采空沉陷区路基稳定性分析及处治方案

第1期(总第268期）山西交通科技No.l 2021 年 2 月SHANXI SCIENCE &TECHNOLOGY of COMMUNICATIONS_______________Feb.
采空沉陷区路基稳定性分析及处治方案
贾鹏云
(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原030032)
摘要：通过对某公路采空沉陷区路段进行综合稳定性分析，该段采空区剩余倾斜值、曲率 值和水平变形值均小于路基允许变形值，采空区已基本稳定，采空沉陷造成的湿软地基稳定与
沉降不满足规范要求，设计中采用挤密碎石桩的处治方法，处治方案合理、得当，可为类似工程
提供相应经验。

关键词：采空沉陷区；稳定性分析;碎石桩；处治方案
中图分类号:U412.222 文献标识码:A
某公路K1205+740—K1206+300段为司马煤业 1102和1103采煤工作面，受采空区影响，地表形成沉 陷裂缝和沉陷盆地，造成地面大面积积水，渗水高度 1~2m,最深达4 m,形成湿软地基，土质软弱，对路 基的稳定性造成很大影响,需要采取一定的措施，确 保路基安全和稳定。

1工程地质概况
该路段地貌上属盆地中部平微区，地形平坦，高 差较小。

地形由东向西丨顷斜，地表出露地层主要为Q3黄土，局部为(?2粉土，河谷地带为Q4砂土及粉土，现 大部分为耕地。

地基土主要以饱和粉质黏土、粉土为主，呈软塑- 流塑状，土黄色-灰黑色为主，片状分布有腐殖质 土，灰黑色，腥臭味，大量芦苇根系分布。

其中上部 7.5~11.0 m左右呈饱和、流塑-软塑状，天然含水率 为27%~32%，孔隙比在0.93~0.98，饱和度为94%~ 100%，具中高压缩性，地基承载力基本容许值匕]=70〜90kPa。

其下为可塑粉质黏土、中密粉土，地基承载力基本容许值[/…] =17〇〜180 kPa。

2路基稳定性分析
2.1采空区稳定性评价w
采空区变形是一个复杂长期的过程，采空区地 基稳定性受地质条件、开采方式、采深、采厚、开采时 间等多种因素影响。

因此，采空区稳定性按停采时间 和地表移动变形预计法来综合评价，单一巷道采用 极限平衡分析方法来进行评价。

文章编号：1006-3528(2021 )01-0011-03
2.1.1巷道稳定性评价
根据《采空区公路设计与施工技术细则》(JT G a D31-03—2011)附录 D.0.5-1:
B y+y JB y+4Bp〇ytan(ptan |45° -_2~)
H c t=F/^n~\,⑴
2ytan(^tan |45° _ 2J
式中:为路基基底压力，除路基本身荷载外还包括 行车荷载,kpa;y为巷道上覆岩层加权平均重度，kN/m3#为巷道上覆岩层加权平均内摩擦角，（°)。

根据相关资料，巷道与路线前进方向夹角51° ~ 90°，巷道位于地表下埋深264 m，设计标高下275 m,上覆土层厚度160 m,基岩平均厚度104 m〇巷道底板标高均为679 m，巷道高度为3.5 m,巷道宽 度为5 m。

松散土层的重度取值18.6 kN/m3,岩石重度取27.5 kN/m3，p取值30。

p〇=210 kN/m2,临界采深//…，可按式（1)计算。

根据采空区的实际埋深和临界深度的比值，可 求得采空区顶板的稳定系数F s=/////…，进而对小窑采 空区场地的稳定性进行评价。

式中//为巷道顶板的 实际深度,m为巷道顶板的临界深度，m。

表1单_巷道式采空区场地稳定性等级评价标准稳定系数昃Fs^2.0 1.5^FS<2.0\.0^FS<1.5Fa<l.O
稳定等级稳定基本稳定欠稳定不稳定
代入式（1)计算，可得//^26.57 m，巷道顶板位 于路线设计标高下275 m，稳定系数Fs=10.4,根据表1稳定性等级评价标准，巷道对路基的稳定性无影响。

收稿日期：2020-10-09;修回日期：2021-01-21
作者简介:贾鹏云(1983—)，男，山西晋城人，高级工程师，工学硕士，2010年毕业于中国地质大学(武汉)地质工程专业。

•12- 山西交通科技2021年第1期
2.1.2场地稳定性评价
按煤矿工作面的停采时间，路线范围内煤矿工
作面停采时间为2~10年，根据《采空区公路设计与
施工技术细则》(JTGAT D31-03—2011)表4.2.1-1进
行评价(见表2)，矿区大部分地表移动变形的活跃期
基本结束，处于变形衰退期，采空区场地基本稳定，
但残余变形仍继续存在，且存在时间和空间上的不
确定性，对路基的稳定性有一定影响。

表2场地稳定性评价表
工作面路线桩号覆岩类别开采年限评价结果
1102路线左侧92m软弱覆岩2006—2007稳定
1103K1205+885—
K1206+182软弱覆岩
2006—2007稳定
2.1.3地基稳定性评价
地基稳定性评价采用地表移动变形预计法评价。

2.1.
3.1最大移动和变形量预计
a) 最大下沉量：W=m^cosQ!，式中a为煤层倾角；
下沉系数g取0.78;;n为煤层开采累计厚度。

b) 最大倾斜值:i=Wr=W(///tg8),式中r为主要影
响半径。

c) 最大水平移动式中水平移动系数6取
值为0.25。

d)最大曲率值± 1.52W7rl
e)最大水平变形值:占=± 1.526 IF/r.
依据上述公式，经计算煤矿采空区变形主要参
数见表3。

表3采空区最大变形参数表
工作面最大下沉量
mm 最大倾斜
mm/m
最大曲率
mm/m2
最大水平变形
mm/m
11024 20640.810.6015.51
1103 5 19573.43 1.5827.90
2.1.
3.2剩余变形量的计算
根据煤矿工作面的停采时间，估算剩余空隙率, 比对稳定性评价标准，对采空区稳定性进行评价，评 价结果如表4。

表4采空区剩余变形参数表
工作面|剩余空隙率
%剩余下沉量
mm
剩余倾斜剩余水平变形
mm/m mm/m
剩余曲率
mm/m2
11023126.19 1.220.470.02 11033155.86 2.200.840.05通过计算，依据《采空区公路设计与施工技术细 则》(JTG^D31-03—2011),对采空区公路地基稳定 性进行评价，采空区剩余倾斜值、曲率值和水平变 形值均小于允许路基变形值，采空区已基本稳定。

2.2采空沉陷区湿软地基稳定性评价
2.2.1湿软路基稳定性分析[2]
根据《公路软土地基路堤设计与施工技术细则》3.2.2采用有效固结应力法进行稳定验算，根据理正岩土软件计算，稳定性安全系数为1.0丨，不满足规范 要求。

表5稳定安全系数容许值
指标
有效固结应力法改进总强度法简化毕肖
普法、
简布普遍
条分法不考虑固结考虑固结不考虑固结考虑固结
—
直接快剪 1.1 1.2
_
—静力触
探、十字
板剪切
— 1.2 1.3—
三轴有效
剪切指标
—
-—— 1.4
2.2.2湿软路基沉降分析
主固结沉降采用分层总和法计算，计算参数采 用压缩模量民，主固结沉降S。

：
又最终沉降&=<，工后沉降t= 1si
SfSo-Sm，式中So为路面设计使用年限内地基发生 的总沉降；Sp为路基路面施工期沉降。

通过理正岩 土软件计算，工后沉降变形42 ~ 46.8 cm,不满足规 范要求。

2.3综合评价
通过以上计算分析，该段采空区的变形参数指 标，剩余倾斜值、曲率值和水平变形值均小于允许路 基变形值，采空区已基本稳定，对公路工程无影响。

采空沉陷造成的湿软路基稳定与沉降不满足规范要 求，需要进行处治。

3处治方案
湿软地基的处治方案受地形、地质、工程类型以 及施工方案等影响，本项目采用挤密碎石桩m处治。

3.1碎石粧设计
3.1.1 软土地层分布
表6软土地层分布及路基填土高度一览表 m
序号断面号桩号地层分布分层厚度填土高度
流塑淤泥质土>
1DM11205+800
软塑粉质黏土7
6.5
可塑粉质黏土6
中密粉土6
杂填土2
稍密粉土
2DM21207+030软塑粉质黏土510.1
可塑粉质黏土3
中密粉土9
3.1.2处治设计
碎石桩桩径采用50 cm,桩间距1.2 m,呈梅花型 布置，桩长要求穿透湿软层，进入持力层2 m,并结 合沉降计算满足工后沉降要求，坡脚处理宽度不小 于2m。

碎石桩要求碎石的粒径2 ~ 5 cm,含泥量不 大于5%。

2021年第1期贾鹏云：采空沉陷区路基稳定性分析及处治方案•13-桩顶设1m厚垫层，垫层采用石渣，垫层的技术
要求为:含泥量不大于5%,最大粒径小于30 mm,粒
径小于20 mm的部分不超过总重的45%。

3.2碎石桩施工
按照规定，碎石桩的施工前应做成粧试验，试桩
时要严格控制水压、电流和振冲器在固定深度位置
的留振时间。

3.3碎石桩检测
表7 碎石桩质量检验标准
项次项目规定值或
允许偏差
检查方法和频率
1粧5E/mm±150抽查3%
2桩径不小于设计值查看施工记录
3粧长不小于设计值抽查3%
4竖直度/% 1.50查看施工记录
5碎石灌人量/%不小于96查看施工记录
6单桩承载力/kPa不小于300动力触探，成桩数的
0.2%，并不少于3根
7复合地基承载力/kPa不小于140静载荷试验，成桩数
的0.2%，弁不少于3根
3.4加固前后对比
表8加固前后对比一览表
序号桩号
加固前加固后
承载力
kPa稳定性
工后沉降
cm
承载力
kPa稳定性
工后沉降
cm
11205+80070 1.042.5140 1.316.8 21207+030700.946.8140 1.312.54结论
本文通过对采空沉陷区的稳定性分析，采空区
剩余倾斜值、曲率值和水平变形值均小于允许路基
变形值，采空区已基本稳定，对路基无影响；采空沉
陷造成的湿软路基稳定与沉降不满足规范要求，需
要进行处治。

通过采取碎石粧加固地基的处治方案，
并且提出施工和检测的注意要求，经检测，该采空沉
陷区处治后工后沉降满足规范要求。

参考文献：
[1]山西省交通规划勘察设计院.JTG/T D31-03—2011采
空区公路设计与施工技术细则[S].北京：人民交通出版
社，2011.
[2]中交第一公路勘察设计研究院有限公司JT G n1D31-02—
2013公路软土地基路堤设计与施工技术细则[S].北京：
人民交通出版社,2013.
[3]梁元林.软土地基条件下碎石桩与粉喷桩加固效果对比
分析[J].交通科技，2015 (5):85-86.
Stability Analysis and Treatment Plan of
Subgrade in Mined-out Subsidence Region
JIA Peng-yun
(Shanxi Transportation Survey & Design Institute Co.,Ltd., Taiyuan, Shanxi 030032, China)
Abstract：By analyzing the comprehensive stability of the mining-out subsidence section of a highway,it can be seen that the remaining tilt value,curvature value and horizontal deformation value were all less than the allowable deformation value of subgrades,which meant that this section was basically stable.The stability and settlement of the wet soft subgrade caused by the mining-out subsidence cannot meet the specification requirements.It is reasonable and proper to adopt the treatment method of compacted gravel pile in the design, which can provide corresponding experience for similar engineering.
Key words：mined-out subsidence region;stability analysis;gravel pile;treatment
plan。