量浆液面距池顶面的高度( 30 cm) 也可检验各种材料用量是否准确。
    3) 注浆施工的控制。
    注浆顺序为先灌注路线边缘帷幕孔，再灌注中间的注浆孔。
    a．帷幕孔。
    帷幕孔灌浆是确保整个治理工程的关键，亦是治理工程难度最大的环节。采用1∶ 1． 2 的水泥粉煤灰浆对帷幕孔进行单孔灌浆设计，必要时在浆液中掺入水泥重量2%的水玻璃，以达到快速凝固的目的。
    b．注浆孔。
    注浆前先用清水冲洗，再用浓度分别为: 1∶ 1． 0，1∶ 1． 1，1∶ 1． 2的浆液先稀后稠灌注。依据成孔过程中提供的工程地质信息( 岩芯破碎程度、循环液漏失量、掉钻等现象) 进行单孔灌浆设计，采用水泥粉煤灰浆液一次灌浆结束的施工方案。
    3． 6 质量检查
    在采空区治理施工结束6 个月后，进行了采空区处治效果的检测工程。检测位置由监理工程师根据灌浆实际施工具体确定或考虑布置有代表性的采空区位置，一般情况下注浆质量检测位置应分布在有疑点的部位。本合同段检查孔共计2 185 m。采用钻探取芯法进行工程质量检测，检查孔深度为地表至采空区底板的深度。
    4 ·结语
    本标段施工任务处在村庄附近，受地方干扰严重，为此我们成立了地方协调工作小组，制定了相应的安全生产和文明施工制度，从村民的切身利益出发，把安全生产与文明施工贯穿到整个施工过程中，得到了村民的理解和支持，施工过程比较顺利。采空区治理工程施工项目繁多，施工工序复杂，工序间相关性强，不易进行分项工程的平行作业。治理工程能否保质保量的按期竣工，关键在于前期准备工作的充分程度和钻探成孔速度与注浆速度的合理匹配。为保证质量，我们建立由项目经理、技术负责人、质检工程师组织的项目质量管理体系，充分发挥三级质检体系的智能，制定详细的质量管理责任制，明确各级责任; 实行项目经理管理制，加强政治思想教育工作，充分调动全体员工的积极性，把保质量、保工期完成任务与经济效益结合起来，做到奖罚分明; 为了保证工期，我们精心组织、科学管理、投入良好的机械配备和具有丰富经验的技术管理人员以及有丰富施工经验、整体素质高、技术力量强、人员稳定、经济实力雄厚的施工队伍进行施工。本合同段的采空治理工程的质量、进度、安全、环保等方面都达到了比较满意的效果。
    高速工程采空区治理已经得到高度重视，在施工中往往会出现与设计不符的特殊地质，其工程量会大大超出设计范围，整个施工过程中，我们要做好旁站工作，填写好各种原始记录，留有相关的隐蔽工程资料，切实记录工程量，真实做好变更计量工作。