賈鵬云

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

某公路K1205+740—K1206+300段為司馬煤業(yè)1102和1103采煤工作面，受采空區(qū)影響，地表形成沉陷裂縫和沉陷盆地，造成地面大面積積水，滲水高度1～2 m，最深達(dá)4 m，形成濕軟地基，土質(zhì)軟弱，對路基的穩(wěn)定性造成很大影響，需要采取一定的措施，確保路基安全和穩(wěn)定。

1 工程地質(zhì)概況

該路段地貌上屬盆地中部平微區(qū)，地形平坦，高差較小。地形由東向西傾斜，地表出露地層主要為Q3黃土，局部為Q2粉土，河谷地帶為Q4砂土及粉土，現(xiàn)大部分為耕地。

地基土主要以飽和粉質(zhì)黏土、粉土為主，呈軟塑-流塑狀，土黃色-灰黑色為主，片狀分布有腐殖質(zhì)土，灰黑色，腥臭味，大量蘆葦根系分布。其中上部7.5～11.0 m左右呈飽和、流塑-軟塑狀，天然含水率為27%～32%，孔隙比在0.93～0.98，飽和度為94%～100%，具中高壓縮性，地基承載力基本容許值[fao]＝70～90 kPa。其下為可塑粉質(zhì)黏土、中密粉土，地基承載力基本容許值[fao]＝170～180 kPa。

2 路基穩(wěn)定性分析

2.1 采空區(qū)穩(wěn)定性評價[1]

采空區(qū)變形是一個復(fù)雜長期的過程，采空區(qū)地基穩(wěn)定性受地質(zhì)條件、開采方式、采深、采厚、開采時間等多種因素影響。因此，采空區(qū)穩(wěn)定性按停采時間和地表移動變形預(yù)計法來綜合評價，單一巷道采用極限平衡分析方法來進(jìn)行評價。

2.1.1 巷道穩(wěn)定性評價

根據(jù)《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-03—2011）附錄D.0.5-1：

式中：p0為路基基底壓力，除路基本身荷載外還包括行車荷載，kPa；γ為巷道上覆巖層加權(quán)平均重度，kN/m3；φ為巷道上覆巖層加權(quán)平均內(nèi)摩擦角，（°）。

根據(jù)相關(guān)資料，巷道與路線前進(jìn)方向夾角51°～90°，巷道位于地表下埋深264 m，設(shè)計標(biāo)高下275 m，上覆土層厚度160 m，基巖平均厚度104 m。巷道底板標(biāo)高均為679 m，巷道高度為3.5 m，巷道寬度為5 m。

松散土層的重度取值18.6 kN/m3，巖石重度取27.5 kN/m3，φ取值30°。p0=210 kN/m2，臨界采深Hcr，可按式（1）計算。

根據(jù)采空區(qū)的實際埋深和臨界深度的比值，可求得采空區(qū)頂板的穩(wěn)定系數(shù)Fs=H/Hcr，進(jìn)而對小窯采空區(qū)場地的穩(wěn)定性進(jìn)行評價。式中H為巷道頂板的實際深度，m；Hcr為巷道頂板的臨界深度，m。

代入式（1）計算，可得Hcr=26.57 m，巷道頂板位于路線設(shè)計標(biāo)高下275 m，穩(wěn)定系數(shù)Fs=10.4，根據(jù)表1穩(wěn)定性等級評價標(biāo)準(zhǔn)，巷道對路基的穩(wěn)定性無影響。

表1 單一巷道式采空區(qū)場地穩(wěn)定性等級評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2 場地穩(wěn)定性評價

按煤礦工作面的停采時間，路線范圍內(nèi)煤礦工作面停采時間為2～10年，根據(jù)《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-03—2011）表4.2.1-1進(jìn)行評價（見表2），礦區(qū)大部分地表移動變形的活躍期基本結(jié)束，處于變形衰退期，采空區(qū)場地基本穩(wěn)定，但殘余變形仍繼續(xù)存在，且存在時間和空間上的不確定性，對路基的穩(wěn)定性有一定影響。

表2 場地穩(wěn)定性評價表

2.1.3 地基穩(wěn)定性評價

地基穩(wěn)定性評價采用地表移動變形預(yù)計法評價。

2.1.3.1 最大移動和變形量預(yù)計

a）最大下沉量：W=mqcosα，式中α為煤層傾角；下沉系數(shù)q取0.78；m為煤層開采累計厚度。

b）最大傾斜值：i=w/r=w/(H/tgβ)，式中r為主要影響半徑。

c）最大水平移動：U=bw，式中水平移動系數(shù)b取值為0.25。

d）最大曲率值：K=±1.52W/r2.

e）最大水平變形值：ε=±1.52bW/r.

依據(jù)上述公式，經(jīng)計算煤礦采空區(qū)變形主要參數(shù)見表3。

表3 采空區(qū)最大變形參數(shù)表

2.1.3.2 剩余變形量的計算

根據(jù)煤礦工作面的停采時間，估算剩余空隙率，比對穩(wěn)定性評價標(biāo)準(zhǔn)，對采空區(qū)穩(wěn)定性進(jìn)行評價，評價結(jié)果如表4。

表4 采空區(qū)剩余變形參數(shù)表

通過計算，依據(jù)《采空區(qū)公路設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T D31-03—2011），對采空區(qū)公路地基穩(wěn)定性進(jìn)行評價,采空區(qū)剩余傾斜值、曲率值和水平變形值均小于允許路基變形值，采空區(qū)已基本穩(wěn)定。

2.2 采空沉陷區(qū)濕軟地基穩(wěn)定性評價

2.2.1 濕軟路基穩(wěn)定性分析[2]

根據(jù)《公路軟土地基路堤設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則》3.2.2采用有效固結(jié)應(yīng)力法進(jìn)行穩(wěn)定驗算，根據(jù)理正巖土軟件計算，穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.01，不滿足規(guī)范要求。

表5 穩(wěn)定安全系數(shù)容許值

2.2.2 濕軟路基沉降分析

主固結(jié)沉降采用分層總和法計算，計算參數(shù)采用壓縮模量Es，主固結(jié)沉降Sc：

2.3 綜合評價

通過以上計算分析，該段采空區(qū)的變形參數(shù)指標(biāo)，剩余傾斜值、曲率值和水平變形值均小于允許路基變形值，采空區(qū)已基本穩(wěn)定，對公路工程無影響。采空沉陷造成的濕軟路基穩(wěn)定與沉降不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行處治。

3 處治方案

濕軟地基的處治方案受地形、地質(zhì)、工程類型以及施工方案等影響，本項目采用擠密碎石樁[3]處治。

3.1 碎石樁設(shè)計

3.1.1 軟土地層分布

表6 軟土地層分布及路基填土高度一覽表 m

3.1.2 處治設(shè)計

碎石樁樁徑采用50 cm，樁間距1.2 m，呈梅花型布置，樁長要求穿透濕軟層，進(jìn)入持力層2 m，并結(jié)合沉降計算滿足工后沉降要求，坡腳處理寬度不小于2 m。碎石樁要求碎石的粒徑2～5 cm，含泥量不大于5%。

樁頂設(shè)1 m厚墊層，墊層采用石渣，墊層的技術(shù)要求為：含泥量不大于5%，最大粒徑小于30 mm，粒徑小于20 mm的部分不超過總重的45%。

3.2 碎石樁施工

按照規(guī)定，碎石樁的施工前應(yīng)做成樁試驗，試樁時要嚴(yán)格控制水壓、電流和振沖器在固定深度位置的留振時間。

3.3 碎石樁檢測

表7 碎石樁質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)

3.4 加固前后對比

表8 加固前后對比一覽表

4 結(jié)論

本文通過對采空沉陷區(qū)的穩(wěn)定性分析，采空區(qū)剩余傾斜值、曲率值和水平變形值均小于允許路基變形值，采空區(qū)已基本穩(wěn)定，對路基無影響；采空沉陷造成的濕軟路基穩(wěn)定與沉降不滿足規(guī)范要求，需要進(jìn)行處治。通過采取碎石樁加固地基的處治方案，并且提出施工和檢測的注意要求，經(jīng)檢測，該采空沉陷區(qū)處治后工后沉降滿足規(guī)范要求。