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        工業(yè)固廢CFB 灰渣注漿充填采空區(qū)施工技術(shù)研究

        2021-11-24 07:33:37吳志勇
        商品與質(zhì)量 2021年9期
        關(guān)鍵詞:混凝土工程施工

        吳志勇

        山西路橋第四工程有限公司 山西大同 037046

        1 項(xiàng)目概況

        國(guó)道209 呂梁改線工程施工項(xiàng)目位于呂梁新城區(qū)(方山縣至中陽(yáng)縣金羅鎮(zhèn)),該項(xiàng)目作為省級(jí)重點(diǎn)工程項(xiàng)目,是工業(yè)固廢CFB灰渣材料循環(huán)利用示范工程之一;改線工程總里程74.65km,全線地處呂梁山區(qū),地質(zhì)地形條件復(fù)雜,橋隧比高達(dá)40%,標(biāo)段內(nèi)橋梁總計(jì)16.43km/48 座,橋梁平均跨徑超過(guò)300m,大橋占比較高,標(biāo)段內(nèi)隧道總計(jì)14.38km/10 座,隧道平均長(zhǎng)度超過(guò)1.4km,大部分屬于中長(zhǎng)隧道;由于線路需穿越大面積的煤礦采空區(qū),經(jīng)工程勘察統(tǒng)計(jì),線路穿越采空區(qū)面積超過(guò)40 萬(wàn)m3,工程面臨較大的采空區(qū)充填加固需求;本改線施工項(xiàng)目已于2019 年開工建設(shè),預(yù)計(jì)工期3 年,工程總投資規(guī)模超過(guò)70 億元。

        2 工業(yè)固廢CFB 灰渣混凝土材料概述

        經(jīng)工程勘察發(fā)現(xiàn),改線工程沿線需穿越大面積的煤礦采空區(qū),采空區(qū)面積超過(guò)40 萬(wàn)m3,為了保證公路路基、橋梁樁基礎(chǔ)及隧道開挖斷面的穩(wěn)定性,必須提前對(duì)沿線采空區(qū)進(jìn)行充填注漿加固處治;龐大的充填方量無(wú)疑會(huì)加劇項(xiàng)目成本,采用傳統(tǒng)的水泥混凝土注漿充填工藝,將消耗大量的水泥和粉煤灰材料,對(duì)于粉煤灰不易得地區(qū),必然加重采空區(qū)處治成本;經(jīng)工程勘察實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn),項(xiàng)目沿線工礦企業(yè)聚集,沿線CFB 灰渣資源極其豐富,且尚未找到高效、綠色的循環(huán)處理途徑,且經(jīng)試驗(yàn)證明,CFB 灰渣混凝土的施工和易性較粉煤灰混凝土更高,為了實(shí)現(xiàn)廢物循環(huán)利用和采空區(qū)低成本充填加固處治的雙贏,本項(xiàng)目最終擬采用CFB灰渣混凝土對(duì)沿線采空區(qū)進(jìn)行充填加固[1]。

        CFB 灰渣是經(jīng)由燃煤發(fā)電廠循環(huán)流化床鍋爐后產(chǎn)生的底渣,CFB 灰渣材料中的硫化物含量較高,在堿性環(huán)境下,易與水泥等膠凝材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生AFT 產(chǎn)物,致使CFB 混凝土體積膨脹,進(jìn)而形成致密的填充物;根據(jù)脫硫工藝的不同,煤經(jīng)鍋爐在不同溫度下燃燒后,產(chǎn)生的產(chǎn)物略有差別,對(duì)于濕法脫硫工藝而言,煤炭的燃燒溫度介于1100℃-1600℃之間,產(chǎn)生的底渣約占煤炭總質(zhì)量的9%,產(chǎn)生大量細(xì)度更高的飛灰,對(duì)于干法脫硫工藝而言,煤炭的燃燒溫度較低,介于730℃-930℃之間,產(chǎn)生的低渣約占煤炭總質(zhì)量的45%,在拌和CFB 灰渣混凝土?xí)r,需要使用大量的水,以滿足與膠凝材料反應(yīng)的基本條件。

        3 采空區(qū)注漿充填施工工藝研究

        為了滿足改線工程施工項(xiàng)目采空區(qū)填充的現(xiàn)實(shí)需求,同時(shí)控制施工總體成本,最終制定了CFB 灰渣混凝土充填加固采空區(qū)的施工方案,本文就該項(xiàng)目加固施工過(guò)程中涉及到注漿填充工藝進(jìn)行深入分析,希望為后續(xù)同類采空區(qū)處治項(xiàng)目提供標(biāo)準(zhǔn)化的施工方案參考。

        3.1 注漿成孔

        注漿孔的現(xiàn)場(chǎng)布置方式應(yīng)結(jié)合工程勘察資料并配合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定,注漿孔道布置應(yīng)首先保證注漿的可行性和便捷性,在滿足上述前提下,盡量選用梅花形布置形式,孔道間距維持在15m-20m 范圍內(nèi),排間距也維持在15m-20m 范圍內(nèi),排間應(yīng)交叉布設(shè),以提高注漿的均勻性和協(xié)調(diào)性;鉆孔結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括孔深、孔徑量大要素,孔深應(yīng)根據(jù)采空區(qū)埋設(shè)深度確定,孔道應(yīng)深入到原煤層底板以上1m 范圍內(nèi),孔道應(yīng)采用變截面形式設(shè)計(jì),鉆進(jìn)至基巖后應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大孔徑,孔道內(nèi)應(yīng)下鋼護(hù)壁套管,以保證注漿通道的順暢性[1]。

        3.2 注漿材料拌和

        注漿選用CFB 灰渣混凝土材料,選材堅(jiān)持“因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理”的基本原則,灰渣混凝土拌和用膠凝材料選用P.O.32.5 普通硅酸鹽水泥[2],同時(shí)添加一定比例的粉煤灰和粘土,粉煤灰的細(xì)度等級(jí)應(yīng)達(dá)到2、3 級(jí),灰渣混凝土的水膠體比應(yīng)控制在較高水平,以保證灰渣混凝土的施工和易性和流塑性滿足充填作業(yè)要求,拌和后的CFB 灰渣混凝土的強(qiáng)度不能低于0.6MPa,為了減少拌和用水量,提高混凝土凝結(jié)硬化速率,應(yīng)添加適當(dāng)比例的減水劑和速凝劑,速凝劑的模數(shù)應(yīng)控制在2.4-3.4 之間;在拌和前,應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)CFB 灰渣的各項(xiàng)指標(biāo),保證灰渣的燒失量補(bǔ)償10%,硫化物分?jǐn)?shù)不能超過(guò)7%,游離性氧化劑分?jǐn)?shù)不能超過(guò)40%,灰渣中的重金屬浸出濃度及放射性等級(jí)均應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求;拌和同步應(yīng)澆筑試驗(yàn)試件,凝固后對(duì)其進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),保證充填物的強(qiáng)度滿足加固處治要求。

        3.3 注漿壓力控制

        在正式填充過(guò)程中,必須重點(diǎn)控制好注漿壓力指標(biāo),確保注漿的均勻性及漿液凝固后的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求,通過(guò)工程試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),采空區(qū)充填壓力與漿液的可達(dá)半徑呈正相關(guān)關(guān)系,因此,在采空區(qū)圍巖沖擊強(qiáng)度允許的前提下,建議盡量增加充填強(qiáng)度,以保證漿液的可達(dá)性和凝結(jié)強(qiáng)度更高,但無(wú)需過(guò)分提高壓力指標(biāo),以避免不必要的材料浪費(fèi)[2];注漿停止標(biāo)準(zhǔn)以注漿泵壓力為準(zhǔn),當(dāng)注漿泵流量表下降到30L/min 且維持該流量指標(biāo)30min 以上時(shí),認(rèn)為注漿作業(yè)臨近尾聲,待注漿口壓力超過(guò)2.5MPa 后,應(yīng)隨時(shí)做好停止注漿準(zhǔn)備。

        3.4“跑漿”現(xiàn)場(chǎng)控制

        在采空區(qū)注漿過(guò)程中,由于采空區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,隨時(shí)可能出現(xiàn)“跑漿”等事故,為了確保注漿現(xiàn)場(chǎng)的安全、可控,必須針對(duì)可能出現(xiàn)的“跑漿”問(wèn)題做好現(xiàn)場(chǎng)控制。經(jīng)工程地質(zhì)勘察發(fā)現(xiàn),采空區(qū)局部存在開裂和坍塌風(fēng)險(xiǎn),經(jīng)高壓注漿后,漿液沖破頂部開裂裂縫,出現(xiàn)了不同程度的“跑漿”問(wèn)題;為了控制“跑漿”,避免影響采空區(qū)的填充質(zhì)量和效率,首先應(yīng)在平面圖上圈定出“跑漿”路徑和主要“跑漿”位置,通過(guò)分析位置及路徑信息獲取完整的“跑漿”路線圖[3],在注漿過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)路線圖隨時(shí)調(diào)整注漿壓力,當(dāng)遇到“跑漿”點(diǎn)時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低注漿壓力,削減單位時(shí)間的注漿量,采用緩慢注漿,均勻滲透的方式一方面完成薄弱區(qū)域的注漿填充,另一方面可以依靠注漿漿液密實(shí)“跑漿”縫隙。

        4 結(jié)語(yǔ)

        綜上,本文以國(guó)道209 呂梁改線工程采空區(qū)充填注漿加固施工項(xiàng)目為研究背景,在闡述工業(yè)固廢CFB 灰渣混凝土材料的特性及生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上;重點(diǎn)對(duì)CFB 灰渣混凝土材料在采空區(qū)的充填注漿施工工藝進(jìn)行深入分析,初步明確了標(biāo)準(zhǔn)的充填注漿加固工藝流程,希望能對(duì)其它同類采空區(qū)處治項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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