公路采空区注浆质量工后检测技术研究进展_刘亚明.pdf

公路 年月第期 基金项目：国家自然科学基金面上项目，项目编号 ；山西交通控股集团有限公司科技项目，项目编号 ；山西交通控股集团有限公司重点研发科技项目，项目编号 收稿日期：文章编号：（）中图分类号：文献标识码：公路采空区注浆质量工后检测技术研究进展刘亚明，孔繁盛，陈朋（山西省交通科技研发有限公司太原市 ；山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司）太原市 ）摘要：注浆质量工后检测是合理评价公路采空区处治效果及场地稳定性的关键技术，对穿越采空区公路建设具有重要的现实意义。结合大量工程实践、公路行业标准和其他采空区标准中对采空区注浆质量工后检测的要求以及大量学者的研究成果，对目前公路采空区注浆质量工后检测过程中面临的具体问题进行了总结、探讨，并提出了优化解决方案。结果表明：在结石体强度测试中，应对点荷载试验和无侧限抗压强度试验结果之间的换算系数进行修正；在压浆检测中，压浆管长度以穿过松散覆盖层进入稳定基岩为准，且压浆试验所用浆液采用处治施工原配比；建议将充填率检测作为公路采空区基本检测项目，且至少采用钻探、孔内电视和压浆检测种方法中的两种对充填率进行综合评判；建议公路采空区注浆质量工后检测时间为注浆结束后个月。关键词：公路工程；采空区；注浆；检测公路采空区注浆处治属于隐蔽工程，对它的质量控制一直是一个难题。自太旧高速公路采空区注浆处治以来，我国高等级公路采空区注浆工后质量检测已经走过近 年的历程，逐步形成了专著、地方手册和行业细则。与此同时，其他行业在重大工程建设下伏采空区注浆治理和检测技术领域也取得了丰富的成果，先后形成了国标和团标，。但在公路采空区的检测工作中，仍存在检测项目测试困难、实施要点不明确、测试方法不严谨等一系列问题。出现问题时，公路采空区从业人员往往借鉴国标、团标和学者的公开研究成果 开展工作。此时，又存在合格标准不统一、检测方法的可实施性和适用性不明确等问题。本文基于公路采空区注浆处治工后检测面临的问题，以公路行业标准为主线，探讨现行其他标准、最新研究成果在公路行业的适用性，以期为公路采空区注浆处治工后质 量 检测 提 供 一定的 指导和启发。公路采空区注浆质量工后检测的传承与进步 世纪 年代初，针对我国第一条穿越采空区高速公路 太旧高速公路，山西省交通运输厅组织开展了“高等级公路路基下伏空洞的危害程度勘察、处治及质量检验技术研究”科研课题相关工作，课题成果在多条高速公路中得到了运用，并据此形成了 高等级公路下伏空洞勘探、危害性评价及处治研究报告集（以下简称 专著）和 高速公路采空区（空洞）勘察设计与施工治理手册（以下简称 手册）。年，山西省交通规划勘察设计院在公路采空区方面持续实践，并在全面总结太旧高速公路采空区处治后我国近 年来采空区公路工程经验的基础上，主编了我国采空区处治领域的第一部行业规范 采空区公路设计与施工技术细则（）（以下简称 细则）。细则 从此成为了公路采空区作业人员在开展采空区注浆质量工后检测工作时唯一依据标准。细则 的采空区注浆工后检测指标在 手册 的基础上，主要发生了个变化：（）将检测指标进行了优化调整；（）合格标准大幅提高，且分类原则发生变化；（）检测项目中对公路构筑物中路基和桥隧进行了区分。具体见表和表。表 细则 与 手册 检测规定对照规范检测项目检测方法合格标准桥梁隧道高速公路一级公路二级公路 手册结石体抗压强度 充填率单位压水量（）孔内弹性波（）变形观测倾斜值（）竖曲率（）水平变形（）室内测试钻孔检测压水试验物探检测地表变形观测 细则结石体无侧限抗压强度 横波波速（）注浆量（）倾斜值（）水平变形值（）曲率值（）观测、描述钻孔取芯孔内波速测井注浆检测变形检测充填率、岩芯描述、孔内电视桥隧 ；路基 路基 ；桥隧 注浆结束条件为单位时间注入孔内浆液量小于 ，注浆持续时间为 ，终孔压力为。当浆液的注入量超过处治单孔平均注浆量的时，应查明原因。采空区冒落段岩芯采取率大于或等于，浆液结石体明显，钻进过程中循环液无漏失等。注：细则 中项和项为路基检测项目；项、项、项、项为桥梁和隧道检测项目；项为描述性参照评价项目。表 细则 与 手册 检测指标对比 细则 中检测指标与 手册 中检测指标差异结石体无侧限抗压强度保留 手册 中指标，但大幅提高了合格标准，仅以公路构筑物类型划分不同合格标准，取消 手册 中按道路等级划分合格标准的方法。横波波速对 手册 中指标进行了优化，把孔内弹性波明确为横波波速，大幅提高了合格标准，仅以公路构筑物类型划分不同合格标准，取消 手册 中按道路等级划分合格标准的方法。注浆量对 手册 中指标进行了优化，将压水试验改成了压浆试验，合格标准进行了细化和提高，对单位时间注浆量、注浆持续时间、终孔压力及注浆量的限值进行了详细的规定。变形检测保留 手册 中指标，但将合格标准进行了提高，统一按 手册 中桥隧的合格标准进行了规定。观测、描述对 手册 中指标进行了调整，将 手册 中的充填率放到了观测、描述中，并对采空区冒落段岩芯采取率、浆液结石体情况、钻进过程中循环液漏失情况进行了描述规定，将岩芯描述和孔内电视作为观测、描述的检测方法。细则 与其他采空区标准检测要求对比随着我国基础设施建设的持续进行，在煤炭资源富集地区，越来越多的工业与民用建筑无法避让采空区。年，中国煤炭建设协会主编、住房和城乡建设部发布了国家标准 煤矿采空区建（构）筑物地基处理技术规范（）（以下简称 国标）。国标 中采空区灌注充填法设计施工检测指标主要包括：结石体抗压强度、充填系数、横波波速和变形监测的个指标（倾斜值、水平变形值、曲率值）共个指标。与 细则 相比，国标 中将公路采空区检测中的检测项目压浆试验放到了充填系数的检测方法中，且对充填系数的合格标准规定为，横波波速合格标准要求为 。年和 年，由中国地质灾害防治工程行业协会提出，中煤科工集团西安研究院有限公司主编的团体标准 采空区塌陷防治工程设计规范（试行）（）（以下简称 设计团标）和 采空区塌陷防治工程施工规范（试行）（）（以下简称 施工团标）分别发布。这两项团标 公路 年第期 年第期刘亚明等：公路采空区注浆质量工后检测技术研究进展全面总结了煤炭行业多年以来在采空区治理方面的理论和实践。在 细则 和 国标 的基础上，两项团标对检测指标和检测方法进行了更具操作性的规定。设计团标 中将岩芯采取率、结石体无侧限抗压强度、横波波速、钻孔描述与孔壁完整性作为基本检测项目，将电阻率和变形监测的个指标（倾斜值、水平变形值、曲率值）作为辅助检测项目。其中，岩芯采取率的合格标准为，相比 细则 大幅降低；结石体无侧限抗压强度、横波波速根据 设计团标 确定的防治工程等级进行了规定，在数值上与 细则 一致。施工团标 将钻孔过程观测与描述、结石体无侧限抗压强度、横波波速、孔内压浆灌注量和变形监测的个指标（倾斜值、水平变形值、曲率值）作为检测项目，各检测项目合格标准与 设计团标 和 细则 保持一致。表其他采空区标准检测规定对照规范检测项目检测方法合格标准 国标结石体抗压强度 充填系数横波波速（）倾斜值（）水平变形值（）曲率值（）钻探、室内试验甲乙类地基不应小于 ，丙类地基不应小于 。孔内电视、开挖、压浆试验 孔内波速（跨孔 ）变形监测应符合本规范第 条的规定（关于不同地基处理设计等级对下沉速率、水平变形值和倾斜值的要求）。设计团标岩芯采取率结石体无侧限抗压强度 横波波速（）钻探描述与孔壁完整性电阻率倾斜值（）水平变形值（）曲率值（）钻探 钻探、室内试验防治工程等级为、级不应小于 ，防治工程等级为、级不应小于 。孔内波速（跨孔）防治工程等级为、级不应小于 ，防治工程等级为、级不应小于 。钻探、岩芯描述、孔内电视钻进过程中无掉钻、循环液漏失、孔口吹吸风等钻探异常现象，采空区冒落段浆液结石体明显，孔壁完整，无明显裂隙。电法探测与工程治理前相比，工程治理后电阻率在充水采空塌陷区明显提高，在无水采空塌陷区明显降低。变形监测应符合设计要求。施工团标钻探过程观测与描述结石体无侧限抗压强度 横波波速（）灌注量（）倾斜值（）水平变形值（）曲率值（）钻探、岩芯描述、孔内电视采空区冒落段岩芯采取率大于，浆液结石体明显，钻进过程中无掉钻、卡转、孔口吹吸风、循环液漏失等钻探异常现象。钻探、室内试验防治工程等级为、级不应小于 ，防治工程等级为、级不应小于 。孔内波速（跨孔）防治工程等级为、级不应小于 ，防治工程等级为、级不应小于 。孔内压浆注浆压力达到设计结束压力后，单位时间注浆量应小于 ，且以持续时间超过 作为结束注浆控制标准。当浆液的注入量大于治理单孔平均注浆量的时，应查明原因。变形监测应符 合 采 空 区 塌 陷 防 治 工 程 设 计 规 范（）条规定的防治工程实施后的地表、。注：设计团标 中项为基本检测项目，项为辅助检测项目。公路采空区注浆质量工后检测要求的探讨与优选由于采空区注浆的隐蔽性和复杂性，单一的检测方法很难判断采空区处治效果的优劣，对采空区注浆进行全面的工后质量检测是控制采空区处治效果的有效方法。目前，手册、国标 和两项团标等现行规范和标准中检测指标均以结石体无侧限抗压强度、横波波速、变形指标和充填率等作为主要检测项目。此外，各标准在检测项目上又各具一定特色。下面结合目前公路采空区注浆质量工后检测过程中面临的具体问题，对检测项目和检测方法进行探讨与优选。结石体强度测试在实际检测过程中，钻孔采取的部分结石体不具备做室内无侧限抗压强度的尺寸要求，一些学者在采空区检测实践中采用点荷载试验对结石体的无侧限抗压强度进行换算。但根据现场实践情况，点荷载在采空区浆液结石体的强度换算值明显偏大，在实际操作中适用性不强。针对此问题，可在室内对浆液结石体同时开展无侧限抗压强度试验和点荷载试验，通过对比试验结果，对两个试验之间的换算系数进行修正，以达到点荷载强度试验结果可准确反映结石体无侧限抗压强度的效果。压浆检测压浆试验作为采空区检测中的重要试验，除 国标 将其作为检测充填系数的一个方法进行规定外，其余规范均将其作为一个检测项目单独规定。压浆试验在公路采空区检测中主要存在两个问题：（）压浆管长度的设置；（）压浆浆液配比。根据现场实践建议压浆管长度以穿过松散覆盖层进入稳定基岩为准，以保证压浆效果，防止浆液在松散覆盖层劈裂地层流失，提高压浆试验的准确性。细则 中建议采用纯水泥浆液进行压浆试验，公路采空区从业人员均按此执行，而 国标 和两本团标推荐采用与灌注施工相同的压浆浆液配比。结合现场实践和其他学者研究成果，建议在压浆试验中采用处治施工原配比。充填率检测 细则 中目前将充填率作为参照评价项目，而 国标 中将其作为检测项目。采空区注浆处治以充填采空区及其覆岩中的空洞和裂隙为主，对材料的细度、强度要求相对较低，主要以充填式注浆为目的，因此，充填率是评价采空区处治效果的重要指标，建议将其作为公路采空区基本检测项目。此外，目前在现场检测过程中，钻探施工的工艺规范性较差，实际钻进回次往往无法达到判断采芯率的要求，建议严格控制钻探标准，在条件允许的情况下，尽量在注浆段附近采用双管单动工艺，以保证钻探质量。在判断充填率时，建议至少采用钻探、孔内电视和压浆检测种方法中的两种，对充填率进行综合评判。工后检测时间 细则 中要求工后检测时间为注浆处治结束后个月，而 国标 和两项团标均建议检测时间为注浆处治结束后个月。个月的时间间隔要求主要是考虑到地质条件复杂的采空区，而通风、基本无积水等条件相对较好的采空区，浆液结石体强度在个月的时间可达到设计要求。细则 中的规定比较保守，建议公路采空区注浆处治工程在注浆结束后个月开展采空区注浆的工后质量检测。结语（）公路采空区注浆处治工后质量检测作为重要的隐蔽工程检测，从 世纪 年代开始至今，经历了从 专著、手册 到 细则 的技术传承与进步。（）从 手册 到 细则，再到 国标 和两项团标，采空区注浆质量工后检测的指标均以结石体无侧限抗压强度、横波波速、变形指标和充填率等作为主要检测项目，但在合格标准和检测方法上存在一定差异。（）公路采空区注浆质量工后检测在结石体强度测试、压浆检测、充填率检测和工