采空区处治宽度的确定

采空区处治宽度由路基地面宽度、维护带宽度、采空区覆岩影响宽度3部分组成，具体数值按公式计算(倾斜岩层路线与岩层走向平行或斜交)：

B=D+2ds+(2hcotφ+H1cotβγ+H2cotγ) (1)

式中：B为垂直公路中线水平方向宽度(m);D为路基地面宽度(m);ds为路基维护带一侧宽度(m);h为松散土层厚度(m);H为采空区上覆基岩厚度宽度(m);φ为松散层移动角(°);β为下山方向采空区上覆基岩移动角(°);γ为上山方向采空区上覆基岩移动角(°)。

采空区处治深度的确定

采空区地基处理深度确定应符合下列规定：当处理范围位于内边缘区及中间区时，其处理深度Hd应为地面至需处理的最下层采空区底板下1~2 m处;当需处理范围位于外边缘区时，可按以下公式计算：

Hd=he+h' (2)he=Hd–ltanδ (3)

式中：he为外边缘区采空区移动影响带以下的深度(m);h'为移动影响带以下的处理深度，取5~10 m为宜;l为注浆孔距采空区边界的距离(m)。

采空区注浆处治设计

1、注浆材料的选择

不同的浆液材料性能有所不同，根据实际工程情况，在施工中选择较为合适的注浆材料，应考虑以下几点：浆液粘度低、流动性好，可以进入细小裂隙;浆液的稳定性良好，具有一定的抗压和抗拉强度，固化后与岩石、混凝土由良好的胶结性;材料来源丰富，价格便宜，浆液配置方便，操作简单。一般情况下注浆材料宜以水泥、粉煤灰、粘性土等材料为主，在满足设计要求的条件下，可选用其他替代材料;当采空区空洞、裂隙发育或存在采空区积水时，可配合灌注砂、石屑、砾石、矿渣等粗骨料。

公路下伏采空区常见注浆材料情况见表4，从表4可知，注浆法治理采空区注浆材料选择一般以水泥粉煤灰为主，也有水泥泥土或者水泥黄土等材料，注浆材料的选择要因地制宜。

2、注浆参数设计

(1)注浆压力是控制注浆质量、提高注浆效益的关键因素，直接影响浆液的扩散能力。若注浆压力较低，压浆量达不到设计要求，对地层的填充、挤密作用将会减弱，达不到预期的治理效果;而压力过高，又会导致地层结构破坏，浆液顺着破坏的地层裂缝大量流失，造成浪费。

注浆压力与很多因素有关，如采空区垮落带的裂隙、裂隙的分布大小、水文地质条件等，压力标准比较复杂，一般是通过现场注浆试验确定，也可由式(4)估算，施工中再做调整。

式中：P为注浆压力(有效全压力，MPa);Pb为孔口压力(MPa);Hc为受注层段1/2处至孔口压力表的浆液柱高度(m);ρc为浆液相对密度;Hw为静水位受注层段1/2处的浆液柱高度(m);ρw为水的相对密度。

(2)注浆量是注浆过程重要的参数，可用于估算注浆成本，注浆总量按下式计算：

Q总 = A×S×m×K×ΔV×η/C (5)

式中：Q总为采空区总注浆量(m³);A为注浆总量浆液损耗系数，取值在1.0~1.5之间;S为采空区治理面积(㎡);m为采空区煤层厚度(m);K为煤层回采率，根据现场资料选取;ΔV为采空区残余空隙率，根据现场资料选取;η为注浆充填系数，取值在0.75~0.95之间;C 为浆液结石率，取值在 0.7~0.95。

(3)浆液扩散半径r1是一个重要的参数，其对注浆工程量及造价具有重要的影响，通过式(6)进行估算。

r1=(3kh1r0t/βn)1/3 (6)

式中：r1为浆液的扩散半径(cm);k为注砂土的渗透系数(cm/s);h1为注浆压力，以“cm”水柱高表示;r0为注浆管半径(cm);t为注浆时间(s);β为浆液粘度对水的粘度比;n为砂土的孔隙率(%)。

(4)钻孔布置。工程钻孔分为帷幕孔、注浆孔、构造孔三种钻孔。采空区处治区沿轴线两侧以及沿轴线横线最边缘两排为帷幕孔，孔距15 m;一般路基段：注浆孔是根据各段采空区分布特点沿公路轴线布设，孔距15~30 m，排拒15~30 m。构造孔指沿构造物每个基础设计单位分别布设一个注浆孔。钻孔应使用测量仪器定点放样，钻孔实际位置不应超过设计位置1.0 m。

3、采空区注浆施工工艺

现场注浆试验

根据设计要求，注浆工程正式施工前，必须进行注浆试验工作，用来验证或调整设计初拟的施工参数，并根据试验结果最终确定注浆压力、注浆量、注浆配比、注浆时间等参数。

注浆施工工艺

注浆及间歇注浆开始前须用清水洗孔，压水时间不得小于10 min，将受注段岩石裂缝，裂隙中的充填物带走，使浆液扩散范围加大。注浆浆液的浓度，先稀后稠，逐渐变浓地进行。

注浆开始时，对泵的吸浆量和孔口压力每20 min观测一次，当孔口压力大于等于1.0 MPa时，每5 min观测一次。施工时先注浆两侧的帷幕孔，在施工注浆中间的注浆孔。

注浆结束的标准

注浆孔，当孔口压力大于等于0.6 MPa，注浆量稳定在50~70 L/min时，稳定在15 min以上或周围有冒浆现象时，达到注浆结束标准;帷幕孔，当孔口压力在0.5~2.0 MPa，基岩吸浆量稳定在5~20 L/min，采空区吸浆量稳定在20~50 L/min时，稳定在30 min以上或周围有冒浆现象时，达到注浆结束标准。

结束标准，根据正式施工前的注浆试验和注浆过程中的具体情况调整(图1)。

注浆法施工工艺流程

采空区注浆质量检测

由于采空区治理工程的隐蔽性和复杂性，要求必须对智利的最终效果进行检验，目的是确定采空区治理施工是否满足工程设计要求。采空区质量检查技术和方法有钻探检查、物探检测、压水试验、压浆试验和地表沉陷观测。

钻探取芯率检查是通过检查采空区注浆段的取芯率评价注浆效果，主要用来反映采空区注浆段的充填情况，适用范围广;物探检测方法主要通过对比注浆前后的物探成果来评价注浆充填效果，最常用的物探方法有电磁波CT、地震波CT和全孔壁光学成像法;压水试验通过对比注浆前后土体的透水率评价注浆充填效果;压浆试验通过压浆量及周边注浆孔注浆量对比，对充填效果进行评价;变形观测主要是对施工中和施工后的采空区地面进行沉降观测，对采空区稳定性进行评价。

在复杂的工程中，单一检测手段可能无法满足工程需求。因此，在实际工程中，需要结合工程的实际情况，在试验基础上提出经济合理、技术可行的检测手段。