礦山巖土工程勘察中填土的勘察與評價

郭廣獻，王立強

為持續強化填土處置能力，科學應對填土固有屬性，構建更為科學、更為高效的礦山巖土工程勘察與施工模式，越來越多的技術團隊突出填土特征，采取有效性舉措，結合技術要素、管理要素，改進創新礦山巖土工程勘察中填土勘察的具體方式，健全評價方法，根據地基檢測報告，綜合分析評價其填料成分、均勻性和密實度等工程性質，論證填土施工可行性，完善施工體系。旨在通過技術要素合理化應用，實現對填土有效處置，為后續施工活動穩步有序開展奠定堅實基礎。

1 填土的分類及性質

填土系指人類活動而堆填形成的無規則的無序堆積體，一般由一種或多種不同類型的土或材料混合而成，往往位于礦層的頂部。根據其物質組成及堆填方式分為素填土、雜填土和沖填土三類。根據填土堆填的時間，可以劃分為古填土、老填土、新填土三種類別，其中古填土的堆填時間超過50 年，老填土的堆填時間在15 年～50 年之間，新填土的堆填時間在15 年之內。

從土壤性質來看，填土濕陷性較為明顯，結構強度較低，壓縮性較強，其中不均勻性包括其組成成分的不均一及工程性質的不均一性。

1.1 不均勻性

礦山巖土工程填土施工受到堆填時間、土壤種類、地形條件等因素影響，使得填土組成、區域分布、土層厚度、滲透屬性等屬性表現出較為明顯的不均勻性。

1.2 自重壓密性及低強度

填土層由于堆積周期相對較短，使得填土內部之間的空隙較大，孔隙發育明顯，沒有達到自然狀態下的固結程度，總體強度要低于天然土層，使得填土在實踐施工中表現出較強的壓縮性。如果未經人工干預（通常為壓實、夯實或采用其他地基處理手段進行處理），填土層堆填時間越短，密實度越差，強度越低，壓縮性越高。堆積時間超過10 年的黏性素填土，超過5 年的砂性素填土，在其自重固結作用下能達到一定的密實度和強度，可以作為一般的天然地基施工工程。

1.3 濕陷性

填土密實性不佳，在自身重力影響下，無法達到固結狀態，土層強度較低，在水體作用下，容易引發濕陷性問題，造成填土層坍塌等系列問題，影響施工效果。

1.4 腐蝕變質性

填土中一旦含有生活垃圾或者有機物時，在微生物作用下，垃圾不斷分解，垃圾持續性消解，使得土壤中會形成一定規模的孔洞，影響整個填土層結構強度。

2 填土的勘察內容及重點

填土勘察過程中，礦山巖土工程技術人員應當率先明確填土來源，測定填土堆積時間，評估填土分布空間范圍、土層厚度、土壤類別、結構密實度以及濕陷性等參數。同時在部分場景下，還需要根據任務要求，測定填土排水能力與固結水平。考慮到實際施工要求，填土勘察環節，需要采取更為靈活、更為多元的手段，確保勘察任務順利完成。

2.1 地基與樁基礎工程

在組織開展地基與樁基礎施工活動之前，施工團隊需要組織人員開展填土勘察等系列工作，根據勘察結果，定向調整礦山巖土工程施工結構、基礎形態、標高、變形體量等，實現設計方案的有效調整。地基勘察環節，要探測填土區域是否存在古河道、滲井等，對于填土的物質組成、土壤粒徑，也需要開展做好勘察分析，尤其注重做好區域填土層內生活垃圾、有害氣體勘察工作。通過上述總體分析與評估，掌握填土形態，為地基、樁基礎施工提供方向性引導，確保施工方案選擇有效性與施工技術應用精準性。例如當礦山巖土工程施工基底所處區域的標高低于填土層底面，技術團隊可以采取地基土換填等方式，將標高保持在合理區間范圍。在這一過程中，需要綜合評估填土空間分布、物質構成以及地下水文特征。

2.2 基坑邊坡工程

當基礎開挖深度范圍內存在較厚填土，對基坑邊坡穩定有影響時，勘察前應掌握或了解基坑開挖深度、基坑周邊管線、建（構）筑物等環境條件。勘察時應主要查明基坑開挖深度影響范圍內填土的空間分布、厚度、密實度（容重）、抗剪強度、濕陷性、均勻性；查明填土的物質成分，特別是大塊建筑垃圾含量、塊體大小等；查明地下水類型、水位、含水層厚度，與相鄰地表（下）水體的聯系等。

3 填土的勘察方法

3.1 調查搜集

對填土的勘察應從填土的形成過程開始，通過調查訪問、搜集資料，調查地形和地物的變遷，填土的來源、堆積年限和堆填方式。近年來，隨著科技的不斷進步，信息技術的不斷發展，遙感解譯在工程建設中應用也越來越廣泛。在礦山巖土工程勘察中，借助谷歌地球軟件，回看勘察場地近幾年或十幾年內的地形地貌及地物變化情況，從而了解場地填土的形成時間、過程、堆積年限，推測其原始地貌類型及特征。

其次，通過搜集勘察場地前期場平或地基處理、地基檢測相關成果，分析填土的堆填方式（如吹填、一次性回填或分層碾壓方式回填等）、地基處理情況，同時根據地基檢測報告，綜合分析評價其填料成分、均勻性和密實度等工程性質。

3.2 勘探與測試

填土的勘探方法應根據填土性質確定，對以粉土、黏性土為主的填土，可采用鉆探取樣、輕型鉆具與原位測試相結合的方法，輕型鉆具包括小口徑螺紋鉆、洛陽鏟等。填土的均勻性及密實度宜用觸探測定，輔以室內試驗。輕型動力觸探適用于黏性、粉性素填土，靜力觸探適用于沖填土和黏性素填土，重型動力觸探適用于粗粒填土。

近年來，物探方法發展很快，探地雷達、面波測試、剪切波速測試等方法均可定性地進行填土的均勻性評價，特別是需對填土的地基處理效果進行全面評價時應用較為廣泛和全面。

填土的壓縮性可采用室內固結試驗、浸水固結試驗或載荷試驗、浸水載荷試驗確定。對細粒土可采用室內試驗而對于粗粒土可采用礦山施工現場試驗。

4 填土的評價

填土的評價主要包括填土的成分、分布和堆積年代，判定地基的均勻性、壓縮性和密實度。必要時應按厚度、強度和變形特征分層或分區進行評價。

填土由于堆填物來源、時間、方式等不同，即使相鄰很近，其特性也可能差別極大，一般難以根據經驗判斷其特性。現場勘察對填土特性有著最直觀的感受、最深刻的認識，因而，填土的分析和評價應在充分調查、現場勘察、現場測試并結合試驗成果的基礎上進行。評價的內容要結合當下礦山巖土工程特點、填土的可能利用方式和使用要求，以便滿足礦山巖土工程設計的需要，主要內容如下：

（1）物質組成：物質成分與其物理力學性質直接相關，也直接影響到礦山巖土工程設計、處理方法的選擇；應分析和評價填土的可利用性及可能對工程施工的影響。

（2）堆填時間與方式：應分析和評價堆填時間與方式對填土的密實度、強度、均勻性、濕陷性、壓縮性等的影響。

（3）均勻性：應分析和評價填土物質組成的差異性、填土分布范圍與堆填厚度等的變化，可通過平面分布圖、剖面圖、等值線圖等形式表示。

（4）濕陷性：應根據室內和現場試驗結果，分析和評價填土是否具有濕陷性、濕陷程度等。

（5）壓縮性：根據壓縮試驗或載荷試驗結果，結合工程經驗，分析和評價填土的壓縮特性，提出填土的壓縮系數、壓縮模量或變形模量等參數。

（6）地基承載能力：為基礎結構設計、地基處理、樁基礎設計提供參考依據。

（7）抗剪強度：主要是為基坑邊坡支護設計計算提供依據，對以黏性土和粉土等為主的填土，應進行取樣試驗，結合工程經驗提供c、φ 值等參數。

（8）地基與基礎方案：根據勘察成果，分析和評價填土特性及利用填土進行地基處理的可能性，提出地基處理、樁基礎設計與施工應注意的問題和建議措施。

（9）地下水：應分析評價對基礎材料的腐蝕性，對地基處理、樁基礎施工及基坑開挖的影響。考慮到填土的變異性大，填土特性應盡可能分層、分區評價。

5 礦山巖土工程項目填土的勘察與評價實例

5.1 調查及搜集資料

根據某地區礦山巖土工程勘察場地為例，詳勘階段場地有大面積填土分布，根據調查、搜集資料，并結合谷歌地球及奧維地圖軟件，獲得了以下主要資料：

（1）場地及周邊區域近15 年的地形地貌及地物變遷相關的影像資料，可還原場地原始地貌形態，了解開挖回填的大致時間節點，其中部分區域影像中顯示為紅色的區域，后經調查了解，該區域回填土為褐紅色含砂黏土，而影像中顯示為深灰色的區域，回填土為湛江組灰色黏土，這對下一步勘察過程中回填材料的大致分布有了宏觀的印象。

（2）搜集到了本礦山場地場平及地基預處理范圍分布圖，以此劃分出場地勘察范圍內填、挖方區的界限，對下一步勘察方案的編寫和勘察方法的優化提供了有利依據和指導。

（3）搜集到了本礦山場地地基檢測報告，經分析了解，本場地填土的回填包括吹填、人工回填并分層碾壓，至設計豎向標高后，采用插塑料板排水及強夯處理，強夯能級根據回填材料和厚度的不同采用2000KN·m ～8000KN·m 能級。預處理完成后進行了地基檢測，檢測采用靜力觸探、淺層平板載荷試驗、標準貫入試驗等手段，并從填土的組成成份、密實度、均勻性、地基承載力、壓縮模量等方面對其進行了評價；這對了解研究區域場地內填土的形成過程、堆填時間、組成成份、人工處理方式及效果等有了很大的幫助。

（4）搜集到了礦山勘查場地回填過程中填土的密實度檢測報告等相關資料，由此分析得知本場地某些范圍內填土采用每米回填并分層碾壓，經密實度檢測，壓實系數達設計要求后回填上層，直至設計豎向標高。其中以湛江組灰色黏土為回填材料的填土，其壓實系數最大為0.8，而以褐紅色含砂黏土或含黏性土砂為回填材料時，其壓實系數可達0.95 以上。這可以幫助分析評價不同回填材料，填土的密實度及均勻性、承載力及壓縮模量等工程特性的特點。

（5）搜集到場地前期勘察成果，充分分析其與現有場地地形地貌的不同，對現階段場地填土的分布、厚度變化進行定量分析，以綜合確定詳勘階段勘察方案的調整。

5.2 勘探測試方法

基于對所搜集資料的分析，對場地填土的堆填方式、堆積時間、分布范圍、厚度、回填材料及不同材料的性質等有了初步的了解和認識，結合設計提供的勘察技術要求，本次勘察對場地填土的勘察方法進行了針對性的優化，重點查明其密實度、均勻性、地基承載力及壓縮性，分析評價大面積填土的地基處理方式。本次勘察主要采用以下勘探測試方法：

（1）鉆探：主要手段之一，確定填土的厚度、回填材料類型及特征。鉆探采用泥漿護壁或跟管回轉鉆進，全孔取芯進行地質編錄描述。

（2）標準貫入試驗：主要手段之一，原位測試的一種，用于評價填土的密實度及均勻性，同時也是作為確定地基承載力的一種方法之一。

（3）靜力觸探試驗：主要手段之一，靜力觸探具有連續測試土層力學性質的特點，可用于評價填土的成分、密實度、均勻性、地基承載力及壓縮性等工程特性。

（4）螺旋板載荷試驗：確定地基承載力及變形縮模量最可靠的手段。螺旋板載荷試驗需首先判定其屬于正常固結、不存在場地穩定性問題的前提下，基于對填土的類型、均勻性的初步分析，并結合擬建建構筑物特點及設計要求，建議在可能采用填土作為基礎持力層的場地或區域進行。本次勘察經初步分析，某礦山區域擬建建（構）筑物具以填土作為基礎持力層的可能性，場地為大面積深厚填土（層厚一般6.0m ～15.0m），經過地基預處理，且地基檢測結果反映地基承載力及壓縮模量均滿足設計要求，同時靜力觸探試驗成果亦顯示填土的密實度較好，因此在該區域布置幾個螺旋板載荷試驗點。

（6）輕型動力觸探試驗：確定填土地基承載力的主要手段之一，同時能夠反映填土的均勻性。一般適用于黏性素填土和粉性素填土，人工測試深度一般為6.0m 以內，本次勘察屬于輔助手段之一。主要布置在素填土分布較淺區域，試圖建立與靜力觸探指標的對應關系，綜合分析和評價填土的力學性質及均勻性。

（7）對礦山區域大面積填土進行勘察時，除以上各勘察方法外，尚需在填土分布區布置一定數量的波速測試孔、視電阻率測試點等，綜合評價填土場地的工程地質及巖土工程條件。

采用以上勘察方法獲取相關測試數據，對填土進行評價，需保證測試點布置的均勻性，測試點數量具有一定的密度，可根據規范規定、設計要求及地貌單元等分區進行布置。

5.3 數據分析與評價

（1）地層劃分：以填土的物質組成劃分為黏性素填土和砂性素填土，若無明顯界限或垂向分布無規律，無法劃分時，則以某一類型為主，次要類型進行重點描述。在按組成成分劃分后，根據原位測試成果，重點從力學性質方面對已劃分的土層進行細化。

（2）數據統計：統計各層土的物理、力學性質指標，在統計時應考慮其不均勻性特點，尤其是靜力觸探成果統計時，對單個孔數據，不得盲目取平均值作為該孔的靜探成果，應豎向分析其數值變化，以主要數據為主導，例如，錐尖阻力中的大值對平均值的影響很大，統計不合理會造成單孔數據偏大而失真。

（3）填土分析評價相關的圖表：一般需繪制填土的平面分布圖、等厚度圖、分區圖（一般包含處理及未處理分區、填料分區等）、原位測試數據統計表等。

（4）填土的評價：根據分層編號，可分別按已完成相關地基處理和未經地基處理、均勻性好壞、密實度好壞等方面進行分區評價。評價時首先判定是否存在場地穩定性問題，其次評價均勻性和密實度，最后評價其作為地基基礎持力層（天然或換填后）的可能性，給出基坑開挖相關巖土參數，并提出相關地基處理建議。本礦山巖土工程勘察場地某裝置分區場地填土的評價如下：

本場地普遍分布有素填土，褐黃色、灰白色、灰色，顏色較雜，主要以黏性土為主，含少量砂，成分雜亂，部分區域以砂土為主，局部夾有鐵質淋濾塊（鐵皮塊），回填時間約5 年，土質結構松散，填料及工程性質均勻性均差。

根據搜集到的本項目《場平預處理區域分布圖》、《場地強夯及軟基處理檢測報告》，本場地部分區域經過地基預處理。本次對素填土的評價分為預處理后的素填土和未經任何處理的素填土。

經預處理的素填土，在預處理時采用插塑料板排水法，并分別進行了6000KN·m（插板平均深度15.0m）、4000KN·m（插板平均深度9.0m）、2000KN·m 強夯處理。該區域素填土經本次勘探，其靜探錐尖阻力qc=0.85MPa ～2.68MPa，平均值為1.31MPa。實測標貫擊數N=3.0 擊～21.0 擊，平均值為8.4 擊。根據以上數據可以判斷，該層素填土目前均勻性較差，同時又根據靜探和標貫最小值，本次經預處理后的素填土可不考慮欠固結對工程的影響。

未經地基預處理的素填土，其在回填過程中采用分層碾壓的方式回填至設計豎向標高。經本次勘察，其靜探錐尖阻力一般為qc=0.79MPa ～1.65MPa，平均值為1.03MPa。實測標貫擊數N=3.0 擊～16.0 擊，平均值為7.0 擊。因此該層素填土可不考慮欠固結對工程的影響。但本次勘察鉆孔0657B、0659B、0660B、0584B、F054 位置處的靜力觸探錐尖阻力其qc=0.50MPa ～0.72MPa，表明其均勻性差，局部壓實效果不明顯，在施工期間及施工完成后應進行沉降監測。

綜上所述，對場地素填土，可根據擬建建（構）筑物具體特性，并結合該層素填土厚度，合理采取換填、低能級強夯或采用復合地基方案，以消除對礦山巖土工程的影響。素填土的分布范圍、厚度及預處理范圍以素填土平面分布圖及等厚度圖進行附圖說明。

6 結語

（1）礦山巖土工程勘察中應重視填土的勘察，勘察時應根據實際工程特點，有目的性、針對性進行，勘察手段的選擇應確保適用；

（2）填土的勘察應以調查、搜集資料為主要手段之一。

（3）填土的勘察需查明其分布、厚度、組成成份及工程性質，為分析、評價和利用填土提供可靠的依據。