采空区治理方案(9-8)

河北省邯郸市富汇豪庭住宅小区

采空区治理

方

案

设

计

中国煤炭地质总局华盛水文地质勘察工程公司

岩土工程公司

2013年9月

河北省邯郸市富汇豪庭住宅小区

采空区治理方案设计

一、前言

邯郸市卓峰房地产开发有限公司拟建的富汇豪庭住宅小区项目

位于邯郸市峰峰矿区彭城镇滏阳西路北侧，原邯郸市第四陶瓷厂。在该项目进行岩土工程勘察过程中，发现部分楼基下部存在空洞。根据河北君恒岩土工程有限公司2013年5月完成的物探结果显示，在拟建区内有八处采空区，二处异常区，深度绝大多数都在20米以下，超过基坑的开挖深度（约12米）。对高层建筑基础的施工以及后期安全构成严重影响，所以必须对其进行注浆加固处理。

根据富汇豪庭住宅小区项目实际情况，参考以往的成功经验，经综合比较，本治理方案采用了全充填压力注浆法治理方案。该方案的特点是施工简便，安全度高。其具体方案是在地表打孔，通过注浆泵、注浆管，将水泥粉煤灰浆注入采空区及其上覆岩体裂隙中，浆液经过固化，胶结岩层裂隙带，同时采空区的浆液形成的结石体对其上覆岩层形成支撑作用，保证建筑物地基稳定。

二、设计依据

1. 《邯郸市卓峰房地产开发有限公司富汇豪庭项目1-3#楼、7-16#楼、18-20#楼及地下车库岩土工程勘察报告》（）

2. 《邯郸市峰峰矿区彭城镇富汇豪庭小区采空区综合物探报告》

（河北君恒岩土工程有限公司 2013.5）

3. 《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB/T175—1999）

4. 《岩土工程勘察规范》GB50021－2002

5. 《建筑地基处理技术规范》 (JGJ 79-2012)

6. 《注浆技术规程》（YSJ211-92）

三、采空区治理范围的确定原则

依照富汇豪庭住宅小区项目规划区内采空区的分布形态，除采1面积较大需进行边界帷幕注浆外，其余采空面积均较小，以各采空区形成的自然边界为界进行区内充填注浆。采1区的边界帷幕孔距建筑边界间要留有20米围护带（规定为20m），详见治理工程平面布置图。

四、灌浆孔设计

采空区灌浆孔的设计深度为开孔至采空区底板以下1m，上部约10m的松散覆盖层要用套管加以隔离，开孔φ127，钻至进入完整基岩1m下φ100隔离套管并用水泥浆固管。隔离套管固管完成后，变径φ75继续钻至采空区底板下1m终孔。灌浆孔的灌注长度为最上部完整基岩下6m至灌浆孔底板的深度，注浆管的长度为地面之上1m至完整基岩下6m处深度。孔口管与注浆管采用法兰连接，孔口封闭注浆。为加强孔口封闭效果，在距注浆管下端6m处安装φ90封闭压盖，使压盖搁置于钻孔变径处，并在压盖至孔口段填埋细沙或粉土等止浆材料。（见注浆钻孔结构示意图）

1、帷幕孔布设

为了防止采1区在压力注浆过程中浆液向本规划区外蔓延较多，为此在采1区的西侧距建筑边线20m布设帷幕注浆孔一排，共计13个，孔距6m。

2、注浆孔布设

因本加固区域内有采空区的成因较为复杂，既有近代小煤窑挖掘后所形成的较深采空区，也有浅部被废弃的陶瓷窑，部分空洞被填土（7-3层）充填，土层内还有人为挖土所致的空洞。比较而言，采空区年限长的跨落较充分，孔洞少而裂隙发育，勘察时虽有部分钻孔探到空洞但都不大，大多在1.5m以内，不利于浆液渗入，扩散半径小，所以注浆孔间距不能过大，本次设计注浆孔间距12m。

钻孔分布统计表

五、浆液配合比设计

注浆液为水泥粉煤灰浆，其水固比为1:1.4～1:1.0，水泥占固相的30%，粉煤灰占固相的70%。帷幕孔根据具体情况，采用较稠的浆液或在浆液中掺加水泥重量的1～3%速凝剂，使注入采空区的浆液尽快凝固，以形成帷幕，防止浆液流失。若遇到空洞等吃浆量很大时，可适量填入细沙等骨料，减少浆液流失。

六、采空区注浆量设计

1、采空区剩余空隙体积计算

采空区剩余空隙体积为治理范围内的矿层体积乘以采出率，并扣除采空区因顶板垮落而已形成的变形。本项目采空区剩余空隙率取40%。立柱式开采一般回采率40%（回采率应根据实际情况做相应调整，对处理区内做详细调查）。以此，计算得空隙体积为△V=3277m3。

2、注浆浆液的结石率按80%计算，浆液对采空区及上覆岩层中的裂隙、裂缝和充填率要求为75%。考虑到在注浆过程中浆液损失，注浆量按下式计算比较合理：

Q总=N△Vη/c (m3)

式中： N ——浆液损耗系数；取1.2

△V——空隙体积；m3

η——充填率75%；

c ——浆液结石率80%。

Q总=1.2×3277×0.75/0.8=3687m3

七、技术参数

1. 钻孔结构（见图7-1）

2. 注浆压力

P=Pt+Po

P——注浆工作压力（MPa）

Pt——最深注浆层位水头压力（MPa）

Po——管路损失压力（MPa）一般取0.5MPa

P=0.42-0,11+0.5=0.81（MPa）

故本次注浆压力取1MPa

3. 孔口管耐压试验

孔口管埋设深度不小于6m，并用水泥浆固结，孔口管固结24小时后进行孔口密封耐压试验，试验压力为工作压力的2倍，试压20分钟以上无侧漏及松动为合格。

图7-1 钻孔结构图

4．注浆管

每个注浆孔需下入φ25注浆管，注浆管下入深度为注浆层位下1m，在孔口管变径处做封闭处理(见钻孔结构图)。

5．注浆结束标准

在注浆孔的注浆末期，泵压逐渐升高，当孔口注浆压力在1～

2MPa，泵量在70～100L/min 稳定10～15 min时，可作为注浆孔施工的结束标准。

八、施工工艺

1.工艺原则

鉴于本工程最深钻孔深度已超过40m，所以选用XYC-3型车载钻机为好，泥浆回转钻进成孔，下注浆管，然后浇筑孔口管。由于需处理的区域都较小，前期勘察中物探与钻探结果又存在差异，所以，还需要在治理过程中进一步查实、验证。根据以往的施工经验，我们建议：除采空1、采空6需先进行边界帷幕注浆外，其余处理区域都从各区域的中心向外呈发散式钻孔、注浆施工。这样可以缩短治理周期，也不会漏掉应该重点处理的部位。可在个采空区施工1～2个勘查注浆钻孔，进一步查明落实采空区分布情况。治理区域边界的确定可根据钻孔过程中和注浆前的压水实验确定，没有掉钻、漏浆也压水不入的钻孔可确定为治理边界。

2．帷幕孔施工工艺

帷幕孔注浆的目的是在采空区快速形成一座帷幕墙，防止浆液流向治理区域以外，造成浪费。一般采取在水泥浆液中添加速凝剂，以加快帷幕墙的形成。本工程采用在水泥浆液中按水泥重量的3%添加。如空洞或冒落带的空隙较大，适当灌一部分石屑、细沙，但不能超过空洞高度的三分之二，然后灌入水灰比大于1：1.8的稠浆。

3. 注浆孔施工次序

为减少窜孔，充分发挥各个注浆孔的作用，应间隔1至2个孔施工。为了降低地下采空区内的水、汽对注浆效果的影响，必须有两个以上成孔才能进行注浆施工。注浆施工工程中要密切观察周围的成孔