CN103572680B - 煤矿采空区的公路路基填筑施工方法 - Google Patents

Abstract

一种煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于包括以下步骤：a公路路基状况的观测分析和路基填筑工艺判别，b公路路基跨越采空区的路基填筑措施和c采空区在公路路基两侧的路基填筑措施。本发明的煤矿采空区公路路基填筑施工方法具有施工步骤设计合理、操作简单和保证路基稳定性，避免通车后道路出现裂缝、跳车甚至坍塌现象的优点。

Description

煤矿采空区的公路路基填筑施工方法

技术领域

本发明涉及一种公路路基填筑施工方法，具体地说，是一种煤矿采空区的公路路基填筑施工方法。

背景技术

在煤矿开采后，地下会留下采空区，采空区的垮塌会造成地面下沉、裂缝，毁坏耕地、建筑物等设施，破坏生态环境。随着矿产资源的不断开采，地下采空区是工程建设的一大隐患，采空区问题作为公路工程建设的不良地质问题已越来越突出。公路下伏煤矿采空区由于深埋地下松散沉积物覆盖，再加之很多地区煤矿开采的无序，大多数煤矿采空区的埋藏情况不明，对公路建设存在很大的危害。国内在采空塌陷危害性评价及治理加固技术方面己经积累了一些理论和实践经验，但下伏煤矿采空区的公路路基填筑提前预测及处理还处于不成熟的阶段。对于路基跨越采空区或采空区影响范围的路段，尤其对于路基跨越基岩顶板厚度60m<d<100m的薄岩板采空区，如若不提前预测可能出现的裂缝及台阶发展走势线路、地表沉降和边坡滑移，待通车后出现病害再采取相应的处置措施，将大大增加修复维护费用和危害通车安全性。

因此已知的煤矿采空区的公路路基填筑及提前预测方面存在着上述种种不便和问题。

发明内容

本发明的目的，在于提出一种煤矿采空区的公路路基填筑施工方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于包括以下步骤：

a、公路路基状况的观测分析和路基填筑工艺判别，包含以下步骤：

(1)根据施工图纸，公路路基状况的观测分析，计算路基成型后作用在采空区顶板上的压力

Q＝G+2aR+(-2F)(1)

式中：Q为采空区单位长度顶板上所受的压力(t)，G为采空区单位长度顶板上岩层的总重量(t)，a为采空区宽度的1/2(m)，R为所修建公路对地基的单位压力(t/m²)，F为采空区单位长度侧壁的摩擦阻力(t)；

(2)当采空区单位长度顶板厚度H达到一定程度时，顶板上方岩层恰好能保持自然平衡而不塌陷，此时Q＝0，设其为H₀

式中：H₀为采空区单位长度顶板的厚度(m)，γ为采空区单位长度顶板上覆岩层的容重(t/m³)，a为采空区宽度的1/2(m)，R为所修建公路对地基的单位压力(t/m²)，为岩层的内摩擦角；

(3)预压荷载沉降值和水平移动值的观测

选择具有代表性的试验区段进行预压荷载地表动向观测，同时堆载预压以提前释放采空区沉降潜力，预压荷载大小为:

F＝2aR+T(3)

式中：F为预压荷载，a为采空区宽度的1/2(m)，R为所修建公路对地基的单位压力(t/m²)，T为假设通车后堵车状态下平均50吨/车的车辆荷载

在预压荷载过程中按左中右三点埋设沉降及水平移动观测点，同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率应小于等于2％，水平移动差值>3mm的百分率应小于等于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率应小于等于2％，避免由于采空区地表出现大裂缝和台阶状断裂而引起通车后路面纵横向裂缝的发生；各点沉降观测前3个月的累积沉降值>10mm的百分率应小于等于2％，避免通车后出现跳车和塌陷等现象；

(4)公路路基填筑工艺判别

1)当采空区H＞H₀时，地表稳定，不需要治理，但在路基填筑前进行预压荷载观测试验，根据观测试验结果采取具体的路基填筑措施；

2)当采空区H≤H₀时，地表不稳定，需先对地表进行帷慕孔注浆加固，帷慕孔注浆加固后再进行预压荷载观测试验，根据观测试验结果采取具体的路基填筑措施；

b、跨越采空区的公路路基填筑措施

当路基跨越采空区时，在路基范围内采空区预压荷载过程中，同一段预压段落的所有观测点中，当出现同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率大于2％，水平移动差值>3mm的百分率大于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率大于2％和各点沉降观测前3个月的累积沉降>10mm的百分率大于2％中的一种情况时，进行帷慕孔注浆处理，注浆后对路床进行填前碾压，压实度≥96％，在路床顶沿其裂缝及台阶发展走势线路两侧铺设钢塑性土工格室；

c、采空区在公路路基两侧的路基填筑措施

当采空区在路基两侧，在进行预压荷载沉降量和水平移动观测中，出现同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率大于2％，水平移动差值>3mm的百分率大于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率大于2％和各点沉降观测前3个月的累积沉降>10mm的百分率大于2％中的一种情况时，除进行传统的帷幕孔注浆加固地表外，采用锚索地梁框架结构进行边坡加固。

本发明的煤矿采空区的公路路基填筑施工方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

前述的方法，其中所述步骤a(3)中，试验区段的长度为≥200m。

前述的方法，其中所述步骤b中，钢塑性土工格室内充填物及其上部垫层为砂砾或碎石，上垫层厚度为20cm，砂砾或碎石最大粒径应小于6cm，碎石可采用当地挖方碎石。

前述的方法，其中所述步骤b中，在钢塑性土工格室铺设过程中，同时按50m×50m的间距布置沉降量和水平移动观测点，时刻掌握处理后的填筑效果，观测期为：

$t=\frac{\sqrt{2}Kn}{S}---\left(4\right)$

式中：t为观测周期(月)；n为水准测量平均误差(mm)；s为预压荷载时地表变形的月下沉量(mm/月)；k为系数。

前述的方法，其中所述步骤c中，锚索地梁框架结构按倾角30°斜向钻孔，锚索由4φ15.4mm高强度、低松弛预应力钢绞线制作而成，锚具采用XM15-4型，张拉力采用400KN，钻孔机械采用QZ100型潜孔钻机，采用自钻式锚杆以实现钻孔、注浆、锚固等过程的一体化施工。

采用上述技术方案后，本发明的煤矿采空区的公路路基填筑施工方法具有以下优点：

1、施工步骤设计合理、操作简单；

2、保证路基稳定性，避免通车后道路出现裂缝、跳车甚至坍塌的现象。

附图说明

图1为本发明实施例的土工格室设置示意图；

图2为本发明实施例的采空区在路基侧面的示意图；

图3为本发明实施例的锚索布置示意图。

图中：1路基，2土工格室，3采空区，4岩基，5锚索，AB为通过观测沉降量和水平移动值预测裂缝，C、D、E为处理范围。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。

本发明的煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于包括以下步骤：

a、公路路基状况的观测分析和路基填筑工艺判别，包含以下步骤：

(1)根据施工图纸，公路路基状况的观测分析，计算路基成型后作用在煤矿采空区顶板上的压力

Q＝G+2aR+(-2F)(1)

式中：Q为采空区单位长度顶板上所受的压力(t)，G为采空区单位长度顶板上岩层的总重量(t)，a为采空区宽度的1/2(m)，R为建筑物地基的单位压力(t/m²)，F为采空区单位长度侧壁的摩擦阻力(t)，为预压荷载；

(2)当临界深度H达到一定程度时，顶板上方岩层恰好能保持自然平衡而不塌陷，此时Q＝0，设其为H₀

式中：H₀为顶板的埋藏深度(m)，γ为顶板上覆岩层的容重(t/m³)，a为采空区宽度的1/2(m)，R为建筑物地基的单位压力(t/m²)，为岩层的内摩擦角；

(3)预压荷载沉降值和水平移动值的观测

选择具有代表性的试验区段进行预压荷载地表动向观测，试验区段的长度为200m，同时堆载预压以提前释放采空区沉降潜力，预压荷载大小为:

F＝2aR+T(3)

式中：F为预压荷载，a为采空区宽度的1/2(m)，R为所修建公路对地基的单位压力(t/m²)，T为假设通车后堵车状态下平均50吨/车的车辆荷载

在预压荷载过程中按左中右三点埋设沉降及水平移动观测点，同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率应小于等于2％，水平移动差值>3mm的百分率应小于等于2％，累积水平移动值>12mm的百分率应小于等于2％，避免由于采空区地表出现大裂缝和台阶状断裂而引起通车后路面纵横向裂缝的发生；沉降观测前3个月的累积沉降值>10mm的百分率应小于等于2％；

(4)公路路基填筑工艺判别

1)采空区在当H＞H₀，地表稳定，不需要治理，但在路基填筑前应进行预压荷载观测试验，根据观测情况采取具体的路基填筑施工技术；

按沉降观测相关要求，每月应观测3次以上，表1为唐山古冶外环路采空区预压荷载观测数据(每月取一组代表)：

表1唐山古冶外环路采空区预压荷载观测数据

垂直位移测量中变形点的高程误差为±1.0mm，相邻变形点的高差误差为±0.5mm，水平位移测量中变形点的点位误差为±6.0mm。采空区预压荷载过程中地面变形观测的项目一般为高程和坐标，如有特殊要求，可适当增加或减少观测项目。

2)当H≤H₀，地表不稳定，需要先进行治理，即对地表进行帷慕孔注浆加固处理，治理完成后再进行预压荷载观测试验，根据观测情况采取具体的路基填筑施工技术。

b、跨越采空区的公路路基填筑

图1为本发明实施例的土工格室设置示意图。当路基跨越采空区时，在路基范围内采空区预压荷载过程中，同一段预压段落的所有观测点中，当出现同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率大于2％，水平移动差值>3mm的百分率大于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率大于2％和各点沉降观测前3个月的累积沉降>10mm的百分率大于2％中的一种情况时，进行帷慕孔注浆处理，注浆后对路床进行填前碾压，压实度≥96％，沿其裂缝及台阶发展走势线路两侧铺设钢塑性土工格室；图1中AB为通过观测沉降量和水平移动值预测裂缝、台阶走向路径，沿路径铺设宽10m的钢塑性土工格室，左右侧各5米，采用TGLG-100-400-1.0土工格室，其技术参数按照GB/T19274-2003要求，土工格室高度为100mm，焊接间距400mm，要求片材厚度≥1.0mm，焊点剥离强度应≥100N/cm，格室片屈服强度≥20MPa。格室内充填物及其上部垫层为砂砾或碎石，上垫层厚度为20cm，砂砾或碎石最大粒径应小于6cm，碎石可采用当地挖方碎石。

钢塑性土工格室在铺设前，先把晾晒好的基底土进行整平后用22t振动压路机静压两遍，不平整的地方采用人工配合的方法进行整平。待上垫层填料平整后，再进行水平测量，防止填筑厚度不均匀，待抄平无误后用22t振动压路机静压四遍。利用土工格室夹铺在地表和路基中，在外力的作用下，室中的土柱形成嵌锁闭合又互相影响的群体，约束堤底的侧向位移，达到控制裂缝，提高路基整体性，稳定性的目的。在钢塑性土工格室铺设过程中，同时按50m×50m的间距布置沉降量和水平移动观测点，时刻掌握处理后的填筑效果，观测期为：

$t=\frac{\sqrt{2}Kn}{S}---\left(4\right)$

式中：t为观测周期(月)；n为水准测量平均误差(mm)；s为预压荷载时地表变形的月下沉量(mm/月)；k为系数(一般取2～3)。

c、采空区在公路路基两侧的路基填筑

图2为本发明实施例的采空区在路基侧面的示意图，图3为本发明实施例的锚索布置示意图。当采空区在路基两侧，在进行预压荷载沉降量和水平移动观测中，出现同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率大于2％，水平移动差值>3mm的百分率大于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率大于2％和各点沉降观测前3个月的累积沉降>10mm的百分率大于2％中的一种情况时，除进行传统的帷幕孔注浆加固地表外，采用锚索地梁框架结构进行边坡加固，图2中路基边坡CE范围内(∠COE＝2α)需采用锚索地梁框架结构进行边坡加固。锚索地梁框架结构按倾角30°斜向钻孔，锚索由4φ15.4mm高强度、低松弛预应力钢绞线制作而成，锚具采用XM15-4型，张拉力采用400KN，钻孔机械采用QZ100型潜孔钻机，采用自钻式锚杆以实现钻孔、注浆、锚固等过程的一体化施工。开钻前，应仔细检查空位、孔距和偏角，使钻机垂直于坡面，采用无水钻进，钻进过程中实时记录钻进尺速度和地下水情况。成孔后采用孔底到孔中返浆式注浆，水泥浆强度大于30MPa。框架梁采用C25钢筋混凝土现场浇注，浇注时预埋QM锚垫板和孔口PVC管，每片框架梁(12m)一次性整体浇注，两片梁间用沥青麻筋设置2cm的伸缩缝。预应力锚索应分阶段二次张拉，当达到设计强度后应用C25混凝土及时封闭猫头坑。当沉降累积值、差值和水平移动累积值、差值比较大时，超过10％时，可结合钻孔横穿路基预应力锚索框架梁的方式进行路基填筑施工。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (5)

1.一种煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于包括以下步骤：

a、公路路基状况的观测分析和路基填筑工艺判别，包含以下步骤：

(1)根据施工图纸，公路路基状况的观测分析，计算路基成型后作用在采空区顶板上的压力

Q＝G+2aR+(-2F)(1)

式中：Q为采空区单位长度顶板上所受的压力，单位为吨，G为采空区单位长度顶板上岩层的总重量，单位为吨，a为采空区宽度的1/2，单位为米，R为所修建公路对地基的单位压力t/m²，F为采空区单位长度侧壁的摩擦阻力；

(2)当采空区单位长度顶板厚度H达到一定程度时，顶板上方岩层恰好能保持自然平衡而不塌陷，此时Q＝0，设顶板上方岩层的实际厚度为H₀

式中：H₀为采空区单位长度顶板厚度m，γ为采空区单位长度顶板上岩层的容重t/m³，a为采空区宽度的1/2m，R为所修建公路对地基的单位压力t/m²，为岩层的内摩擦角；

(3)预压荷载沉降值和水平移动值的观测

选择具有代表性的试验区段进行预压荷载地表动向观测，同时堆载预压载荷以提前释放采空区沉降潜力，预压荷载大小为:

F＝2aR+T(3)

式中：F为采空区单位长度侧壁的摩擦阻力，a为采空区宽度的1/2m，R为所修建公路对地基的单位压力t/m²，T为假设通车后堵车状态下平均50吨/车的车辆荷载

在预压荷载过程中按同一桩号截面左中右三点埋设沉降及水平移动观测点，同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率应小于等于2％，水平移动差值>3mm的百分率应小于等于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率应小于等于2％，避免由于采空区地表出现大裂缝和台阶状断裂而引起通车后路面纵横向裂缝的发生；沉降观测前3个月各点的累积沉降值>10mm的百分率应小于等于2％，避免通车后出现跳车和塌陷等现象；

(4)公路路基填筑工艺判别

1)当采空区H＞H₀时，地表稳定，不需要治理，但在路基填筑前进行预压荷载观测试验，根据观测试验结果采取具体的路基填筑措施；

2)当采空区H≤H₀时，地表不稳定，需先对地表进行帷慕孔注浆加固，帷慕孔注浆加固后再进行预压荷载观测试验，根据观测试验结果采取具体的路基填筑措施；

b、跨越采空区的公路路基填筑措施

当路基跨越采空区时，在路基范围内采空区预压荷载过程中，同一段预压段落的所有观测点中，当出现同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率大于2％，水平移动差值>3mm的百分率大于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率大于2％和各点沉降观测前3个月的累积沉降>10mm的百分率大于2％中的一种情况时，进行帷慕孔注浆处理，注浆后对路床进行填前碾压，压实度≥96％，在路床顶沿其裂缝及台阶发展走势线路两侧铺设钢塑性土工格室；

c、采空区在公路路基两侧的路基填筑措施

当采空区在路基两侧，在进行预压荷载沉降量和水平移动观测中，出现同一桩号左中右三点沉降差值>4mm的百分率大于2％，水平移动差值>3mm的百分率大于2％，各点累积水平移动值>12mm的百分率大于2％和各点沉降观测前3个月的累积沉降>10mm的百分率大于2％中的一种情况时，除进行传统的帷幕孔注浆加固地表外，采用锚索地梁框架结构进行边坡加固。

2.如权利要求1所述的煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于，所述步骤a(3)中，试验区段的长度为≥200m。

3.如权利要求1所述的煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于，所述步骤b中，钢塑性土工格室内充填物及其上垫层为砂砾或碎石，上垫层厚度为20cm，砂砾或碎石最大粒径应小于6cm，碎石可采用当地挖方破碎后的碎石。

4.如权利要求1所述的煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于，所述步骤b中，在钢塑性土工格室铺设过程中，同时按50m×50m的间距布置沉降量和水平移动观测点，时刻掌握处理后的填筑效果，观测期为：

$t=\frac{\sqrt{2}Kn}{S}---\left(4\right)$

式中：t为观测周期，单位为月；n为水准测量平均误差mm；s为预压荷载时地表变形的月下沉量mm/月；k为系数。

5.如权利要求1所述的煤矿采空区的公路路基填筑施工方法，其特征在于，所述步骤c中，锚索地梁框架结构按倾角30°斜向钻孔，锚索由4φ15.4mm高强度、低松弛预应力钢绞线制作而成，锚具采用XM15-4型，张拉力采用400KN，钻孔机械采用QZ100型潜孔钻机，采用自钻式锚杆以实现钻孔、注浆、锚固过程的一体化施工。