CN114045715A - 一种考虑岩土体裂隙影响的路基施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是针对沿倾向布置的公路路基的施工方法，在确定采场裂隙区治理范围后，基于其内采场裂隙分布特征，提出了先在治理范围左右两边界开放处施工帷幕拦截钻孔，注入具有凝结能力的浆体形成拦浆坝，以封闭整个采场裂隙区治理范围，防止后期注入的粉煤灰流出治理范围之外，且先对内侧排的帷幕拦截钻孔注浆更利于形成拦浆坝。对于常规注浆钻孔，采用自前而后的注浆方案，浆液容易靠自重向深部区域扩散，提高扩散半径，提高单孔注浆量，减小注浆钻孔施工数量。同时提出了选择最后面一排的常规注浆钻孔作为注浆抽水两用孔的方案，通过抽水孔将水抽排，避免水占据采场裂隙，占据注浆空间。

Description

一种考虑岩土体裂隙影响的路基施工方法

技术领域

本发明涉及路基施工领域，具体为一种考虑岩土体裂隙影响的路基施工方法。

背景技术

路基是路面的基础，是经过填筑形成的土工构筑物，主要作用是为路面铺设及行车运营提供必要条件，并承受路面及交通荷载的静荷载和动荷载，同时将荷载向地基深处传递与扩散。在道路规划与施工过程中，常遇到岩土体裂隙区，常见的为采动裂隙区，采动裂隙一般包括深处的采场裂隙以及地表裂隙。若是通过绕道避开采动裂隙区，会产生很大的施工成本以及征迁成本，且还会增加施工工期，而直接穿过采动裂隙区，几乎不需要征迁成本，还能对其再次利用。但是相比于路基的占地面积而言采动裂隙区范围很广，显然不能将整个采动裂隙区全部治理，因此如何进行采动裂隙区的局部治理同时进行路基建设成为亟需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出了一种考虑岩土体裂隙影响的路基施工方法，适用于公路路基沿倾向穿越采动裂隙区布置的情况，包括如下步骤：

S1，确定公路路基在地表采动裂隙区的位置，并在其左右两侧各留设一定宽度的围护带；根据围护带的位置，采用垂直剖面法确定前侧开采边界处的临界压煤点和后侧开采边界处的临界压煤点，四个临界压煤点围合成的区域即为采场裂隙区治理范围，对应的正上方的地表采动裂隙区为钻孔施工区；

S2，疏排地表采动裂隙区上方的积水，清理钻孔施工区内的淤泥，找寻钻孔施工区内残存的采动裂隙，探测其深度，对于浅裂隙直接用土填充，对于深裂隙先采用细砂填充深部然后再用土填充浅部，然后采用压路机压实钻孔施工区；

S3，在钻孔施工区内施工注浆钻孔，包括沿着采场裂隙区治理范围左右边界先施工的各两列近距离的帷幕拦截钻孔，两列帷幕拦截钻孔交错布置；和自前而后沿走向后施工的若干排常规注浆钻孔；

优选的，帷幕拦截钻孔间距小于常规注浆钻孔。

优选的，注浆钻孔施工至垮落带顶界处时停止钻进，采用自制的钻进花管替换常规钻头继续钻进，钻进花管底端钻进至煤层底板一定深度，上端留存入导水裂隙带一定长度，然后取出钻进花管上部的钻具；在注浆钻孔顶部设置钢套管形成套管段，钻进花管与钢套管之间为裸孔段，套管段的底端需固定于持力层。

进一步的，钻进花管主体为空心套管，下端为钻头，空心套管外壁设置有螺旋肋，螺旋肋上均布有出浆孔。

S4，先自内侧排的帷幕拦截钻孔向采场裂隙区内注入具有凝结能力的浆体，后自外侧排的帷幕拦截钻孔向采场裂隙区内注入具有凝结能力的浆体，以在采场裂隙区治理范围左右边界各形成一条拦浆坝，封闭整个采场裂隙区治理范围；

S5，在采场裂隙区治理范围内自前而后依次成排通过常规注浆钻孔注浆，采用粉煤灰与水的混合浆体注浆，注浆时，先低浓度注浆，后期提高注浆浓度；在对常规注浆钻孔进行注浆时，选择最下一排的常规注浆钻孔作为注浆抽水两用孔，在前侧的常规注浆钻孔注浆时，利于注浆抽水两用孔抽出浆液中泌出的水；

S6，对注浆抽水两用孔进行注浆，注入伴有细砂的粉煤灰浆液，细砂利于浆液的沉淀泌水，使得清水在上，同时选择一个注浆抽水两用孔抽排水，最后在对该注浆抽水两用孔注浆，整个过程采用高浓度注浆；

S7，注浆结束后，对注浆钻孔进行封孔，注浆钻孔内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物；对于位于围护带或公路路基下方的注浆钻孔，其内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物直至注浆钻孔顶部套管段内一定高度，在套管段的钢套管顶端接长一段灌注桩钢管，灌注桩钢管上均布有注浆孔；

优选的，灌注桩钢管顶端与常规地表高度一致。

S8，在围护带及公路路基对应的采动裂隙区上方先铺设防渗层，然后采用煤矸石和粉煤灰的混合物回填来施工找平层，找平层的高度与地表采动裂隙区外的常规地表高度一致；

优选的，铺设防渗层具体为，先铺设厚度约10cm的粉煤灰胶凝材料，粉煤灰胶凝材料由粉煤灰、水泥和水混合制备；然后再铺设一层厚3mm的防水涂层，防水涂料为粉煤灰、水泥、乳液混合制成的复合涂料，乳液为苯丙乳液和/或丙烯酸乳液。

施工找平层具体为，采用煤矸石和粉煤灰的混合物自下而上分层回填，粉煤灰使用前喷水至湿度为25％，采用压路机分层碾压紧实；最后向钢管灌注桩灌注桩基材料，如混凝土浆体，混凝土浆体会自出浆孔流入找平层，进一步提高稳定性。

S9，进行公路路基施工，采用逐层全宽填筑的方式填筑土体，并逐层整平洒水、碾压夯实，修整边坡，最后在围护带边界施工永久拦水坝。

优选的，低浓度浆体的粉煤灰体积占比60％，高浓度浆体的粉煤灰体积或者粉煤灰和细砂的总体积占比大于75％。

有益效果：本发明是针对沿倾向布置的公路路基的施工方法，在确定采场裂隙区治理范围后，基于其内采场裂隙分布特征，提出了先在治理范围左右两边界开放处施工帷幕拦截钻孔，注入具有凝结能力的浆体形成拦浆坝，以封闭整个采场裂隙区治理范围，防止后期注入的粉煤灰流出治理范围之外，且先对内侧排的帷幕拦截钻孔注浆更利于形成拦浆坝。对于常规注浆钻孔，采用自前而后的注浆方案，浆液容易靠自重向深部区域扩散，提高扩散半径，提高单孔注浆量，减小注浆钻孔施工数量。同时提出了选择最后面一排的常规注浆钻孔作为注浆抽水两用孔的方案，通过抽水孔将水抽排，避免水占据采场裂隙，占据注浆空间。

附图说明

图1是本发明一种路基施工方法平面示意图(走向仅示意铺设路基的部分)；

图2是图1的倾向剖面图；

图3是图1的走向剖面图(左为上开采边界处，右为下开采边界处)；

图4是图2中A处放大图；

图5是图2中B处放大图；

图中：地表采动裂隙区1、充分采动区11、非充分采动区12、充分采动区与非充分采动区分界线/充分采动区边界13；采场裂隙区2、导水裂隙闭合区21、导水裂隙张开区22、充分垮落区23、非充分垮落区24、岩层垮落线25、开采边界26；注浆钻孔3、帷幕拦截钻孔31、常规注浆钻孔32，注浆抽水两用孔33；套管段41、裸孔段42、钢管灌注桩43；钻进花管5、钻头51、螺纹肋52、出浆孔53；防渗层61、找平层62；公路路基7，围护带71、永久防水坝72、前侧(浅部)开采边界处的临界压煤点73、后侧(深部)开采边界处的临界压煤点74、松散层与岩层分界线75；采场裂隙区治理范围81、钻孔施工区82。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。

如图1-5所示，一种考虑岩土体裂隙影响的路基施工方法，适用于公路路基7沿(矿层)倾向穿越采动裂隙区布置的情况，包括如下步骤：

S1，确定公路路基7在地表采动裂隙区1的位置(公路路基沿倾向横穿整个采动裂隙区，此处主要是确定走向上的位置)，在公路路基7左右两侧(指沿着矿层走向方向)各留设一定宽度的围护带71；根据围护带71的位置，采用垂直剖面法确定前侧(浅部)开采边界26处的临界压煤点73和后侧(深部)开采边界26处的临界压煤点74，四个临界压煤点围合成的区域即为采场裂隙区治理范围81，对应的正上方的地表采动裂隙区为钻孔施工区82；

可参考图3采用垂直剖面法确定前侧(浅部)开采边界处的临界压煤点73和下侧(深部)开采边界处的临界压煤点74位置，根据矿层的埋深、松散层厚度、岩层厚度、松散层移动角、岩层移动角等参数确定，该方法为本领域公知的方法，在此不再赘述；由于前侧开采边界煤层埋深浅，因此其左右压煤范围较小，后侧开采边界煤层埋深大，左右压煤范围较大，整个采场裂隙区治理范围81自前而后呈梯形。

S2，疏排地表采动裂隙区1上方的积水，清理钻孔施工区82内的淤泥，找寻钻孔施工区82内残存的采动裂隙，探测其深度，对于浅裂隙直接用土填充，对于深裂隙先采用细砂填充深部然后再用土填充浅部，然后采用压路机压实钻孔施工区82；

S3，在钻孔施工区82内施工注浆钻孔3，包括沿着采场裂隙区治理范围81左右边界先施工的各两列近距离的帷幕拦截钻孔31，两列帷幕拦截钻孔31交错布置；和自前而后沿走向后施工的若干排常规注浆钻孔32；

优选的，帷幕拦截钻孔31间距小于常规注浆钻孔32。

优选的，注浆钻孔3施工至垮落带顶界处时停止钻进，采用自制的钻进花管5替换常规钻头继续钻进，钻进花管5底端钻进至煤层底板一定深度，上端留存入导水裂隙带一定长度，然后取出钻进花管5上部的钻具；在注浆钻孔3顶部设置钢套管形成套管段41，钻进花管5与钢套管之间为裸孔段42，套管段41的底端需固定于持力层；进一步的，钻进花管5主体为空心套管，下端为钻头51，空心套管外壁设置有螺旋肋52，螺旋肋52上均布有出浆孔53。

S4，先自内侧排的帷幕拦截钻孔31向采场裂隙区2内注入具有凝结能力的高浓度浆体(如混凝土浆体)，后自外侧排的帷幕拦截钻孔31向采场裂隙区2内注入具有凝结能力的高浓度浆体(如混凝土浆体)，以在采场裂隙区治理范围81左右边界各形成一条拦浆坝，封闭整个采场裂隙区治理范围81；

S5，在采场裂隙区治理范围81内自前而后(自浅而深)依次成排通过常规注浆钻孔32注浆，采用粉煤灰与水的混合浆体注浆，注浆时，先低浓度注浆，粉煤灰体积占比约60％，以提高浆液扩散范围，后期提高注浆浓度，粉煤灰体积占比大于75％；

在对常规注浆钻孔32进行注浆时，选择最下一排的常规注浆钻孔32作为注浆抽水两用孔33，即在前侧常规注浆钻孔32注浆时，利于注浆抽水两用孔33抽出浆液中泌出的水，以此提高粉煤灰的注入量，避免水占据采场裂隙，即占据注浆空间。

一般而言，常规注浆钻孔32(包括注浆抽水两用孔33)只有在无法注入粉煤灰浆体或者注浆压力达到最大泵压时才停止注浆。

垮落带沿倾向分为充分垮落区23和非充分垮落区24，充分垮落区23上方的岩土体充分垮落，因此充分垮落区23需承受上覆岩土体所有重量，其内破碎岩体压缩量大，裂隙率低，且充分垮落区23正上方的导水裂隙带裂隙闭合，构成裂隙闭合区21；非充分垮落区24破碎岩体受采场边界煤岩柱26的悬臂支撑效应，压缩量小，裂隙率大，非充分垮落区24正上方的导水裂隙带裂隙呈张开状态，构成裂隙张开区22。前排注浆钻孔对应位置垮落带埋深浅，后排埋深大(沿着走向的裂隙分布特征相同)，即采场裂隙区治理范围81整体呈现前高(浅)后低(深)，左右两侧开放的特点。

基于此提出了先在采场裂隙区治理范围81左右两边界开放处施工帷幕拦截钻孔31，通过注入具有凝结能力的高浓度浆体可以在两侧形成拦浆坝，封闭整个采场裂隙区治理范围81，防止后期注入的粉煤灰流出治理范围81之外；同时根据前侧前后侧深的特点，提出先对内侧排的帷幕拦截钻孔注浆以更利于形成拦浆坝。对于常规注浆钻孔，采用自前而后(自浅而深)的注浆方案，如此浆液容易靠自重向深部区域扩散，可以提高注浆浆液扩散半径，提高单孔注浆量，减小注浆钻孔施工数量。同时创造性的提出了选择最后面一排的常规注浆钻孔作为注浆抽水两用孔的方案(即在非充分采动区设置抽水孔)，注浆的浆液经过充分垮落区的过滤，粉煤灰留置于内，水泌出至非充分垮落区，通过抽水孔将水抽排，避免水占据采场裂隙，占据注浆空间。

S6，对注浆抽水两用孔33进行注浆，该排注浆抽水两用孔33深入导水裂隙张开区22和非充分垮落区24，注入伴有细砂的粉煤灰浆液，细砂利于浆液的沉淀泌水，使得清水在上，同时选择一个注浆抽水两用孔33抽排水，最后在对该注浆抽水两用孔33注浆；采用高浓度注浆，粉煤灰和细砂的总体积占比大于75％；

S7，注浆结束后，对注浆钻孔3进行封孔，注浆钻孔内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物；对于位于围护带72或公路路基7下方的注浆钻孔3，其内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物直至套管段41内一定高度，在套管段41的钢套管顶端接长一段灌注桩钢管43，灌注桩钢管43上均布有注浆孔，灌注桩钢管43顶端与常规地表高度一致；

S8，在围护带72及公路路基7对应的采动裂隙区1上方先铺设防渗层61，然后采用煤矸石和粉煤灰的混合物回填来施工找平层62，找平层62的高度与地表采动裂隙区外的常规地表高度一致；

铺设防渗层61具体为，先铺设厚度约10cm的粉煤灰胶凝材料，粉煤灰胶凝材料由粉煤灰、水泥和水混合制备；然后再铺设一层厚3mm的防水涂层，防水涂料为粉煤灰、水泥、乳液混合制成的复合涂料，乳液为苯丙乳液和/或丙烯酸乳液。

施工找平层62具体为，采用煤矸石和粉煤灰的混合物自下而上分层回填，粉煤灰使用前喷水至湿度为25％，采用压路机分层碾压紧实；最后向钢管灌注桩43灌注桩基材料，如混凝土浆体，混凝土浆体会自出浆孔流入找平层，进一步提高稳定性。

S9，进行路基7施工，采用逐层全宽填筑的方式填筑土体，并逐层整平洒水、碾压夯实，修整边坡；最后在围护带72边界施工永久拦水坝72，可采用步骤S2的临时坝体材料；前后两侧的地表采动裂隙区再次富存水后，形成沿路的观景湖。

Claims (8)

1.一种考虑岩土体裂隙影响的路基施工方法，适用于公路路基沿倾向穿越采动裂隙区布置的情况，其特征在于，包括如下步骤：

S1，确定公路路基在地表采动裂隙区的位置，并在其左右两侧各留设一定宽度的围护带；根据围护带的位置，采用垂直剖面法确定前侧开采边界处的临界压煤点和后侧开采边界处的临界压煤点，四个临界压煤点围合成的区域即为采场裂隙区治理范围，对应的正上方的地表采动裂隙区为钻孔施工区；

S2，疏排地表采动裂隙区上方的积水，清理钻孔施工区内的淤泥，找寻钻孔施工区内残存的采动裂隙，探测其深度，对于浅裂隙直接用土填充，对于深裂隙先采用细砂填充深部然后再用土填充浅部，然后采用压路机压实钻孔施工区；

S3，在钻孔施工区内施工注浆钻孔，包括沿着采场裂隙区治理范围左右边界先施工的各两列近距离的帷幕拦截钻孔，两列帷幕拦截钻孔交错布置；和自前而后沿走向后施工的若干排常规注浆钻孔；

S4，先自内侧排的帷幕拦截钻孔向采场裂隙区内注入具有凝结能力的浆体，后自外侧排的帷幕拦截钻孔向采场裂隙区内注入具有凝结能力的浆体，以在采场裂隙区治理范围左右边界各形成一条拦浆坝，封闭整个采场裂隙区治理范围；

S5，在采场裂隙区治理范围内自前而后依次成排通过常规注浆钻孔注浆，采用粉煤灰与水的混合浆体注浆，注浆时，先低浓度注浆，后期高注浆浓度；在对常规注浆钻孔进行注浆时，选择最下一排的常规注浆钻孔作为注浆抽水两用孔，在前侧的常规注浆钻孔注浆时，利于注浆抽水两用孔抽出浆液中泌出的水；

S6，对注浆抽水两用孔进行注浆，注入伴有细砂的粉煤灰浆液，同时选择一个注浆抽水两用孔抽排水，最后在对该注浆抽水两用孔注浆，整个过程采用高浓度注浆；

S7，注浆结束后，对注浆钻孔进行封孔，注浆钻孔内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物；对于位于围护带或公路路基下方的注浆钻孔，其内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物直至注浆钻孔顶部套管段内一定高度，在套管段的钢套管顶端接长一段灌注桩钢管，灌注桩钢管上均布有注浆孔；

S8，在围护带及公路路基对应的采动裂隙区上方先铺设防渗层，然后采用煤矸石和粉煤灰的混合物回填来施工找平层，找平层的高度与地表采动裂隙区外的常规地表高度一致；

S9，进行公路路基施工，采用逐层全宽填筑的方式填筑土体，并逐层整平洒水、碾压夯实，修整边坡，最后在围护带边界施工永久拦水坝。

2.根据权利要求1所述的公路路基施工方法，其特征在于，步骤S3中，帷幕拦截钻孔间距小于常规注浆钻孔。

3.根据权利要求2所述的公路路基施工方法，其特征在于，注浆钻孔施工至垮落带顶界处时停止钻进，采用自制的钻进花管替换常规钻头继续钻进，钻进花管底端钻进至煤层底板一定深度，上端留存入导水裂隙带一定长度，然后取出钻进花管上部的钻具；在注浆钻孔顶部设置钢套管形成套管段，钻进花管与钢套管之间为裸孔段，套管段的底端需固定于持力层。

4.根据权利要求3所述的公路路基施工方法，其特征在于，钻进花管主体为空心套管，下端为钻头，空心套管外壁设置有螺旋肋，螺旋肋上均布有出浆孔。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的公路路基施工方法，其特征在于，步骤S7中，灌注桩钢管顶端与常规地表高度一致。

6.根据权利要求1所述的一种公路路基施工方法，其特征在于，步骤S8中，铺设防渗层具体为，先铺设厚度约10cm的粉煤灰胶凝材料，粉煤灰胶凝材料由粉煤灰、水泥和水混合制备；然后再铺设一层厚3mm的防水涂层，防水涂料为粉煤灰、水泥、乳液混合制成的复合涂料，乳液为苯丙乳液和/或丙烯酸乳液。

7.根据权利要求1所述的一种公路路基施工方法，其特征在于，步骤S8中，施工找平层具体为，采用煤矸石和粉煤灰的混合物自下而上分层回填，粉煤灰使用前喷水至湿度为25％，采用压路机分层碾压紧实，最后向钢管灌注桩灌注混凝土浆体。

8.根据权利要求1所述的一种公路路基施工方法，其特征在于，低浓度浆体的粉煤灰体积占比60％，高浓度浆体的粉煤灰体积或者粉煤灰和细砂的总体积占比大于75％。

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