陽(yáng)泉礦區(qū)工程地質(zhì)特征及對(duì)策

王 海 祥

(山西國(guó)辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

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陽(yáng)泉礦區(qū)工程地質(zhì)特征及對(duì)策

王 海 祥

(山西國(guó)辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 陽(yáng)泉 045000)

結(jié)合陽(yáng)泉礦區(qū)的地質(zhì)特征，探討了適合該礦區(qū)的勘察方法，并闡述了斜坡場(chǎng)區(qū)、河流階地場(chǎng)區(qū)、填土場(chǎng)區(qū)、采空區(qū)場(chǎng)區(qū)以及河床、河漫灘場(chǎng)區(qū)的地基處理措施，以供參考。

礦區(qū)，地質(zhì)特征，地基處理措施，勘察方法

0 引言

陽(yáng)泉礦區(qū)地處太行山中段西側(cè)，以中～中低山地貌為主，區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重，地形起伏大，海拔標(biāo)高從650 m到1 100 m不等，除河床、河漫灘、河流階地較為平坦之外，多為陡峻的坡地，坡率多在20°～70°不等。在部分坡地、山頂、河流階地分布有厚薄不一的第四系中～晚更新世黃土、沖洪積成因的砂類土及卵石、坡積及殘積成因的碎石土覆蓋。河床及河漫灘等溝谷則以薄層～中厚層的第四系全新世河流沖洪積成因的卵石、砂礫、砂類土覆蓋。坡地、山脊多為石炭紀(jì)～二疊紀(jì)時(shí)期地層的巖石大面積出露。陽(yáng)泉礦區(qū)表現(xiàn)為“多山、多石、少土、少平地”的特點(diǎn)。陽(yáng)泉礦區(qū)煤炭資源豐富，埋藏淺，開(kāi)采條件優(yōu)越，交通便利，開(kāi)采歷史十分久遠(yuǎn)，北宋時(shí)已有煤炭開(kāi)采的記載。特別是從20世紀(jì)開(kāi)始逐步進(jìn)入煤炭開(kāi)采的全盛時(shí)期，在礦區(qū)形成了不同時(shí)期、不同規(guī)模、不同形式的各類采空區(qū)。由于多年的開(kāi)采結(jié)果，使得礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境遭受到嚴(yán)重的破壞，由此引發(fā)的地表沉陷、開(kāi)裂大范圍發(fā)生，甚至引起崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，“采空區(qū)”成為礦區(qū)建設(shè)中不可回避的主要工程地質(zhì)問(wèn)題。

1 礦區(qū)工程地質(zhì)特征

1.1 斜坡場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)特征

礦區(qū)斜坡場(chǎng)區(qū)表層多有黃土覆蓋，厚度一般在5 m～10 m，達(dá)15 m以上者較少，自上而下依次為粉土、粉質(zhì)粘土、碎石土、基巖。粉土多呈松散～中密狀態(tài)，偶有濕陷性，多為輕微濕陷等級(jí)，中等～嚴(yán)重濕陷偶遇；粉質(zhì)粘土多呈可塑～硬塑狀態(tài)，壓縮性多為中等；碎石土一般呈稍密～中密狀態(tài)，中等～低壓縮，在斜坡下部坡積裙部位置較厚，向上則逐漸變薄；基巖則以強(qiáng)風(fēng)化中～厚層的砂巖、泥巖為主，堅(jiān)硬程度以軟巖為主，裂隙發(fā)育，巖體質(zhì)量等級(jí)多為Ⅳ級(jí)～Ⅴ級(jí)，巖層產(chǎn)狀多平緩(傾角15°以下)，基巖面多與坡向一致。基巖面坡度多大于10%，部分場(chǎng)區(qū)基巖直接出露。

工程地質(zhì)特征表現(xiàn)為：土巖組合地基、地基不均勻，往往涉及邊坡問(wèn)題，地下水不發(fā)育。

1.2 河流階地場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)特征

河流階地分布于桃河、蒙河及義井河兩岸，主要分布于市政府～二礦一帶的桃河兩岸，在三礦賽魚(yú)、沙坪亦有分布，海拔標(biāo)高670 m～710 m之間。巖土組成以粉土、中～粗砂、礫砂為主，局部有粉質(zhì)粘土、卵石層，呈中密～密實(shí)狀態(tài)，中～低壓縮性為主，多呈直立陡坎，厚度10 m～20 m不等，不整合覆蓋于下部地層之上。

工程地質(zhì)特征：多數(shù)場(chǎng)區(qū)地基均勻，涉及邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，大多有地下水發(fā)育。

1.3 河床、河漫灘場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)特征

地區(qū)內(nèi)發(fā)育的桃河及支流呈狹長(zhǎng)帶狀分布。由沖～洪積成因的卵石、砂土、次生黃土組成，桃河河床及河漫灘河流堆積物厚度多在10 m以上，且以卵石為主。夾含砂粉土、粉質(zhì)粘土、中～粗砂、礫石。卵石粒徑大，多在50 mm～150 mm，含漂石，卵石含量在70%～90%。呈中密～密實(shí)狀態(tài)，低壓縮性，地下水發(fā)育，為潛水，局部為上層滯水。其他支流的卵石及砂土堆積物厚度較小(3 m～7 m)，多呈松散～稍密狀態(tài)。

工程地質(zhì)特征：桃河河床及河漫灘河流堆積物層位穩(wěn)定，一般具有雙層結(jié)構(gòu)，上下層卵石間夾有粉土、粉質(zhì)粘土或含砂粉土，粉質(zhì)粘土，愈靠下部愈密實(shí)。上層卵石有潛水或上層滯水發(fā)育，下層卵石含水則表現(xiàn)為承壓水性質(zhì)。壓縮性由上而下表現(xiàn)為中～低壓縮性過(guò)渡。支流密實(shí)程度差，有潛水發(fā)育。

1.4 填土場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)特征

礦區(qū)由于地形起伏大、地貌變化、土地緊張等原因多存在大挖大填現(xiàn)象，加之早期溝谷填土，礦山廢棄矸石堆放等，填土多成片出現(xiàn)。其成分有素填土、含生活和建筑物垃圾、工業(yè)廢棄物的雜填土，多未經(jīng)碾壓加固，呈松散狀態(tài)，且依地形起伏形成厚薄不一的填土區(qū)段。

工程地質(zhì)特征：填土成分復(fù)雜，多含塊石及粒徑較大的硬雜質(zhì)成分，結(jié)構(gòu)松散、厚度變化大、地基不均勻，高壓縮性，填土穩(wěn)定性差，涉及填土邊坡治理加固問(wèn)題，多不含地下水。

1.5 采空區(qū)場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)特征

煤礦采空區(qū)在陽(yáng)泉礦區(qū)范圍普遍存在，由于開(kāi)采時(shí)間、開(kāi)采方法、頂板管理方法以及埋深不同，使得采空區(qū)特征和對(duì)地表各類建筑設(shè)施的影響亦不同。區(qū)內(nèi)采空區(qū)的類型以及危害特征主要有：1)手工采煤階段形成的采空區(qū)，分布于礦區(qū)中～東部以及礦區(qū)東北周邊，埋深淺，一般在20 m～70 m，巷道呈網(wǎng)狀不規(guī)則分布，巷道多不支護(hù)，采空區(qū)空洞率高，一般無(wú)開(kāi)采資料可參考，對(duì)地表建筑設(shè)施危害大。2)地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦開(kāi)采形成的采空區(qū)，主要分布于礦區(qū)東部，開(kāi)采巷道一般不支護(hù)，以掘帶采巷道式開(kāi)采，后期有殘柱式、房柱式或個(gè)別短壁法開(kāi)采，采深多在80 m以內(nèi)，達(dá)到100 m以上的較少，20世紀(jì)80年代以前多沒(méi)有采掘資料，80年代以后有簡(jiǎn)單的采掘圖紙資料，但多數(shù)有多次復(fù)采現(xiàn)象，采場(chǎng)面積增大，回采率增高，地表變形以開(kāi)裂、沉陷為主，采空空洞率有所減小，危害大。3)現(xiàn)代化走向長(zhǎng)壁式采煤方法形成的采空區(qū)，主要分布于礦區(qū)南、西、北外圍范圍，有完整的采掘圖紙資料，采場(chǎng)面積大，頂板管理采用陷落法放頂工藝，引起地表劇烈變形，經(jīng)歷初始期、活躍期、衰退期，以后地表變形進(jìn)入殘余變形期，逐漸趨于穩(wěn)定，由于該采煤方法引發(fā)地表變形強(qiáng)烈，范圍大，多引發(fā)地表開(kāi)裂、沉陷、山體滑移、崩塌等嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)地表建筑設(shè)施會(huì)造成嚴(yán)重的損壞，但地表變形結(jié)束且穩(wěn)定后，采取合理的建筑及結(jié)構(gòu)措施，并進(jìn)行可靠的地基處理措施后，仍可進(jìn)行地面建筑。

2 勘察方法的選擇和處理措施

勘察依據(jù)設(shè)計(jì)階段對(duì)工程勘察工作的不同要求，劃分為可行性研究勘察、初步勘察、詳細(xì)勘察、施工勘察階段，但在區(qū)內(nèi)多數(shù)情況下，由于勘察資料積累豐富、工程規(guī)模較小等原因直接進(jìn)行詳細(xì)階段的勘察工作。只有個(gè)別大型項(xiàng)目有可行性研究、初步階段勘察，而施工勘察只有在工程地質(zhì)條件復(fù)雜的場(chǎng)區(qū)作為補(bǔ)充手段進(jìn)行。所以礦區(qū)勘察工作多按詳細(xì)階段勘察工作深度要求進(jìn)行。在不同的場(chǎng)區(qū)由于工程地質(zhì)條件不同，勘察方法選擇也有針對(duì)性，以查明場(chǎng)區(qū)主要工程地質(zhì)問(wèn)題。

斜坡場(chǎng)區(qū)勘察工作方法：鉆探、探槽、探井、場(chǎng)區(qū)及周邊工程地質(zhì)調(diào)查測(cè)繪，查明巖土層空間分布、基巖面起伏、下伏基巖賦存狀況、邊坡巖土構(gòu)成、巖土工程力學(xué)參數(shù)。

河流階地場(chǎng)區(qū)勘察工作方法：鉆探、探井、出露剖面實(shí)測(cè)、場(chǎng)區(qū)及周邊工程地質(zhì)調(diào)查及資料收集，查明巖土層空間分布、基巖面或下伏地層界面起伏、邊坡巖土構(gòu)成、巖土工程力學(xué)參數(shù)。

河床、河漫灘場(chǎng)區(qū)勘察工作方法：鉆探為主、動(dòng)力觸探、場(chǎng)區(qū)及周邊工程地質(zhì)調(diào)查及資料收集，查明巖土層空間分布、軟弱夾層分布、地下水賦存，巖土工程力學(xué)參數(shù)。

填土場(chǎng)區(qū)勘察工作方法：鉆探、動(dòng)力觸探、場(chǎng)區(qū)原始地形資料收集，查明填土層組成成分、空間分布，下伏地層賦存狀態(tài)、填土的工程力學(xué)參數(shù)。

采空區(qū)場(chǎng)區(qū)勘察工作方法：鉆探、物探、場(chǎng)區(qū)及周邊工程地質(zhì)調(diào)查及測(cè)繪，開(kāi)采資料的社會(huì)調(diào)查收集，已有建筑經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。查明巖土組成、覆巖構(gòu)成狀況，采空區(qū)埋深、開(kāi)采厚度、開(kāi)采方法、頂板管理方法、開(kāi)采(停采)時(shí)間、回采率、復(fù)采情況等。

3 地基處理措施

陽(yáng)泉礦區(qū)特有的工程地質(zhì)條件，決定了其相應(yīng)的地基處理措施選擇亦有本地區(qū)特色，國(guó)內(nèi)常用的地基處理辦法，在陽(yáng)泉礦區(qū)往往需要方法上的結(jié)合、工藝上的改進(jìn)，必須因地制宜，否則難以達(dá)到預(yù)期的效果。

3.1 斜坡場(chǎng)區(qū)

一般存在不均勻地基、表層土強(qiáng)度低等工程地質(zhì)問(wèn)題。常用灰土、毛石混凝土換填，局部基礎(chǔ)加深或采用樁基的措施。換填則依具體巖土分布情況挖軟換硬或鑿硬換軟的辦法，臺(tái)階狀開(kāi)挖分層換填，基礎(chǔ)加深一般至下伏強(qiáng)度較高的粘土層或較密實(shí)的碎石土層或基巖，樁基則將樁端置于下伏穩(wěn)定的碎石土或基巖上。當(dāng)?shù)乇矸弁粱蚱渌麖?qiáng)度較低的土層較厚時(shí)，采用夯實(shí)水泥土樁、擠密樁、樁錘夯擴(kuò)進(jìn)行處理也多取得理想效果。而預(yù)制樁、攪拌樁、CFG樁由于塊石及碎石存在，局部土層較密實(shí)等原因采用較少或不能采用。

3.2 河流階地場(chǎng)區(qū)

由于表層具有濕陷性，承載力低等特點(diǎn)，一般采用灰土換填、基礎(chǔ)加深措施。對(duì)于表層土層較厚、高層建筑以及荷載較大的工業(yè)設(shè)施，采用擠密樁、夯實(shí)水泥土樁、CFG樁復(fù)合地基。預(yù)制樁、攪拌樁成功的先例很少。

3.3 河床、河漫灘場(chǎng)區(qū)

多采用淺基礎(chǔ)，當(dāng)表層土松散或強(qiáng)度較低時(shí)采用天然級(jí)配的河卵石換填或基礎(chǔ)加深，天然級(jí)配的河卵石需要注意含泥量的控制，陽(yáng)泉礦區(qū)河床、河漫灘的卵石多符合含泥量標(biāo)準(zhǔn)可直接使用。高層建筑及荷載較大的工業(yè)設(shè)施則以樁基為主，樁端置于下伏穩(wěn)定密實(shí)的卵石層或基巖之上。

3.4 填土場(chǎng)區(qū)

填土多存在松散、厚度變化大，含較多塊石或建筑垃圾的特點(diǎn)，一般采用薄層挖除灰土、河卵石、級(jí)配碎石等換填，較厚層采用擠密樁(水泥土、灰土等)、DDC樁、柱錘夯擴(kuò)樁等復(fù)合地基，矸石或建筑垃圾為主的填土亦有采用注漿加固措施，強(qiáng)夯加固也有較好的效果，特別是對(duì)多年堆積的填土、已燃矸石采用強(qiáng)夯加固解決了大量礦區(qū)填土地基處理問(wèn)題，但需注意強(qiáng)夯加固深度的檢驗(yàn)和控制。高層及規(guī)模較大的工業(yè)市政設(shè)施則以樁基為主，樁端置于下伏穩(wěn)定密實(shí)的土層或基巖上。對(duì)厚層達(dá)15 m以上或者更厚的填土，如果是新填土應(yīng)采用分層碾壓回填，然后分層強(qiáng)夯加固的措施，而厚層老填土為矸石或碎石、塊石(含建筑垃圾)為主的填土，當(dāng)堆積時(shí)間足夠長(zhǎng)，煤矸石已經(jīng)自燃，采用表層強(qiáng)夯與中～深層注漿結(jié)合的處理辦法，適宜建筑一些變性要求低的輕型廠房或低層建筑，否則應(yīng)慎重。

3.5 采空區(qū)場(chǎng)區(qū)

陽(yáng)泉礦區(qū)采空區(qū)普遍分布，地表地形地貌及工程地質(zhì)條件各異，地表地基處理措施以所在場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)特征如前所述進(jìn)行處理。下伏采空區(qū)根據(jù)采空區(qū)特點(diǎn)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)分別采用不同的地基處理措施，其工程規(guī)模或投入往往較大。1)手工采煤階段形成的采空區(qū)，充分結(jié)合礦區(qū)建筑經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。一般采深達(dá)到45 m以上，開(kāi)采時(shí)間超過(guò)20年且回采率低于30%時(shí)，可進(jìn)行低層建筑，不處理采空區(qū)，僅采取合理的建筑或結(jié)構(gòu)措施(留設(shè)沉降變形縫、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度、加強(qiáng)基礎(chǔ)整體性)。否則需要進(jìn)行采空區(qū)處理，淺層采空區(qū)(多指20 m以內(nèi))采用挖除采空、強(qiáng)夯加固、樁基穿越的措施。再深一點(diǎn)的則以注漿充填處理為主。2)地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦開(kāi)采形成的采空區(qū)，分析方法同第一類，處理措施及對(duì)策也相似，但由于個(gè)別煤礦開(kāi)采引起的地表塌陷、開(kāi)裂，則需要對(duì)地表裂縫灌漿、灌砂充填，然后采用褥墊措施。3)現(xiàn)代化走向長(zhǎng)壁式采煤方法形成的采空區(qū)，該類采空資料準(zhǔn)確可靠，當(dāng)開(kāi)采結(jié)束10年以上，地表變形沉降已經(jīng)停止，可進(jìn)行多層住宅或低層房屋的建筑，但仍需要采取針對(duì)的建筑結(jié)構(gòu)措施。高層或大規(guī)模的工業(yè)設(shè)施，仍需對(duì)殘留空洞、覆巖裂隙進(jìn)行注漿充填加固，采用壓力灌漿充填措施，地表裂縫采用灌漿、灌砂充填加固，當(dāng)基底直接置于開(kāi)裂基巖之上時(shí)，需采用粗砂、礫砂或碎石褥墊層。同樣采取相應(yīng)的抗變形結(jié)構(gòu)或建筑措施。

4 結(jié)語(yǔ)

陽(yáng)泉礦區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，不良地質(zhì)作用發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境遭受了嚴(yán)重的破壞。將建筑場(chǎng)區(qū)根據(jù)地形地貌及地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分類，將各個(gè)類型的場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)特征進(jìn)行歸納、總結(jié)，采取相應(yīng)的勘察方法，探明或查明場(chǎng)區(qū)的主要工作地質(zhì)問(wèn)題，依次選擇制定合理對(duì)癥的地基處理方法或措施，避免不必要的投入或處理方法措施不當(dāng)，對(duì)以后礦區(qū)勘察及地基處理工作探討思路是有意義的。

The engineering geology characteristics and countermeasures of Yangquan mining area

Wang Haixiang

(ShanxiGuochenConstructionEngineeringSurvey&DesignLimitedCompany,Yangquan045000,China)

Combining with the geological characteristics of Yangquan mining area, this paper discussed the investigation methods suitable for the coal mine, and elaborated the foundation treatment measures of slope area, river terrace area, filling soil area, goaf area and river, floodplain area, for reference.

mining area, geological characteristic, foundation treatment measure, prospection method

1009-6825(2017)15-0066-03

2017-03-17

王海祥(1962- )，男，工程師

P642

A