露天采礦坑作為建筑用地的綜合治理關鍵技術淺析

孫 建 民

(山西機械化建設集團有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

據統計，全國僅煤炭行業，由于采煤引起的塌陷區已達到了11.5萬ha。山西省位居全國礦業大省之首，采礦區內因塌陷、坍塌、水土流失、巖石裸露形成的地質災害現象時有發生；因露天開采形成的巨大深坑，更是占據大量土地，嚴重影響了當地的生產和生活，城市周圍建設用地受此限制，土地資源越來越少。

本項目通過項目實例，針對露天采礦坑進行綜合有效治理，提出達到可用于建筑用地標準的綜合技術，實現了城市可持續發展，滿足市場的需求。

2 工程概況

2.1 工程簡況

陽泉某房地產項目，選址于廢棄的私企露天采礦坑區域，選址區域采礦坑最大深度53 m，面積約5萬m2，大部分區域為采礦后無規劃傾倒回填雜填土、巖塊等，堆積時間短，業主方擬采取挖除雜填土至基巖后再回填方式進行治理，形成建筑用地。

本采礦坑治理后，將作為33層住宅的人工地基，施工中結合上部建筑，對地基承載力的要求、造價要求、工期要求均要求處治方式必須達到安全可靠和最高性價比。

2.2 地質條件

根據勘察報告揭露，勘察深度范圍內，未揭露地下水。場地地基土自上而下分為4層，分述如下：

第①層填土：雜色，含泥巖塊、砂巖塊、頁巖塊、灰巖塊、煤矸石塊、粉土、碎石等，稍濕、松散～密實、欠固結。回填時是以傾倒未經處理，回填時間約2年。

第②層泥巖：灰黑色，破碎，主要礦物為石英、云母等，主要粘結物為粘土礦物，屬軟巖，具層理結構，巖芯成短柱狀，巖石質量等級為Ⅴ。

第③層泥巖：灰黑色，較完整，主要礦物為石英、云母等，主要粘結物為粘土礦物，屬軟巖，具層理結構，巖芯成短柱狀，巖石質量等級為Ⅳ。

第④層灰巖：灰色，中風化，隱晶質結構，主要為化學沉積物碳酸鈣，層狀構造或塊狀構造，巖芯成柱狀，為較軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

3 處治方式選擇和設計

3.1 總體設計思路

1)根據現有采礦坑地貌條件、作業面積，必須采用挖除上部雜填土至基巖后再回填方式；那么深填礦坑工后沉降穩定要求如何保證。根據以往在高填深挖類似項目中的施工經驗，設計采用了強夯法進行分層回填、分層加固。

2)填料選擇。

綜合考慮高填方填坑易于發生雨水下滲、地下水匯集等影響，第一：采礦坑下部，至少在底部，必須采用較大料徑、水穩性較好、滲透性較好的填料；考慮填方量大、經濟性的要求，礦坑底部填料因地制宜首先采用現場挖方區粒徑不大于30 cm的碎石類土作為回填料，上部填料可采用土石混合料；第二，在填方接近設計標高時，設置粘土隔水層。

3.2 原地基處理設計

首期場地上部土層主要為露天采煤所棄巖塊，堆積時間短，地基強度及變形不能滿足建設要求。針對這種情況，考慮可靠性和經濟性要求，分建筑物區域和非建筑物區域兩種方式進行處理。

3.2.1建筑物區域

1)對原有雜填土挖掘至基巖面后，再按每層2 m左右厚度分層堆填碎石類土，進行強夯處理，強夯能級擬采用5 000 kN·m。

2)樓座地段若基巖起伏小于5%時，整平至統一標高；基巖面變化較大且大于5%時，開挖設置臺階，對臺階分層回填后，與填筑體同步進行強夯地基處理。

3)待檢驗合格后，再進行上部土層的分層回填、分層強夯。

3.2.2非建筑物區域

1)采用挖除雜填土厚度不大于6 m(預留一層)，進行強夯處理。

2)檢測合格后，分層回填并進行強夯處理。

3.3 回填層強夯加固參數設計

因采用回填方式進行露天采礦坑處理，并最終作為建筑用地，尚無先例，故必須采用試夯方式確定其可行性和可靠性。

4 試夯設計及試夯結論

4.1 試夯目的

1)確定地基以及加固填土層有效加固深度；檢測處理后地基土的強度、承載力和變形指標。

2)通過試夯確定適宜于地基土質或填料的夯擊能及強夯各項參數。

3)校核采用設計能級、設計參數施工后，場地的平均沉降量。

4)校核強夯施工停夯標準等施工質量控制指標。

5)根據試夯后檢測結果，修正強夯參數，保證處理效果滿足設計要求。

4.2 試夯區參數確定

試夯區1∶5 000 kN·m強夯正方形布點，面積為60 m×40 m共2 400 m2。

試夯區2：

2-1試夯區，5 000 kN·m強夯三角形布點，面積為30 m×40 m共1 200 m2。

2-2試夯區，3 000 kN·m強夯三角形布點，面積為30 m×40 m，共1 200 m2。

4.3 強夯施工參數設計

強夯施工參數設計見表1～表3，布實圖見圖1～圖3。

表1 試夯區1強夯地基處理參數設計

表3 試夯區2-2強夯地基處理參數設計

4.4 試夯施工技術要求

1)強夯分三遍進行，點夯分兩遍隔行施工，滿夯一遍完成。每遍夯完，整平場地，進行下一道工序。

2)在填土與原土的搭接面開挖成階梯狀搭接，每3 m高設置不小于3 m的卸荷平臺，邊坡整體坡度不小于1∶1。

4.5 試夯分析及試夯結論

4.5.1試夯分析

1)夯擊數—夯沉量關系曲線。根據強夯現場施工記錄中數據，計算出每擊夯沉量平均值，并以此繪制出夯擊數—夯沉量關系曲線，見圖4～圖6。2)試夯前后地面高程變化數據對比分析見表4。

表4 試夯前后地面高程變化數據對比分析

4.5.2試夯結論

通過本次試夯成果綜合分析，試夯段土的物理力學性質已有明顯改善，試夯均滿足、且測試結果大于設計要求，試夯處理后的地基土復合承載力均達到180 kPa以上。

針對5 000 kN·m能級強夯正方形和正三角形兩種布點形式，正三角形5.5 m布點形式夯沉量大，效果好，且更經濟，故最終選用兩種強夯參數：

1)5 000 kN·m能級強夯正三角形布點強夯。

回填厚度按虛鋪厚度6.5 m一層控制，鋪料時按每層約2 m分層堆填攤鋪，點夯夯擊能為5 000 kN·m，夯點間距5.5 m，呈正三角形布置；每點夯擊14擊，且最后兩擊的夯沉量不大于100 mm；滿夯能級為2 000 kN·m，滿夯4擊，錘印搭接不小于1/4d。

2)3 000 kN·m能級強夯正三角形兩種強夯。

回填厚度按虛鋪厚度4 m一層進行分層強夯加固，鋪料按每層約2 m厚度分層堆填，點夯夯擊能為3 000 kN·m，夯點間距4.5 m，呈正三角形布置；每點夯擊12擊，且最后兩擊的夯沉量不大于50 mm；滿夯能級為2 000 kN·m，滿夯3擊，錘印搭接不小于1/4d。

4.6 大面積回填加固施工

4.6.1采礦坑處理前開挖

1)場地處理區挖除雜填土厚度不大于6 m，樓座處理區挖至基巖面處。

2)施工區搭接面開挖成階梯狀搭接，每3 m高設置不小于3 m的卸荷平臺，邊坡整體坡度不小于1∶1。

根據地形、地勢作好防洪及排水(截水)系統。利用場區永久或臨時排水系統，排除場地水流或洼地積水。

4.6.2采礦坑分層回填、分層強夯

采礦坑分層回填按每層厚度不大于6 m，采用5 000 kN·m強夯加固。

上部接計隔水層標高時，混合土填料每層厚度不大于4 m，采用3 000 kN·m強夯加固。

4.6.3隔水層施工

場地回填至設計標高下2 m時，回填粘性土，作為頂層封閉層，起隔水作用。

粘性土采用振動式壓路機分層碾壓，根據現場試驗，每層攤鋪厚度30 cm，碾壓遍數不小于8遍，壓實度不小于95%。

5 露天采礦坑治理結論

本項目已按照GB 50202—2002建筑地基基礎工程施工質量驗收規范和JGJ 79—2012建筑地基處理技術規范及國家相關規范條文進行驗收。

經由業主委托具有國家相關資格證書的第三方測量單位進行監測、2015年開始監測，每月觀測1次，未見明顯異常情況，沉降穩定滿足要求。

6 結語

本露天采礦坑采用的分層回填、強夯加固治理方法，可充分利用礦區廢棄堆積的非煤巖石，通過治理形成滿足要求的建設用地，可靠、環保，具有明顯的環保和節地效益，可供同類工程借鑒采用。