高等級公路路基下伏空洞處治原理

一、處治方案設計原則

路基下伏空洞的處理，涉及到空洞的類型，形成背景，工程地質、水文地質條件等方面的因素，因此，目前很難有統一的空洞處理原則，只能根據空洞處理工程的具體情況，采用合理的穩定性評價方法對處理設計方案中需要達到的要求進行計算分析、評價，以此來確定該空洞設計原則。無論空洞具體情況如何，設計時均必須遵循理論合理、安全經濟、并具有可操作性的原則。

二、處治方案設計要求

路基下伏空洞處治的設計需遵循以下要求：

1、對于閉礦5年以上，埋深在110-150m，且采厚比大于40，煤層傾角不大于30度的壁式開采全冒頂管理的老采空區和回采率小于30%，閉礦達5年以上，采深大于110-150m，或采深采厚比大于40的小煤窯，均認為地基穩定，不予處理。

對于不符合上述情況的采空區，需先進性穩定性評價，然后決定是否需要處治。我公司對該類采空區的處治提出了如下設計標準：

1）采空區處治后，無論地基的穩定性，還是承載力，均應和其他無采空區路段一樣，完全滿足公路工程施工要求，且保證在公路使用年限內，不發生破壞；

2）在已處治的范圍內打工程質量檢查孔，取巖心做抗壓試驗，要求其強度不小于0.2MPa；

3）當用彈性波深井檢測時，要求處治后的受灌層的平均剪切波速≥160m/s。

處治設計的輔助標準：

1）采空區灌漿處理后，要求空洞的充填率T≥75%；

2）用其他有效物探方法檢測同一測點上灌漿前后的受灌層物性特征，要求90%以上的測點物性產生明顯變化。

2、對于不符合上述1、所規定的公路下伏采空區，要根據勘察成果及穩定性定量評價結果進行處理方案設計，并預測處理后的效果，提出處理設計要求，如處理段空洞裂隙填充率、充填體的強度指標等。然后用適當的穩定性評價方法，對擬處理的采空區地基進行驗算，若滿足以下條件，則認為處理標準合理，否則需重新調整處理設計指標，直至滿足下列條件。

1）剩余變形量

地表傾斜值     L_傾=3—10mm/m

地表曲率       L_曲=0.2—0.6×10^-3/m

水平變形       L_水=2—6mm/m

上述各式中，最大值適用于一般路段的下伏空洞，最小值適用于有橋梁或其他過路構造物的下伏空洞。

2）煤柱安全系數

K=F/N=2.0—3.0

式中，F——煤柱的極限承載力；

N——單位煤柱分擔的實際荷載集度。

三、采空區灌漿范圍的確定

灌漿范圍包括平面上的處理的長度（沿公路軸線方向）和寬度（垂直公路軸線方向），在垂向上確定灌漿深度和灌漿段的高度。灌漿范圍與空洞的分布、埋藏深度、上覆巖性及路基的類型（挖方、填方）因素相關。目前還缺乏可靠的理論計算灌漿寬度范圍，我公司通過大量試驗，并參照鐵路工程有關方面的規定，采用應力擴散角法確定處理寬度范圍。經驗公式如下：

B’=B’₁+B’₂

B’₁=B/2+H₁tgθ+b+c

B’₂=B/2+H₂tgθ+b+c

式中，B’——灌漿的寬度（m）；

B’₁、B’₂——分別為公路左右幅處理寬度（m）；

B——路基設計寬度（m）；

H₁ 、H₂——路基左右幅底部兩端到空洞底板的高度（m）；

θ——壓力擴散角，取22^○—30^○，對于基巖取22^○，對于碎石、砂礫層取30^○；

b——挖填方路基的護坡寬度（m）；

c——挖填方路基外圍護帶寬度（m），一般區5—10m。

灌漿深度為勘察查明的采礦深度（m），灌漿高度為空洞底板到裂隙帶頂部之間的高度（m）。灌漿處理線長度為空洞沿中軸線方向延伸的最大長度（m）和按應力擴散角法計算的延伸長度之和。即

L’=L+ H₁tgθ+ H₂tgθ

式中，L’——灌漿的處理長度（m）；

L——空洞沿路線洲線延伸長度；

其余式同前。

四、采空區灌漿孔的布設

灌漿孔布設在采空區對公路路基產生影響的范圍內，為保證路基主體的長期穩定，路基范圍內的孔間距一般為10—12m，均勻布設；路基兩側保護帶寬度范圍為治理工程的輔助部位，孔間距一般為20—25m，均勻布設。在灌漿處理地段的邊緣容易產生漿液流失的地段，布設帷幕灌漿孔，其間距一般為10—15m。