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基于高速公路采空区处治设计的探析 摘要：随着我国国民经济的快速发展，公路建设方兴未艾，但由于矿产资源的采掘仍在持续地发展中，采空区面积也在不断的增加。采空区作为一种特殊的地质病害，具有隐蔽性强和处治费用高的特点，公路建设不可避免要遭遇这一问题。空区作为一种特殊地质病害，对公路建设的方案、造价以及运营安全影响较大。本文结合工程实例，介绍了采空区的埋深及其特征，并提出了相应的处治措施，供类似工程参考和借鉴。 关键词：高速公路 采空区处治 工程设计 1.工程论述 某高速公路位于山西省中东部，太行山西麓。由于长期的侵蚀和剥蚀作用，地形起伏较大，沟谷纵横，地形条件复杂，总体趋势西北高东南低，呈阶梯状，倾斜坡度150左右。最高点海拔1 339．5 m，最低点海拔522．5 m，相对高差817 m。路线范围内的采空区分布于黄土覆盖中～低山区和冲洪积山间平原区，有铝土矿采空区和煤矿采空区两种情况。 铝土矿采空区长度3 910 m，面积约160 km2，空洞体积55 km3。铝土矿采空区共有12个区段，地层岩性为第四系上中更新统(Q2+a)亚黏土，厚度0～15 m；石炭系中统本溪组(C2b)灰岩及泥岩和铝土矿层，矿层直接顶板为泥岩，直接底板为铁红色泥岩，岩层倾角为20～80。沿线地表可见320个铝土矿井口，巷道最长150 m，宽0．9～7．0 m，高1．0～4．0 m，开拓方式为平硐、斜井和竖井，开采年限1958年至今，巷道式开采，采厚为1．5～2．5 m，开采深度为7～30 m，采空区位于设计标高下0～40 m，回采率为20％。 煤矿采空区长度370 m，空洞体积约32 km3，地层岩性为第四系上中更新统(Q2+a)亚黏土、石炭系上统太原组泥岩、砂质泥岩、灰岩和煤层。采厚为2．5 m，埋深为20～60 m，平均埋深50 m，房柱式开采，回采率为30％。 2、采空区处治设计的原则 采空区经处治后，地基能有效地承受公路和车辆荷载，地基变形能满足公路工程对地基稳定性的要求，不产生破坏和影响公路工程正常使用，保证公路安全营运。 3、采空区处治范围的确定原则 采空区处治范围包括采空区处治长度和采空区宽度。处治长度是以采空塌陷区沿路线延伸方向的边界为起点所确定的长度，处治宽度为围护边界外侧向两侧经计算所确定的边界宽度。通过计算，铝土矿采空区处治宽度为路线中心线两侧各23～25 m；煤矿采空区处治宽度为路线中心线两侧各50 m。 4、采空区处治方案的选择 根据采空区特征，铝土矿采空区采用换填法、井下巷道(干)浆砌法和全充填压力注浆法处治；煤矿采空区采用全充填压力注浆法处治。 4．1换填法设计 适用于埋深0～6 m铝土矿巷道式采空区，采用挖除或换填法进行地基处理。该项目地表为全～中风化的浅灰色泥岩、细砂岩和铝土矿渣，成分复杂，需将其从地表清除或整平，换垫砂砾石，然后采用机械碾压。垫层的分层铺筑厚度为200～300 mm。每压完一层，用密实度或压实系数等参数进行质量控制和质量检验。 4．2井下巷道(于)浆砌片石设计 巷道位于设计标高以下6 m，为未塌落的空洞，在保证安全的情况下，直接在井下巷道内采用(干)浆砌片石，对其上覆岩层起直接支撑作用，阻止上覆岩层的进一步冒落，防止因冒落而引起的地面沉陷 变形，以保证路基的稳定。浆砌采用M7．5水泥砂浆砌Mu30片石。此方案优点是：费用低，处治针对性强；缺点是：井下施工难度较大。铝土矿及煤矿部分废弃巷道均可采用此方法。 4．3全充填压力注浆设计 在地表施工钻孔，钻孔深度达到采空区底板，将注浆管密封在煤矿采空区上覆岩层中，采用泥浆泵，将浆液注入煤矿采空塌陷区和其上覆的岩层裂隙带中，浆液的结石体阻止上覆岩层及地表的进一步变 形，从而达到治理采空区之目的。此方案优点是：施工简单、安全可靠、经济合理；缺点是：施工周期长，材料用量较大。 4．3．1注浆孔设计 注浆孔包含帷幕孔和注浆孔，设计深度为开孔至采空区底板以下1 m，注浆管长度为地面之上1 m至完整基岩下6．0 m处的深度。 帷幕孔为公路轴线两侧最边缘一排孔，铝土矿采空区帷幕孔距15m，煤矿采空区帷幕孔距20 m。铝土矿采空区注浆孔在路基设计中心线上布设一排钻孔，孔距为15 m；路基设计中心线外侧20 m布设钻孔，孔距15 m，梅花型布设。煤矿采空区注浆孔在路基设计中心线上布设一排钻孔，孔距为20 m；路基设计中心线外侧20 m布设钻孔，孔距20 m，梅花型布设。 4．3．2浆液配合比设计 参照采空区处治经验，确定浆液为水泥粉煤灰浆，其水固比为1：1．2～1：1．0。水泥占固相的15％～30％，粉煤灰占固相的70％～85％。帷幕孔根据具体情况，采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量2％的速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，以形成帷幕，防止浆液流失。采空区治理的标准应视所处