許志琴

(山西呂梁路橋有限公司，山西呂梁 033000)

近年來(lái)，我國(guó)公路建設(shè)取得了巨大成就。隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向中西部的轉(zhuǎn)移，公路(特別是高速公路)穿越采空區(qū)的情況越來(lái)越多。以山西為例，因長(zhǎng)期煤炭開(kāi)采形成的采空區(qū)面積達(dá)2萬(wàn)km2，是山西土地面積的1/8。山西孝義某村采空區(qū)塌陷情況見(jiàn)圖1。在公路建設(shè)中，采空區(qū)的存在給公路路基穩(wěn)定及行車安全留下了嚴(yán)重的安全隱患。在陜西榆林地區(qū)，長(zhǎng)期的煤炭開(kāi)采造成神木(見(jiàn)圖2)、府谷、榆陽(yáng)等縣區(qū)大面積采空區(qū)，采空區(qū)自然塌陷形成了塌陷地震，每年至少10余起，造成路面開(kāi)裂、塌陷等。采空區(qū)如不及時(shí)處治，導(dǎo)致的地表沉陷、山體滑落、路橋凹陷等，將對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的影響。公路穿越采空區(qū)的路基穩(wěn)定是我國(guó)公路建設(shè)者必須面對(duì)的一個(gè)難題。在我國(guó)，主要是采用注漿提高路基的穩(wěn)定性。本文介紹了利用城市垃圾回填來(lái)提高采空區(qū)路基穩(wěn)定性的新思路。

圖1 山西孝義某村采空區(qū)塌陷

圖2 陜西神木采空區(qū)塌陷形成的路面裂縫

1 采空區(qū)對(duì)路基的影響

公路路基下伏煤礦采空區(qū)是一類特殊的巖土工程問(wèn)題。采空區(qū)是由人為挖掘或者天然地質(zhì)運(yùn)動(dòng)在地表下面產(chǎn)生的“空洞”，隱伏性強(qiáng)、空間分布規(guī)律差、采空區(qū)頂板冒落塌陷情況難以預(yù)測(cè)。在采空區(qū)上方修建公路時(shí)，公路路基的承載力及穩(wěn)定性受采空區(qū)頂板的沉陷變動(dòng)影響極大，會(huì)出現(xiàn)突然塌陷、開(kāi)裂、隆起等，造成路面局部破壞，產(chǎn)生裂縫、波浪狀起伏、凹陷等病害。公路路基下伏的采空區(qū)給公路建設(shè)帶來(lái)了巨大困難，一般盡量避開(kāi)。但是，在公路建設(shè)中，又不可避免地要穿越采空區(qū)，相應(yīng)地給路基、路面及橋隧等的正常運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)與潛在危害。

近年來(lái)，隨著我省高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展。晉焦高速、太舊高速等都不可避免的遇到了煤礦采空區(qū)難題，進(jìn)行了一定的試驗(yàn)研究，取得了不小的成果。從總體效果來(lái)看，采空區(qū)治理最有效的處治是進(jìn)行填充，是提高采空區(qū)穩(wěn)定性最有效的方法。2009年，河北進(jìn)行了尾礦回填礦山采空區(qū)的充填采礦技術(shù)推廣，取得了明顯的環(huán)境效益、資源效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。總體上說(shuō)，在我國(guó)，采空區(qū)公路建設(shè)尚處于初步階段，特別是對(duì)于多層復(fù)雜煤礦采空區(qū)的處理問(wèn)題尚缺乏成功經(jīng)驗(yàn)。

城市垃圾是城市中固體廢物的混合體，包括工業(yè)垃圾，建筑垃圾和生活垃圾。我國(guó)是世界上城市垃圾包袱最沉重的國(guó)家之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)城市垃圾歷年堆放總量高達(dá)70億t，絕大部分是露天堆放，造成了土地浪費(fèi)，不僅影響城市景觀，還容易造成二次污染等。城市垃圾處治方式主要有填埋、堆肥、焚燒，其中在我國(guó)以填埋為主要處理方式，不僅占地面積大，還存在嚴(yán)重的二次污染。

有學(xué)者提出，將地面堆放的城市垃圾處治與地下采空區(qū)填充治理理念相結(jié)合，利用城市垃圾填充采空區(qū)，變兩廢為兩利，從而遏制環(huán)境污染，減少國(guó)土損失，尋求人和自然的和諧統(tǒng)一。

2 城市垃圾填充采空區(qū)的研究現(xiàn)狀

在目前，采空區(qū)加固主要有封閉、崩落、加固和充填四類方法。其中，填充法是使用充填材料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填處理，使得充填體與圍巖共同作用，達(dá)到有效控制地壓和防止地表塌陷等目的，是最有效、最徹底、環(huán)保效果最好的加固方法。

2.1 傳統(tǒng)的采空區(qū)填充加固措施

在我國(guó)的金屬礦山中，充填開(kāi)采技術(shù)成熟，應(yīng)用較多。在煤礦中，已經(jīng)推廣如膏體充填、矸石充填、無(wú)煤柱充填等充填技術(shù)并進(jìn)行實(shí)踐研究，取得了一些成果。但是，全國(guó)上萬(wàn)座礦山，歷年累積的井巷、采空?qǐng)雒娣e巨大，有效的處理方法是膠質(zhì)(高聚物)充填，其成本太高(包括填充材料及設(shè)備等)，且工程量大、工藝復(fù)雜、效率相對(duì)較低，充填技術(shù)在煤炭行業(yè)應(yīng)用不廣泛。因此，在采空區(qū)治理中，主要得通過(guò)降低充填材料成本和選擇各類充填置換方法來(lái)實(shí)現(xiàn)有效治理。

2.2 利用城市垃圾充填采空區(qū)開(kāi)展的一些研究

利用城市垃圾充填采空區(qū)的基本思路是:將經(jīng)過(guò)集中、篩選、分類回收后廢棄的固體垃圾廢棄物，進(jìn)行預(yù)處理后，用于采空區(qū)填充，從而提高地表穩(wěn)定性?？梢钥闯觯M(jìn)行城市垃圾和采空區(qū)的復(fù)合處理，不僅有利于城市垃圾的潔凈處理，而且還有利于采空區(qū)災(zāi)害的治理和國(guó)土資源的再生利用，從而形成垃圾處理產(chǎn)業(yè)格局，降低垃圾處理費(fèi)用，避免垃圾堆放占地。

目前，在我國(guó)利用城市垃圾充填采空區(qū)的研究較少。2000年，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所谷志孟等提出了關(guān)于用城市垃圾回填礦山采空區(qū)的環(huán)境治理問(wèn)題，為城市垃圾處理和解決礦山采空區(qū)的問(wèn)題提供了新思路。2002年，馮長(zhǎng)根提出了用城市垃圾充填采空區(qū)是緩解耕地緊缺和填埋垃圾占地的一種良好方法。2009年，河南科技大學(xué)李一帆等以某城市垃圾充填附近礦山采空區(qū)為例，采用離散單元法對(duì)利用垃圾充填和自然崩落兩種采空區(qū)處理產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了分析。可以看出，在我國(guó)，利用城市垃圾進(jìn)行采空區(qū)處治的應(yīng)用尚無(wú)實(shí)例，處于起步階段，還需要探索和研究。在國(guó)外也沒(méi)有關(guān)于這類型的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)和應(yīng)用實(shí)例?？梢哉f(shuō)，開(kāi)發(fā)和研究利用城市垃圾進(jìn)行采空區(qū)處治，是一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的環(huán)境綜合治理舉措。

將城市垃圾的消納和采空區(qū)處治作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是行之有效的環(huán)境綜合治理方法，有利于推進(jìn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。將其應(yīng)用于公路穿越采空區(qū)的地基加固，對(duì)于解決公路穿越采空區(qū)這一難題，大幅降低工程成本具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 利用城市垃圾進(jìn)行采空區(qū)路基加固需解決的問(wèn)題

山西煤炭資源分布廣泛，采掘歷史悠久。在過(guò)去幾十年的公路建設(shè)歷程中，大部分高速公路和部分一、二級(jí)公路都遭遇到了采空區(qū)這一難題，給公路建設(shè)增加不小的難度。公路穿越采空區(qū)，一般通過(guò)采空區(qū)注漿處治的方法解決，還有跨越法、強(qiáng)夯法、開(kāi)挖回填法等，總的來(lái)說(shuō)成本較高。

在交通部頒布的JTG/T D31-03-2011采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則中，對(duì)公路穿越采空區(qū)的地基容許變形、回填料壓實(shí)度、回填質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等提出了很高要求。

表1為《采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》中的公路穿越采空區(qū)的地基容許變形值。

表1 公路穿越采空區(qū)的地基容許變形值

采空區(qū)的移動(dòng)變形具有隱蔽性、復(fù)雜性、突發(fā)性、長(zhǎng)期性等特點(diǎn)，公路穿越采空區(qū)時(shí)，其路基處治的質(zhì)量直接決定著公路建設(shè)和使用質(zhì)量。利用城市垃圾進(jìn)行采空區(qū)加固在我國(guó)僅是起步階段，將其應(yīng)用于路基加固，投入工程實(shí)例，還需要解決好以下幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題:

1)需解決垃圾的分類及壓縮固化技術(shù)，固化后的承載性能技術(shù);

2)在地基加固中，垃圾材料充填的方法、工藝與設(shè)備等技術(shù);

3)必須考慮到城市垃圾填充后有可能導(dǎo)致的新的環(huán)境問(wèn)題。

把城市垃圾的消納和礦山采空區(qū)的處理復(fù)合成一項(xiàng)系統(tǒng)工程，使兩害變?yōu)閮衫七M(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)，采空區(qū)沉陷造成的地質(zhì)災(zāi)害及城市垃圾堆積產(chǎn)生的危害十分嚴(yán)重。將城市垃圾處理與采空區(qū)充填技術(shù)相結(jié)合，是一種行之有效的環(huán)境綜合治理新思路。利用城市垃圾充填采空區(qū)的技術(shù)進(jìn)行采空區(qū)地基加固，解決好亟需解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，可豐富資源開(kāi)采充填和垃圾處理方面的科學(xué)理論，對(duì)于提升我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的國(guó)際地位起到積極作用，對(duì)于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］劉 音，郭曉葭.城市垃圾充填煤礦采空區(qū)控制地表沉陷技術(shù)研究［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(4):7-9.

［2］谷志孟，白世偉.利用城市垃圾充填廢棄采礦空?qǐng)龅沫h(huán)境綜合治理建議［J］.科技進(jìn)步與對(duì)策，2000(1):54-56.

［3］王亞偉.公路下伏采空區(qū)處治技術(shù)研究［J］.山西交通科技，2013(1):10-11.

［4］JTG/T D31-03-2011，采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則［S］.