采空区治理方案(9-8)

河北省邯郸市富汇豪庭住宅小区采空区治理方案设计中国煤炭地质总局华盛水文地质勘察工程公司岩土工程公司2013年9月1河北省邯郸市富汇豪庭住宅小区采空区治理方案设计一、前言邯郸市卓峰房地产开发有限公司拟建的富汇豪庭住宅小区项目位于邯郸市峰峰矿区彭城镇滏阳西路北侧，原邯郸市第四陶瓷厂。在该项目进行岩土工程勘察过程中，发现部分楼基下部存在空洞。根据河北君恒岩土工程有限公司2013年5月完成的物探结果显示，在拟建区内有八处采空区，二处异常区，深度绝大多数都在20米以下，超过基坑的开挖深度（约12米）。对高层建筑基础的施工以及后期安全构成严重影响，所以必须对其进行注浆加固处理。根据富汇豪庭住宅小区项目实际情况，参考以往的成功经验，经综合比较，本治理方案采用了全充填压力注浆法治理方案。该方案的特点是施工简便，安全度高。其具体方案是在地表打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及其上覆岩体裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时采空区的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，保证建筑物地基稳定。二、设计依据1.《邯郸市卓峰房地产开发有限公司富汇豪庭项目1-3#楼、7-16#楼、18-20#楼及地下车库岩土工程勘察报告》（）2.《邯郸市峰峰矿区彭城镇富汇豪庭小区采空区综合物探报告》2（河北君恒岩土工程有限公司2013.5）3.《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB/T175—1999）4.《岩土工程勘察规范》GB50021－20025.《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)6.《注浆技术规程》（YSJ211-92）三、采空区治理范围的确定原则依照富汇豪庭住宅小区项目规划区内采空区的分布形态，除采1面积较大需进行边界帷幕注浆外，其余采空面积均较小，以各采空区形成的自然边界为界进行区内充填注浆。采1区的边界帷幕孔距建筑边界间要留有20米围护带（规定为20m），详见治理工程平面布置图。四、灌浆孔设计采空区灌浆孔的设计深度为开孔至采空区底板以下1m，上部约10m的松散覆盖层要用套管加以隔离，开孔φ127，钻至进入完整基岩1m下φ100隔离套管并用水泥浆固管。隔离套管固管完成后，变径φ75继续钻至采空区底板下1m终孔。灌浆孔的灌注长度为最上部完整基岩下6m至灌浆孔底板的深度，注浆管的长度为地面之上1m至完整基岩下6m处深度。孔口管与注浆管采用法兰连接，孔口封闭注浆。为加强孔口封闭效果，在距注浆管下端6m处安装φ90封闭压盖，使压盖搁置于钻孔变径处，并在压盖至孔口段填埋细沙或粉土等止浆材料。（见注浆钻孔结构示意图）1、帷幕孔布设3为了防止采1区在压力注浆过程中浆液向本规划区外蔓延较多，为此在采1区的西侧距建筑边线20m布设帷幕注浆孔一排，共计13个，孔距6m。2、注浆孔布设因本加固区域内有采空区的成因较为复杂，既有近代小煤窑挖掘后所形成的较深采空区，也有浅部被废弃的陶瓷窑，部分空洞被填土（7-3层）充填，土层内还有人为挖土所致的空洞。比较而言，采空区年限长的跨落较充分，孔洞少而裂隙发育，勘察时虽有部分钻孔探到空洞但都不大，大多在1.5m以内，不利于浆液渗入，扩散半径小，所以注浆孔间距不能过大，本次设计注浆孔间距12m。钻孔分布统计表类型分布位置面积（m2）注浆孔数深度（m）延米数（m）采空区采111、13号楼附近5267.72930870采220号楼附近1200825200采418号楼附近1550632192采514号楼附近18501526390采612号楼附近800640240采72、3号楼附近24002530750采86号楼附近300026481248小计16067.71153890异常区异常11号楼及以北地带10001332416帷幕注浆孔1330390合计17067.71414696五、浆液配合比设计注浆液为水泥粉煤灰浆，其水固比为1:1.4～1:1.0，水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%。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的1～3%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。若遇到空洞等吃浆量很大时，可适量填入细沙等骨料，减少浆液流失。4六、采空区注浆量设计1、采空区剩余空隙体积计算采空区剩余空隙体积为治理范围内的矿层体积乘以采出率，并扣除采空区因顶板垮落而已形成的变形。本项目采空区剩余空隙率取40%。立柱式开采一般回采率40%（回采率应根据实际情况做相应调整，对处理区内做详细调查）。以此，计算得空隙体积为△V=3277m3。2、注浆浆液的结石率按80%计算，浆液对采空区及上覆岩层中的裂隙、裂缝和充填率要求为75%。考虑到在注浆过程中浆液损失，注浆量按下式计算比较合理：Q总=N△Vη/c(m3)式中：N——浆液损耗系数；取1.2△V——空隙体积；m3η——充填率75%；c——浆液结石率80%。Q总=1.2×3277×0.75/0.8=3687m3七、技术参数1.钻孔结构（见图7-1）2.注浆压力P=Pt+PoP——注浆工作压力（MPa）Pt——最深注浆层位水头压力（MPa）Po——管路损失压力（MPa）一般取0.5MPaP=0.42-0,11+0.5=0.81（MPa）5故本次注浆压力取1MPa3.孔口管耐压试验孔口管埋设深度不小于6m，并用水泥浆固结，孔口管固结24小时后进行孔口密封耐压试验，试验压力为工作压力的2倍，试压20分钟以上无侧漏及松动为合格。φ130mmφ100mmφ75mm10m1m1m5m1m图7-1钻孔结构图4．注浆管每个注浆孔需下入φ25注浆管，注浆管下入深度为注浆层位下1m，在孔口管变径处做封闭处理(见钻孔结构图)。5．注浆结束标准6在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当孔口注浆压力在1～2MPa，泵量在70～100L/min稳定10～15min时，可作为注浆孔施工的结束标准。八、施工工艺1.工艺原则鉴于本工程最深钻孔深度已超过40m，所以选用XYC-3型车载钻机为好，泥浆回转钻进成孔，下注浆管，然后浇筑孔口管。由于需处理的区域都较小，前期勘察中物探与钻探结果又存在差异，所以，还需要在治理过程中进一步查实、验证。根据以往的施工经验，我们建议：除采空1、采空6需先进行边界帷幕注浆外，其余处理区域都从各区域的中心向外呈发散式钻孔、注浆施工。这样可以缩短治理周期，也不会漏掉应该重点处理的部位。可在个采空区施工1～2个勘查注浆钻孔，进一步查明落实采空区分布情况。治理区域边界的确定可根据钻孔过程中和注浆前的压水实验确定，没有掉钻、漏浆也压水不入的钻孔可确定为治理边界。2．帷幕孔施工工艺帷幕孔注浆的目的是在采空区快速形成一座帷幕墙，防止浆液流向治理区域以外，造成浪费。一般采取在水泥浆液中添加速凝剂，以加快帷幕墙的形成。本工程采用在水泥浆液中按水泥重量的3%添加。如空洞或冒落带的空隙较大，适当灌一部分石屑、细沙，但不能超过空洞高度的三分之二，然后灌入水灰比大于1：1.8的稠浆。3.注浆孔施工次序为减少窜孔，充分发挥各个注浆孔的作用，应间隔1至2个孔施工。为了降低地下采空区内的水、汽对注浆效果的影响，必须有两个以上成孔才能进行注浆施工。注浆施工工程中要密切观察周围的成孔7是否有跑浆、漏水、漏气的现象，以及时判断其浆液的扩散范围和方向。若发现有临近钻孔发生跑浆现象，立即停止在该注浆孔注浆，关闭该孔注浆孔孔口阀门，改由出浆孔继续注浆，直至各孔均完成注浆。水泥粉煤灰浆液中可加入0.5～1%水泥重量膨胀剂，以加强充填效果，但决不可超量，以免影响充填强度。4.工艺流程8图8-1采空区钻孔注浆总体流程施工准备测定点位帷幕孔钻孔浇筑孔口管帷幕孔注浆注浆孔钻孔浇筑孔口管质量检查钻机定位拌制水泥浆9合格图8-2钻孔施工工艺流程施工准备全站仪定孔位座标钻孔定位熟悉钻孔柱状图施工钻进地质编录下φ100套管固定套管变径钻进取岩芯钻孔测斜验收下注浆管浇筑孔口管提交原始资料熟悉钻孔柱状图10图8-3帷幕孔注浆施工工艺流程冲洗孔壁注浆管安装砂浆泵安装浆材配料浆液搅拌浆液泵送注浆统计、记录间歇注浆统计、记录注浆结束统计、记录移至下一孔11图8-4注浆孔注浆施工工艺流程九、质量检验1.钻孔取芯法施工结束7天后，在注浆孔间布置2～3%质量自检孔，且每个注冲洗孔壁、压水试验配料、计量一次水泥搅拌（5分钟）一次粉煤灰搅拌（5分钟）二次搅拌制浆（搅拌10分钟）计量浆液抽检注浆孔口观察记录或间歇注浆孔口观察验收终止注浆起拔注浆管清洗管路封孔移至下一孔12浆区域不得少于1孔，钻孔取芯具体标准按照《工程地质钻探标准》（CECS240：2008）执行，检查孔岩芯见水泥结实体，基本填满可注裂隙，水泥结实体单轴抗压强度≥2MPa，视注浆施工合格。2.压水试验施工结束后，在注浆孔间布置质量检测钻孔，孔数为注浆孔总数的2%，且每个注浆区域不得少于1孔，压水试验具体方法参照《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）执行，测定的渗透系数小于注浆施工前的1/10，视注浆施工合格。3.聘请有资质的第三方的注浆质量检测单位检测，进行电法二次物探，与注浆前物探结果对照，检验注浆效果，看还有无空洞存在。十、机具设备表9-1机具设备序号设备名称规格型号单位数量1车载钻机XYC-3台22注浆泵BW-250/50台43搅拌机1m3台24发电机（备用）100KV台15农用自卸车5T台213十一、劳动组织表9-2劳动组织序号工种人数工作内容1安全员1钻孔成孔2质检员23钻机机长64电工15钻工126汽车司机27司泵6注浆8普工18总人数48十二、设计工程量估算1、帷幕孔和注浆孔共144个，平均孔深33.3m。检查孔8个，钻探总进尺约5122m，铸孔口管长度约1728m，注浆管约2880m。2、采空区治理8处，面积17067.7m2。3、材料统计：注浆材料统计表总注浆量材料体积（m3）重量（t）3686.6粉煤灰1004.11706.9水2436.92436.9水泥243.7731.014浆液配合比设计表水固比固相比水：水泥：粉煤灰每方浆液所需材料（kg）水水泥粉煤灰1:13:7661：198：463661198463钻孔材料统计表管材规格型号单位数量孔口管φ100m1728注浆管φ25m2880法兰φ100个155阀门φ25个133