专利名称：一种采空区上覆岩体浅层加固方法
技术领域：
本发明属于土木工程加固技术领域，特别是涉及一种采空区上覆岩体浅层加固方法。
背景技术：
采空区是指地下矿体被采出后留下的空区，由于开采矿床，在岩土体中形成了各式各样的空间(如巷道、采场)，破坏了岩体的自然平衡状态，改变了岩体的原始应力场而产生次生应力场。在次生应力场作用下，上覆岩体失去原有的平衡，产生移动、变形甚至破坏。这种采空区上覆岩体的移动、变形和破坏，在空间上，由采空区逐渐向周围扩展并最终达到地表；在时间上，由静止逐渐开始微弱移动，经过中间激烈移动阶段，最后达到新的平衡并停止移动。目前，对于采空区的处理，通常采用的方法为采空区充填，以达到预防和控制地表产生沉陷的目的。比如，采用充填注浆的方式，全部充填采空区，从而实现支撑采空区上覆岩层，以彻底消除地表沉陷隐患。除采用充填技术外，其它采空区处治方法还有(1)采用注浆柱、井下砌墩柱和大直径钻孔桩或直接采用桩基法局部支撑覆岩或地面构筑物，减小采空区空间跨度，防止顶板的垮落；(2)通过注浆加固和强化采空区围岩结构，充填采动覆岩断裂带和弯曲带岩土体剥离层、裂缝，使之形成一个刚度大、整体性好的岩板结构，有效抵抗塌陷采空区向上发展，使地表只产生相对均衡的沉陷，以保证地表构筑物的安全；此外，还可以通过堆载预压法、高能级强夯法和水诱导沉降等方法加速老采空区活化和覆岩沉陷过程，消除对地表安全有较大威胁的地下空洞，在沉陷基本稳定后再开发利用地表土地。下列文献表明上述采空区处理方法在不同工程领域已经得到广泛应用[1]岩溶区路基塌陷防治的灌浆技术.陈忠平，冶金矿山设计与建设；2001年第3期；[2]柏井采空区地基注浆加固技术.张志沛，水文地质工程地质，1997年第1期；[3]锦州至阜新高速公路煤矿采空区处治设计.刑玉车，杨昊，东北公路，2001年第4期；[4]京珠高速公路耒宜段下伏采空区的处理.王茂文，中南公路工程，2001年第2期；[5]高速公路隧道穿越采空区的处治方法.杨绍波，山西建筑，2004年第3期；[6]粉煤灰水泥流态回填在唐津高速公路采空区的应用.王联芳，马立峰，刘桂君，粉煤灰综合利用，1999年第4期；[7]浅埋采空区加固技术及工程管理.韩延清，本溪冶金高等专科学校学报，2001年第1期；[8]原煤炭工业部.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程.北京煤炭工业出版社；[9]采空区地基评价与处理技术.张俊英，矿山测量，2001年第2期.
随着我国工程建设规模的不断扩大，大量工程建设过程中会遇到采空区问题。虽然充填注浆处理方法取得了一定的成效，但对于某些埋深相对较深且地下空区形态及分布不规则的采空区区域，采用注浆充填的方法面临一系列难题。首先是由于地下空区的形态及分布不规则，造成在实际注浆充填过程中浆液难以按照既定的路线实施充填，从而导致空区充填效果的不可预知；其次由于浆液的收缩性，使得浆液在凝固过程中产生泌水、收缩，从
3而导致实际充填不满，而且浆液中水泥含量越小，泌水和收缩率越大；最后，由于地下空区一般比较大，因而导致注浆成本巨大。而且注浆往往工效较低、工期长、可控性差。
发明内容
本发明采空区上覆岩体浅层加固方法，正是为了解决前述采空区处治方法的不足，将连续配筋混凝土板与锚杆桩技术有机地结合起来，在采空区相对埋深较大，采空区形态及分布不规则区域，实现对采空区经济、高效地处理，保证采空区上部结构物的安全。本发明的技术方案是一种采空区上覆岩体浅层加固方法，具体包括如下步骤 1. 1成孔，在采空区上方地表按2 : 的间距钻孔，所述钻孔垂直向下；
1. 2向每个钻孔中插入两根或多根并列焊接的螺纹钢，所述螺纹钢的一端露出地表 l(Tl5Cm，再将一次注浆管和二次注浆管插入所述没钻孔中；
1. 3 一次注浆，首先通过一次注浆管进行一次注浆至孔口出浆，拔出一次注浆管； 1. 4 二次注浆，一次注浆浆液初凝后，通过二次注浆管进行二次压力注浆，形成锚杆桩，其中，所述注浆压力为^MPa ；
1.5地表浇筑混凝土板，配置单层或多层配筋，锚杆桩露出地表部分与混凝土板中配筋焊接，形成采空区地表浅层加固结构。本发明的另一目的是提供一种对难于成孔的极差地层采空区上覆岩体浅层加固方法，具体包括如下步骤
2.1成孔，采用套管跟进钻机成孔或自钻式锚杆钻机成孔；
2. 2成孔后向所述套管中插入两根或多根并列焊接的螺纹钢筋，所述螺纹钢筋的一端露出地表l(Tl5cm，再插入一次注浆管和二次注浆管；
2. 3 一次注浆，首先通过一次注浆管进行一次注浆至孔口出浆，拔出一次注浆管； 2. 4 二次注浆，一次注浆浆液初凝后，通过二次注浆管进行二次压力注浆，形成锚杆桩，其中，所述注浆压力为^MPa ；
2. 5地表浇筑混凝土板，配置单层或多层配筋，锚杆桩露出地表部分与混凝土板中配筋焊接，形成采空区地表浅层加固结构。进一步，所述一次注浆管为直径4cm普通塑料管。进一步，所述二次注浆管材质与一次注浆管相同。进一步，所述二次注浆管下端5m范围内沿注浆管轴线方向每隔Im布置截面为圆形的出浆孔，并用胶带封所述出浆孔。 进一步，所述二次注浆管底端采用止浆塞封口，并用胶带密封。本发明的有益效果是本发明保证了采空区上伏地基的处理效果，缩短了采空区上伏地基处理的施工周期，节约了施工费用，且混凝土板及注浆技术都较为成熟，在实际施工中易于实现。同时本发明也可应用于其它软弱地基处理工程领域。
图1采空区上覆岩体浅层加固结构平面图。图2采空区上覆岩体浅层加固结构A-A剖面图。图3锚杆桩结构B-B剖面图。
图4 二次注浆管示意图。图5 二次注浆管C-C剖面示意图。图中1.混凝土板、2.钻孔、3. 二次注浆管、4.螺纹钢筋、5.出浆孔、6.止浆塞。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的结构、措施作详细阐述。图1为采空区上覆岩体浅层加固结构平面图。在锚杆桩形成后，地表浇筑混凝土板1，配置双层配筋，锚杆桩螺纹钢筋4露出地表部分与混凝土板1中配筋焊接，在浇筑连续配筋混凝土板时，每天浇筑结束或浇筑中断时间超过30min时，使用端头模板设横向施工缝，继续浇筑时，凿毛接缝的表面并用清水冲洗干净，待表面潮湿但无积水时继续浇筑。施工缝之间应相互错开。图2是采空区上覆岩体浅层加固结构A-A剖面图。首先利用机械在采空区上方地表按2 : 的间距施工钻孔2，所述钻孔垂直向下，孔内装有螺纹钢筋4及二次注浆管3。 螺纹钢筋露出地表10 15cm，并与混凝土板1中配筋焊接。对于极差岩层，可以采用套管跟进钻机或自钻式锚杆钻机形成锚杆桩。所述锚杆桩与混凝土板共同形成采空区上覆岩体浅层加固结构。图3是锚杆桩B-B剖面图。钻孔2完成后每个钻孔中插入两根或多根并列焊接的螺纹钢筋4，露出地表l(Tl5cm，将二次注浆管3插入钻孔中。一次注浆直至孔口浆液溢出并养护M小时后，利用二次注浆管进行压力注浆，浆液与钻孔周围岩体形成注浆体，相邻注浆体相互咬合，形成采空区上部岩土体的咬合连续体。图4、图5是二次注浆管示意图及横断面图。二次注浆管3长度略长于钻孔长度， 保证露出钻孔口。下端5m范围内沿注浆管轴线方向每隔Im布置出浆孔5，出浆孔采用手电钻对穿钻孔，每组出浆孔5为四个，沿二次注浆管3四周均勻排列，并用胶带封好。二次注浆管3底端采用止浆塞6封口，并用胶带封好。对难于成孔的极差地层，具体包括如下步骤
2. 1成孔，采用套管跟进钻机成孔或自钻式锚杆钻机成孔；
2. 2成孔后向所述套管中插入两根或多根并列焊接的螺纹钢筋4，螺纹钢筋4露出地表 l(Tl5cm，再插入一次注浆管和二次注浆管3;
2. 3 一次注浆，首先通过一次注浆管进行一次注浆至孔口出浆，拔出一次注浆管； 2. 4 二次注浆，一次注浆浆液初凝后，通过二次注浆管3进行二次压力注浆，形成锚杆桩，其中，所述注浆压力为^MPa ；
2. 5地表浇筑混凝土板，单层或多层配筋，锚杆桩露出地表部分与混凝土板中配筋焊接，形成采空区地表浅层加固结构。本发明保证了采空区上伏地基的处理效果，大大缩短了采空区上伏地基处理的施工周期，节约了施工费用，且混凝土板及注浆技术都较为成熟，在实际施工中易于实现。同时本发明也可应用于其它软弱地基处理工程领域。
权利要求
1. 一种采空区上覆岩体浅层加固方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤 1. 1成孔，在采空区上方地表按2 : 的间距钻孔(2)，所述钻孔(2)垂直向下； 1.2向每个钻孔(2)中插入两根或多根并列焊接的螺纹钢(4)，所述螺纹钢(4)的一端露出地表l(Tl5cm，再将一次注浆管和二次注浆管(3)插入所述每个钻孔(2)中； 1. 3 一次注浆，首先通过一次注浆管进行一次注浆至孔口出浆，拔出一次注浆管； 1. 4 二次注浆，一次注浆浆液初凝后，通过二次注浆管(3)进行二次压力注浆，形成锚杆桩，其中，所述注浆压力为^MPa ；1.5地表浇筑混凝土板，配置单层或多层配筋，锚杆桩露出地表部分与混凝土板中配筋焊接，形成采空区地表浅层加固结构。
2.一种采空区上覆岩体浅层加固方法，其特征在于具体包括如下步骤 2. 1成孔，采用套管跟进钻机成孔或自钻式锚杆钻机成孔；2. 2成孔后向所述套管中插入两根或多根并列焊接的螺纹钢筋(4)，所述螺纹钢筋(4) 的一端露出地表l(Tl5cm，再插入一次注浆管和二次注浆管(3)；2. 3 一次注浆，首先通过一次注浆管进行一次注浆至孔口出浆，拔出一次注浆管； 2. 4 二次注浆，一次注浆浆液初凝后，通过二次注浆管(3)进行二次压力注浆，形成锚杆桩，其中，所述注浆压力为^MPa ；2.5地表浇筑混凝土板，配置单层或多层配筋，锚杆桩露出地表部分与混凝土板中配筋焊接，形成采空区地表浅层加固结构。
3.根据权利要求1或2所述的加固方法，其特征在于，所述一次注浆管为直径4cm普通塑料管。
4.根据权利要求1或2所述的加固方法，其特征在于，所述二次注浆管(3)材质与一次注浆管相同。
5.根据权利要求1或2所述的加固方法，其特征在于所述二次注浆(3)管下端5m范围内沿注浆管轴线方向每隔Im布置截面为圆形的出浆孔(5)，并用胶带封闭所述出浆孔(5)。
6.根据权利要求1或2所述的加固方法，其特征在于，所述二次注浆管(3)底端采用止浆塞(6)封口，并用胶带密封。
全文摘要
本发明属于土木工程加固技术领域，特别是涉及一种采空区上覆岩体浅层加固方法，以及该方法中所使用的专用工具。本加固方法的实施主要包括如下步骤1.1成孔，即施工时在采空区上方地表按2～3m的间距钻孔，所述钻孔垂直向下；1.2向每个钻孔中插入两根或多根并列焊接的螺纹钢，露出地表10~15cm；1.3将注浆管插入钻孔中，进行压力注浆，形成锚杆桩；1.4地表浇筑混凝土板，单层或多层配筋，锚杆桩露出地表部分与混凝土板中配筋焊接。所述锚杆桩与混凝土板共同形成采空区上覆浅层岩土加固结构。本发明缩短了采空区上伏地基处理的施工周期，节约了施工费用，且混凝土板及注浆技术都较为成熟，在实际施工中易于实现。本发明也可应用于其它软弱地基处理工程领域。
文档编号E02D3/12GK102425155SQ20111025128
公开日2012年4月25日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者吴顺川, 金爱兵, 高永涛 申请人:北京科技大学