公路采空区路基施工问题探析

'公路采空区路基施工问题探析摘要：我国地大物博，矿产资源丰富，尤其是煤炭资源，在矿产被开采后，留下大量采空塌陷区，往往给工程建设带来隐患。我国许多城市由于地下采空塌陷引起一系列环境岩土工程问题，如地面下沉、地面积水、房屋倒塌、道路开裂、耕地减少及农田减产等，往往严重影响人民的正常生活，造成重大经济损失。关键词：公路；采空区；路基；施工中图分类号：U213.1文献标识码：A地下矿产被采出后留下的空洞区及其围岩变形失稳产生位移、开裂、破碎垮落，直至上岩土层整体弯曲、下沉所引起的地表变形与破坏的地区，统称为采空区。按矿产开采的时间，可分为老采区、现采区和未来采区；按开采矿产的不同，可大致分为煤矿采空区、金属矿采空区和非金属矿采空区；按其目前稳定状态，可分为稳定采空区、极限平衡采空区及不稳定采空区。6 关于采空区处治的研究，历史悠久，但主要是在煤炭系统进行，研究的目的主要是控制地面沉降，以保护地面建筑物、工业构筑物等的安全，减少耕田的破坏等。特别是对高速公路，有其自身特点与要求，如公路工程为线性工程，路堤属于柔性基础承受路面结构，不均匀沉降量容易造成路基、路面结构开裂。虽然处理高速公路下伏采空区可以沿用构筑物下伏空洞的处理方法，但因公路工程特点与要求，处治方法的选择原则及技术规范也应有所区别。1采空区的潜在威胁矿区老采空坏对工程建设具有巨大的潜在威胁，它有如下特点：1.1隐蔽性：老采空区一般深埋于地下，人员难以进人，其特征一般难以弄清，采空区“活化”过程难以直接观察。1.2复杂性：其“活化”过程受多种自然和人为因素的影响，其“活化”机理、过程及其对地表的影响规律相当复杂。1.3突发性：许多存在较大残留矿铜的浅部老采空区，其失稳破坏常常是突然性的，其塌陷时间难以准确预计。1.4长期性：指老采空区的“活化”是一个长期的过程，可能在采后几年或几十年甚至上百年后发生，也可能是长期的缓慢变形过程，在发生过明显活化的老采空区仍有再次活化的可能。2采空区处治的设计方法6 高速公路工程属于重大的基础设施，其设计工作一般包括工程可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段，与之对应的工程勘察工作可以分为工可阶段、初勘阶段、详勘阶段。高速公路下伏采空区作为影响公路建设的一种特殊地基问题，虽然以前也作了一定研究工作，但目前还没有形成相应的处理技术规范。从设计角度出发，可以将公路下伏采空区这样一项重大的地基处理问题纳人公路工程设计的全过程，实行由浅入深、由宏观到微观、由整体到局部、由定性到定量的全过程设计方法，相应地形成了采空区处治的“三阶段”设计方法.具体地说，就是在公路设计的工可、初设、施设这3个阶段，对采空区的勘察、稳定性评价、处理方案选择、处治方法及其工艺这几个方面逐步地开展进行。2.1工可阶段2.1.1勘察工作内容，广泛收集有关采空区的资料，包括地质资料、采矿资料、地下采空区分布位置及形态、原地表变形情况等，对路线可能经过的采空区在大比例尺平面图上进行定位；同时可以辅以大比例航拍照片、遥感、卫星图片异常解释等手段，必要时可以安排地表沉降观测点，并布置少量的物探、钻探。2.1.2稳定性评价工作内容，根据已收集的资料进行采空区稳定性和公路建设适宜性的初步评估，调整路线以避开有显著危害并难以治理的路段。在工可阶段一般不涉及具体的采空区处理方案选择、处治方法和工艺。2.2初设阶段2.2.16 勘察工作内容，在工可资料的基础上，继续初勘，查清采空区的范围、形状大小、埋深情况，初步绘制出采空区三维地质结构图。可以应用物探进行探测，必要时可布置少量的钻孔对物探异常点位进行验证，查清地下采空区地层单元和岩土层的类型、岩性。前期如有沉降观测点，还要对沉降观测资料进行整理分析，绘制沉降等值线图。2.2.2稳定性评价工作内容，主要根据收集到的资料、辅以钻探资料，应用定性及经验公式法进行采空区稳定性的定性评价。根据定性评价结果，进一步调整和优化路线走向，在采空区影响范围内选择稳定性好的路段穿越。定性评价需要的资料包括矿层倾角、开采深度、厚度、停采时间、顶板岩性、采矿方式、顶板管理方式等。2.2.3处理方案选择的工作内容，根据稳定性的定性评价结果，对于不稳定和基本稳定的采空区，考察其基本条件，对其处理方案作出初步选择，并估算其工程量和概算费用。主要考察的内容包括地下施工条件、顶板岩性及破碎情况、当地施工原材料供应情况等。2.3施设阶段2.3.16 勘察工作内容，在前两个阶段所获得的勘察成果基础上进行详勘，进一步较准确地确定地下采空区的大小、形状及范围、埋深、三带划分，较准确地建立采空区三维地质结构模型，为稳定性的定量评价提供必要的数据。在重点地段，可以布置钻探来对比物探异常点，修正前期的不准确数据。2.3.2稳定性评价工作内容，根据已收集和勘察的资料，应用预测评价方法及有限元法，进行采空区稳定性的定量评价，计算其在公路使用年限内的残余沉降及采空区地基承载力、采空区围岩的力学稳定性，分析路基和车辆荷载对采空区的影响，判断其是否构成采空区“活化”，的因素。2.3.3处治方法、工艺设计的工作内容，根据稳定性的定量评价结果，对于不稳定的和基本稳定的采空区，在初设阶段已确定的处理方案基础上，进行详细的处治方法和工艺设计，计算其工程量和预算费用。3采空塌陷区的治理方法高速公路为线形条带状工程，路堤属于柔性基础承受荷载，不均匀沉降量容易造成路基、路面结构开裂等。采空塌陷区的处治应借鉴构筑物下伏空洞的处理方法，同时，充分考虑公路工程特点与要求，结合具体的工程条件，研究适合不同采空塌陷区条件的处治技术，为高速公路设计及施工提供科学技术方法，这对穿越矿区的高速公路建设是十分重要的。目前高速公路下伏采空塌陷区治理可采取四类方法：(1)采用综合措施提高路堤抗变形能力。(2)桥跨或板跨法通过采空塌陷区，该方法对下伏采空塌陷区有一定要求，造价较高，工程中较少采用。6 (3)释放采空塌陷区沉降潜力，可以采用井下复采、爆破法、堆载预压、高能级强夯法、水诱导沉降法等，使采空塌陷区的后期沉降大幅度减小，该方法对浅部采空塌陷区的处治是十分有效的。(4)对采空塌陷区进行加固处理，可细分为全充填注浆加固法、注浆加固采空塌陷区围岩结构法和局部支撑加固法等，因其安全性较高，工程造价相对较低，故国内外常采用此法来处理地下采空塌陷区。结束语随着科学技术的发展，各国科技人员为了开发和利用废弃老采空区土地，提高矿区土地利用率，缓解矿区土地资源紧缺的矛盾，开展了开采沉陷区土地资源的开发和利用工作已经取得了丰硕成果。在采空区上方兴建工业厂房和民用建筑群的成功实例日益增多。工程实践表明，只要掌握了采空区的空间特征、岩层的移动、变形与破坏规律，按照严格的采空区勘察程序，在正确勘察和危害性评价基础上，对不同类型的采空区地基进行有针对性的处理，在采空区上方兴建高速公路、大跨度隧道和桥涵等是完全可能的。参考文献[1]胡思继.交通运输学[M].人民交通出版社，2001.[2]彭富强.公路养护与管理（公路与桥梁业务）[M].人民交通出版社，2002.[3]黄成光.公路隧道施工[M].人民交通出版社，2001.6'