一种岩土体裂隙综合治理方法

1.本发明涉及采动裂隙治理领域，具体为一种岩土体裂隙综合治理方法。


背景技术：

2.岩土体裂隙制约着土地资源的利用，现有的很多土地由于受到岩土体裂隙影响而直接废弃，在雨水的冲刷下，这些土地会变得更加恶劣，甚至会对地下水资源造成不良影响。采动裂隙是最常见的岩土体裂隙，采动裂隙一般包括深处的采场裂隙，还有地表裂隙，现有技术中对于采动岩土体裂隙的处理主要是对地表区域填埋新土，复垦后作为农田使用，但是这种方式需要大量的泥土，而泥土来源少，且随着时间的推移，深处的采场裂隙逐渐压缩，造成地表重新沉降成洼地，雨季容易造成积水，难以继续使用，或者需要继续用新土填埋复垦。而将这种区域作为地基使用，进行地面建构筑物施工更是难上加难，对此，现有技术中也提出了对采场裂隙进行注浆来提高地表稳定性的方法，但是采场裂隙是看不见且无法抵达的区域，因此注浆加固方案的优劣对于地面能否作为地基使用影响很大。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种岩土体裂隙综合治理方法，包括如下步骤：
4.s1，疏排充分采动区上方的积水，清理淤泥；然后剥离地表采动裂隙区上方一定厚度的土体，待后期覆土使用；
5.s2，找寻地表采动裂隙区上残存的采动裂隙，探测其深度，对于浅裂隙直接用土填充，对于深裂隙先采用细砂填充深部然后再用土填充浅部；采用压路机压实地表采动裂隙区；
6.s3，自地表采动裂隙区向采场裂隙区施工注浆钻孔，包括自充分采动区向垮落带充分垮落区施工的第一注浆钻孔和自非充分采动区向非充分垮落区施工的第二注浆钻孔，注浆钻孔采用自内而外的环形布置形式，其中最内的一环注浆钻孔可以设计为一字型；
7.优选的，充分采动区的第一注浆钻孔间距应小于非充分采动区的第二注浆钻孔间距。
8.s4，注浆钻孔施工至垮落带顶界处时停止钻进，采用自制的钻进花管替换常规钻头继续钻进，钻进花管底端钻进至煤层底板一定深度，上端留存入导水裂隙带一定长度，然后取出钻进花管上部的钻具；在注浆钻孔顶部设置钢套管形成套管段，钻进花管与钢套管之间为裸孔段，套管段的底端需固定于持力层；
9.优选的，钻进花管主体为空心套管，下端为钻头，空心套管外壁设置有螺旋肋，螺旋肋上均布有出浆孔。
10.s5，自内而外依次成环对第一注浆钻孔注浆，采用粉煤灰与水的混合浆体注浆，先低浓度注浆，后期提高注浆浓度；选择一部分第二注浆钻孔作为注浆抽水两用孔，在第一注浆钻孔注浆时，利于注浆抽水两用孔抽出浆液中泌出的水；
11.优选的，低浓度浆体的粉煤灰体积占比约50％，高浓度浆体的粉煤灰体积占比大于75％。
12.s6，对第二注浆钻孔进行注浆，注入伴有细砂的粉煤灰浆液，先低浓度注浆，之后进行高浓度注浆，同时选择一部分第二注浆钻孔作为注浆抽水两用孔，利于注浆抽水两用孔抽排水；
13.优选的，低浓度时粉煤灰和细砂的总体积占比约50％，高浓度时粉煤灰和细砂的总体积占比大于75％。
14.优选的，还包括步骤s7，检验注浆效果，以相近的四个注浆钻孔为一组，计算每组注浆钻孔所覆盖区域的纯充填体实际注入体积作为实际注入量，确定标准注入量，标准注入量指设计的需要达到的纯充填体注入体积，或者在工况相同时，大部分组注浆钻孔可以达到的纯充填体注入体积，若实际注入量未达到标准注入量，则在该组的四个注浆钻孔的中心重新施工一个补注钻孔，通过补注钻孔进行高浓度注浆，高浓度浆体的粉煤灰体积占比大于75％。
15.进一步的，在地基处理需求比较高的区域，可以再增加补注钻孔的量以提高采场裂隙充填效果。
16.s8，注浆结束后，对注浆钻孔进行封孔，注浆钻孔内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物直至套管段内一定高度，在套管段的钢套管顶端接长一段灌注桩钢管，灌注桩钢管上均布有注浆孔；
17.s9，在地表采动裂隙区上方先铺设防渗层，然后采用煤矸石和粉煤灰的混合物回填来施工找平层，最后在找平层上施工覆土层；
18.铺设防渗层具体为，先铺设厚度约10cm的粉煤灰胶凝材料，粉煤灰胶凝材料由粉煤灰、水泥和水混合制备；然后再铺设一层厚3mm的防水涂层，防水涂料为粉煤灰、水泥、乳液混合制成的复合涂料，乳液为苯丙乳液和/或丙烯酸乳液。
19.施工找平层具体为，采用煤矸石和粉煤灰的混合物自下而上分层回填，粉煤灰使用前喷水至湿度为25％，采用压路机分层碾压紧实；
20.施工覆土层具体为，在找平层上部回填土体，回填厚度不小于500mm，采用压路机碾压紧实，所述回填土体包含步骤s1剥离的土体。
21.优选的，还包括步骤s10，进行地面建构筑物施工，将建构筑物的钢筋桩直接与钢管灌注桩连接，作为建构筑物支撑桩，向钢管灌注桩和钢套管内灌注桩基材料。
22.有益效果：本发明提出了一种岩土体裂隙综合治理方法，对于上部的地表采动裂隙区主要包括清理、剥土、填充裂隙，铺设防渗层、回填找平层、施工覆土层的步骤；采用细砂与土配合充填地表采动深裂隙，利用细砂的流动性充填深部，利用泥土的粘聚性充填浅部在压路机的压力下与周围土体密接成一体。对于采场裂隙区，采用自内而外依次成环的注浆方案，可以提高注浆浆液扩散半径，提高单孔注浆量，减小注浆钻孔施工数量，同时在非充分采动区设置抽水孔，注浆的浆液经过充分垮落区的过滤，粉煤灰留置于内，水泌出至非充分垮落区，通过抽水孔将水抽排，避免水占据采场裂隙，占据注浆空间。本发明设计的钻进花管，一方面设置螺旋肋利于钻入垮落带破碎岩体，另一方面利用均匀布置的出浆孔提高浆液在各个层位处注入浆体量的均衡性，使得形成的注浆圆台上下直径差别小，支撑性能好。此外，给出了注浆效果检验方法及提高方式，将补注钻孔设计在每四个注浆钻孔的
中心可以提高补充注入量。本发明在套管段的钢套管顶端接长一段灌注桩钢管，灌注桩钢管上均布有注浆孔；后续进行地面建构筑物施工时，可以将建构筑物的钢筋桩直接与钢管灌注桩连接，作为建构筑物支撑桩，并向钢管灌注桩和钢套管内灌注桩基材料，大大提高桩基稳定性。
附图说明
23.图1是本发明岩土体裂隙综合治理方法示意图，上为平面俯视图，下为垂直剖面图；
24.图2是图1中a处放大图；
25.图3是图1中b处放大图；
26.图中：地表采动裂隙区1、充分采动区11、非充分采动区12、充分采动区与非充分采动区分界线/充分采动区边界13；采场裂隙区2、裂隙闭合区21、裂隙张开区22、充分垮落区23、非充分垮落区24、岩层垮落线25；注浆钻孔3、第一注浆钻孔31、第二注浆钻孔32、注浆抽水两用孔33、补注钻孔34；套管段41、裸孔段42、钢管灌注桩43；钻进花管5、钻头51、螺纹肋52、出浆孔53；加固层6包括防渗层61、找平层62和覆土层63；煤岩柱7、煤岩柱内边界在地面投影71。
具体实施方式
27.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行更为详细的描述。
28.如图1-3所示，一种岩土体裂隙综合治理方法，包括如下步骤：
29.s1，疏排充分采动区11上方的积水，清理淤泥；然后剥离地表采动裂隙区1(包括充分采动区11和非充分采动区12)上方一定厚度的土体，待后期覆土使用；
30.s2，找寻地表采动裂隙区1上残存的采动裂隙，探测其深度，对于浅裂隙直接用土填充，对于深裂隙先采用细砂填充深部然后再用土填充浅部；采用压路机压实地表采动裂隙区；
31.土体的流动性差于细砂，对于深裂隙，采用土体直接填充容易造成裂隙深部充填不到，充填土体悬空至裂隙浅部，对此本发明创造性的提出采用细砂与土配合充填地表采动深裂隙，利用细砂的流动性充填深部，利用泥土的粘聚性充填浅部在压路机的压力下与周围土体密接成一体；
32.s3，自地表采动裂隙区1向采场裂隙区2施工注浆钻孔3，包括自充分采动区11向垮落带充分垮落区23施工的第一注浆钻孔31和自非充分采动区12向垮落带非充分垮落区24施工的第二注浆钻孔32，注浆钻孔3采用自内而外的环形布置形式，其中最内的一环注浆钻孔可以设计为一字型；如图1所示实施例为矩形采动区域，第一注浆钻孔31自内而外分为三环，第一环采用一字形，第二注浆钻孔32设置一环；
33.垮落带分为充分垮落区23和非充分垮落区，充分垮落区23上方的岩土体充分垮落，因此充分垮落区23需承受上覆岩土体所有重量，其内破碎岩体压缩量大，裂隙率低，且充分垮落区23正上方的导水裂隙带裂隙闭合，构成裂隙闭合区21；非充分垮落区24破碎岩体受采场边界煤岩柱7的悬臂支撑效应，压缩量小，裂隙率大，非充分垮落区24正上方的导水裂隙带裂隙呈张开状态，构成裂隙张开区22；考虑注浆钻孔的浆液扩散范围(半径)，充分
采动区的第一注浆钻孔间距应小于非充分采动区的第二注浆钻孔间距。
34.s4，注浆钻孔3施工至垮落带顶界处时停止钻进，采用自制的钻进花管5替换常规钻头继续钻进，钻进花管5底端钻进至煤层底板一定深度，上端留存入导水裂隙带一定长度，然后取出钻进花管5上部的钻具；在注浆钻孔3顶部设置钢套管形成套管段41，钻进花管5与钢套管之间为裸孔段42，套管段41的底端需固定于持力层；
35.钻进花管5主体为空心套管，下端为钻头51，空心套管外壁设置有螺旋肋52，螺旋肋52上均布有出浆孔53。
36.s5，自内而外依次成环对第一注浆钻孔31注浆，即首先对最内环的第一注浆钻孔31进行注浆，如图1所示实施例第一环第一注浆钻孔采用一字形(成排)，然后依次对外环的第一注浆钻孔31进行注浆；采用粉煤灰与水的混合浆体注浆，注浆时，先低浓度注浆，粉煤灰体积占比50％，以提高浆液扩散范围，注浆体在注浆钻孔下部一般呈圆台结构，因此后期提高注浆浓度，粉煤灰体积占比大于75％，以此提高圆台上部的直径，提高支撑体的支撑效果；
37.在对第一注浆钻孔31进行注浆时，选择一部分第二注浆钻孔32作为注浆抽水两用孔33，即在第一注浆钻孔31注浆时，利于注浆抽水两用孔33抽出浆液中泌出的水，以此提高粉煤灰的注入量，避免水占据采场裂隙，即占据注浆空间。
38.关于注浆方面，本发明创造性的提出采用自内而外依次成环的注浆方案，采场裂隙中部为裂隙量少的裂隙闭合区21和充分垮落区23，外周为裂隙量大的裂隙张开区22和非充分垮落区24，自内而外注浆，浆液容易向裂隙量大即阻力小的区域扩散，如此可以提高注浆浆液扩散半径，提高单孔注浆量，减小注浆钻孔施工数量。同时创造性的提出了选择一部分第二注浆钻孔32作为注浆抽水两用孔的方案(即在非充分采动区设置抽水孔)，注浆的浆液经过充分垮落区的过滤，粉煤灰留置于内，水泌出至非充分垮落区，通过抽水孔将水抽排，避免水占据采场裂隙，占据注浆空间。此外，本发明创造性的提出了设置钻进花管5的方案，注浆钻孔难于穿透垮落带破碎岩体，现有技术在注浆时仅仅将注浆钻孔施工的垮落带顶界即进行注浆，浆液扩散无序，而采用本发明设计的钻进花管，一方面设置螺旋肋52利于钻进花管钻入垮落带破碎岩体，另一方面利用均匀布置的出浆孔53提高浆液在各个层位(垮落带不同高度)处注入浆体量的均衡性，使得形成的注浆圆台上下直径差别小，支撑性能好。
39.s6，对非充分采动区12的第二注浆钻孔32进行注浆，注入伴有细砂的粉煤灰浆液，细砂利于浆液的沉淀泌水，使得清水在上，先采用低浓度注浆方案，粉煤灰和细砂的总体积占比约50％，然后进行高浓度注浆，粉煤灰和细砂的总体积占比大于75％，同时选择一部分第二注浆钻孔32作为注浆抽水两用孔33，利于注浆抽水两用孔33抽排水；最后对那部分作为注浆抽水两用孔33的第二注浆钻孔32仅进行高注浆，粉煤灰和细砂的总体积占比大于75％；
40.s7，检验注浆效果，以相近的四个注浆钻孔3为一组，计算每组注浆钻孔3所覆盖区域的纯充填体(粉煤灰或者粉煤灰与细砂之和)实际注入体积作为实际注入量；确定标准注入量，标准注入量指设计的需要达到的纯充填体注入体积，或者在工况相同时，大部分组注浆钻孔可以达到的纯充填体注入体积，若实际注入量未达到标准注入量，则利用该组注浆钻孔再次注浆，若注浆钻孔堵孔无法注入，则在该组的四个注浆钻孔的中心重新施工一个
补注钻孔33(如图1所示)，采用高浓度注浆方案，粉煤灰体积占比大于75％；
41.将补注钻孔33设计在每四个注浆钻孔的中心，即补注钻孔位于四个注浆钻孔注入后形成的四个圆台中心，如此可以提高补充注入量；当然，在地基处理需求比较高的区域，可以再增加补注钻孔33的量以提高采场裂隙充填效果。
42.一般而言，第一注浆钻孔31、第二注浆钻孔32、注浆抽水两用孔33、补注钻孔34只有在无法注入粉煤灰浆体/伴有细砂的粉煤灰浆液或者注浆压力达到最大泵压时才停止注浆。
43.s8，注浆结束后，对注浆钻孔3进行封孔，注浆钻孔内填入矸石、粉煤灰、水的混合膏状物直至套管段41内一定高度，在套管段41的钢套管顶端接长一段灌注桩钢管43，灌注桩钢管43上均布有注浆孔；
44.s9，在地表采动裂隙区上方施工加固层6，具体的先铺设防渗层61，然后采用煤矸石和粉煤灰的混合物回填来施工找平层62，最后施工覆土层63，使地表采动裂隙区1满足作为地基的要求；
45.铺设防渗层61具体为，先铺设厚度约10cm的粉煤灰胶凝材料，粉煤灰胶凝材料由粉煤灰、水泥和水混合制备；然后再铺设一层厚3mm的防水涂层，防水涂料为粉煤灰、水泥、乳液混合制成的复合涂料，乳液为苯丙乳液和/或丙烯酸乳液。
46.施工找平层62具体为，采用煤矸石和粉煤灰的混合物自下而上分层回填，粉煤灰使用前喷水至湿度为25％，采用压路机分层碾压紧实；
47.施工覆土层63具体为，在找平层62上部回填土体，回填厚度不小于500mm，采用压路机碾压紧实，所述回填土体包含步骤s1剥离的土体。
48.s10，岩土体裂隙经上述步骤综合治理后，达到作为地基的需求；后续进行地面建构筑物施工时，可以将建构筑物的钢筋桩直接与钢管灌注桩43连接，作为建构筑物支撑桩，并向钢管灌注桩43和钢套管内灌注桩基材料，如水泥，水泥会自出浆孔流入找平层，进一步提高桩基稳定性。