礦區(qū)沉陷巖土勘察方法與工程處置措施研究

張 少 軍

(山西省地質勘查局二一二地質隊,山西 長治 046000)

礦區(qū)沉陷巖土勘察方法與工程處置措施研究

張 少 軍

(山西省地質勘查局二一二地質隊,山西 長治 046000)

以山西省某礦區(qū)塌陷區(qū)地質勘察工程為例，對沉陷區(qū)概況進行了描述，分析了地陷區(qū)巖土環(huán)境裂縫的危害，并研究了地陷勘察要點及工程處置措施，提出采用靜力觸探法進行巖土工程勘察，確保了礦區(qū)沉陷巖土勘察與工程的順利進行。

礦區(qū)，地陷區(qū)，靜力觸探，巖土勘察

山西省產(chǎn)煤多年，后遺癥逐漸顯現(xiàn)。全面掌握采煤區(qū)周邊土地塌陷和地裂縫破壞現(xiàn)狀，才能對礦區(qū)生態(tài)重建進行系統(tǒng)的設計。本項目勘察的目的，就是要通過勘察提供礦區(qū)地陷建筑物場地詳細的巖土工程資料和設計、施工所需要的巖土參數(shù)，對建筑物地基做出巖土工程評價，并提出地基處理、不良地質作用防治等方面的建議，以保證處置措施的有效性。

1 沉陷區(qū)概況

該工程位于山西省西部山區(qū)，由于煤礦開采造成礦山地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌等，導致房屋沉陷、水塘水井干枯、水渠斷流、公路坍塌、橋梁斷陷等災害時有發(fā)生。山西省地質勘查局地質隊用了一年多的時間，通過大量數(shù)據(jù)比對、對長治等產(chǎn)煤地實地勘察，發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)的地裂縫成因除煤礦開采之外，地震的地質運動同樣產(chǎn)生強大的破壞力，兩種因素相互作業(yè)，影響著地裂縫的發(fā)展形成[1]。塌陷區(qū)可見局部巖溶管道，巖土界面處發(fā)現(xiàn)隱伏型、開口型溶洞、溶槽，在地下水徑流排泄強烈區(qū)，地面塌陷土地形變明顯。地質隊在勘察區(qū)發(fā)現(xiàn)沉陷裂縫70多條，單條最長230 m。根據(jù)對該地區(qū)地質災害進行勘察評估，勘察數(shù)據(jù)結合礦區(qū)沉陷災害現(xiàn)狀，制定地質災害綜合防治方案，對該工程沉陷區(qū)地質災害實施綜合治理，恢復生態(tài)環(huán)境。

2 地陷區(qū)巖土環(huán)境裂縫問題的危害

2.1 水資源漏失量大

地下采煤過程中的疏干排水常導致礦區(qū)及相鄰區(qū)地下水位大幅下降，水資源枯竭。導致礦區(qū)存在嚴重地裂縫問題的原因，與地下煤炭過度開采有著很大的關系。地下采煤產(chǎn)生的固體廢棄物污染水源，以及與采煤業(yè)很密切的煉焦、電力等工業(yè)大量排放污水，也是造成水資源破壞的一個重要方面。

2.2 矸石山存在自燃、爆炸垮塌的風險

經(jīng)過大量的資料收集與分析發(fā)現(xiàn)，地裂縫的產(chǎn)生原因除了地質作用之外，與地下水也有著明顯的聯(lián)系。該礦區(qū)巖土裂縫彼此平行，但間隔距離不等，相鄰裂縫的最小間距為0.6 km、最大間距為2 km。地裂縫嚴重破壞了周圍的土地、水域和大氣，矸石中的有害成分通過徑流、淋溶和大氣飄塵，不少地方的矸石山存在自燃、爆炸垮塌的風險。

2.3 地裂縫問題呈現(xiàn)上升趨勢

采空區(qū)塌陷和地裂縫破壞了原來平整的土地，使其高低起伏裂縫最長可達幾十千米，活動方式以緩慢運動為主，由此導致上盤呈現(xiàn)下降趨勢、下盤呈現(xiàn)上升趨勢。針對該礦區(qū)展開的調查還發(fā)現(xiàn)，近年來當?shù)爻袎核倪^度開發(fā)已經(jīng)成為了地裂縫問題出現(xiàn)的一大誘因[2]，結合相關數(shù)據(jù)可知，承壓水位明顯下降能夠對地裂縫的發(fā)展與延伸產(chǎn)生推動作用，使其加速惡化。

總之，地陷區(qū)巖土材料的特點在于不確定性高，對勘察結果的影響較大，因此，在實際的勘察環(huán)節(jié)中，必須重視地陷特性，通過對工程地質的診斷，來獲取所需的各項數(shù)據(jù)，為后續(xù)復墾治理工作提供指導。

3 地陷勘探方法及勘察要點

山西省地質勘查局地質隊通過地陷勘察和綜合分析，查明了地面塌陷造成的損失和災害特征，對礦區(qū)及周邊地質災害危險性進行了預測評估，并提出了工程勘探方法及勘察要點建議。根據(jù)該工程的特點和地層情況，本次勘察主要采用鉆探、原位測試、室內土工試驗和地區(qū)經(jīng)驗相結合的方法進行綜合評價。在具體實施中，須重視對勘察方法的合理確定，提升勘察工作的嚴謹性。

在樣品處理過程中，本實驗對枸杞子的引濕性、動態(tài)水分吸附曲線進行測定，發(fā)現(xiàn)此品種極易吸潮。當環(huán)境濕度大于40%時，干燥后的樣品在粉碎過程中再次吸潮，粉碎后的粉末黏附，嚴重影響工作進度。因此，在實際工作中，應嚴格控制粉碎環(huán)境的濕度，將濕度范圍控制在20%～30%，樣品不易吸潮，粉碎效果佳。

1)勘察方案按樁基考慮。

勘探點平面布置按詳勘階段要求，根據(jù)GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)中4.9.2條及JGJ 94—2008建筑樁基技術規(guī)范中3.2.2條規(guī)定，本次勘察以建筑物布局和場地條件按角點、周邊線進行布置，平面間距20 m～35 m。另外由于基坑開挖深度較大，勘探范圍應滿足基坑邊界外開挖深度2倍～3倍的要求，由于A6地塊周邊即為企業(yè)總部園區(qū)道路，故本次勘察基坑外土的抗剪指標依據(jù)山西省第四地質工程勘察院《長治市企業(yè)總部園區(qū)道路及地下管網(wǎng)巖土工程勘察報告》中結果。

2)控制孔深度按預計樁端平面以下1.5b的深度并滿足抗震評價要求為50 m[3]。

一般孔深度按預計樁端持力層或最大樁端入土深度為40 m，裙樓勘探孔深度為20 m。

3)考慮到目前國內勘察現(xiàn)狀，靜力觸探受人為因素的影響最小，可靠性較高。

如果和鉆探配合能達到很好的效果。根據(jù)場地土質條件，本次勘察地基評價原則上以原位測試為主，有助于縮短勘察周期，提高勘察質量。

4 勘察實驗和工程處置措施

經(jīng)過全面分析與綜合考量，該礦區(qū)的巖土勘察采用靜力觸探法進行。

此種方法適用于特殊工程，能夠通過原位測量，幫助獲得工程所需的原始數(shù)據(jù)，具有較高的實用價值。結合塌陷工程應用實踐來講，合理運用靜力觸探法進行工程勘察，不僅有助于減小數(shù)據(jù)誤差、保證勘探結果的有效性，還能夠在多種實驗條件下獲得較為有價值的資料[3]。

1)鉆探采用XY-1型工程鉆機2臺，水位以上薄壁鉆頭錘擊鉆進，水位以下清水回轉鉆進。

取樣鉆孔中用厚壁敞口取土器，用重錘少擊法采取，土樣等級為Ⅱ級；土樣采取后現(xiàn)場膠帶密封，貼標簽封存。

2)室內試驗。

剪切試驗采用三軸剪切試驗；液限由錐式液限儀測定；具體試驗方法詳見表1。

表1 室內試驗項目

3)原位測試試驗。標準貫入試驗采用機械式自由落錘裝置，先貫入15 cm，然后開始計數(shù)，貫入30 cm的錘擊數(shù)作為該次標貫的原始擊數(shù)。靜力觸探采用浙江省寧波勘測機械廠生產(chǎn)的KYJ-15型靜力觸探車，JTWJ-2全自動數(shù)字采集儀，放大器采用FD-P204型全程式浮點動測儀，記錄儀采用IBM筆記本電腦。礦區(qū)巖土勘察中借助此種方法可以獲得多項有用數(shù)據(jù)，來明確巖土性質，獲得所需的參數(shù)，確定巖土勘察對象的物理性質。

4)考慮到土樣在地下深處處于三向應力狀態(tài)，取樣后由于應力狀態(tài)變化，某些指標離散性較大且會失真。原位測試基本上是在原位應力條件下對巖土體進行試驗，其測試結果有較高的可靠性和代表性[4]?？辈焓谴_定處置措施的基礎，只有保障勘察結果的準確性，才能保證處置措施的針對性和有效性。

5 結語

為了提高勘察質量，本次勘察對靜力觸探深度內土層的評價以原位測試為主。礦區(qū)巖土勘察具有一定的挑戰(zhàn)性，需要相關人員在工作中嚴格履行職責，保持細致、負責的工作態(tài)度，以保證勘察結果的有效性和參照價值。礦區(qū)土地勘察涵蓋水文、巖土工程等多個行業(yè)，而且每個礦區(qū)的地質環(huán)境問題不一樣，設計難度很大，這需要在勘察設計、施工和驗收等各個環(huán)節(jié)進行進一步的探索。鑒于礦區(qū)環(huán)境各不相同，在具體項目中還需要具體問題具體分析，以保證方法與需要相適應。

[1] 黃河古賢水利樞紐工程規(guī)劃簡述[Z].2015.

[2] DL/T 5107—1999,水電水利工程沉沙池設計規(guī)范[S].

[3] 佘詩剛,林 鵬.中國巖石工程若干進展與挑戰(zhàn)[J].巖石力學與工程學報,2014(3):433-457.

[4] 劉永霞.礦區(qū)工業(yè)建筑工程的巖土勘察及地基處理技術[J].民營科技,2015(12):37-38.

Abstract: Taking geotechnical investigation engineering of subsidence area of the mining area in Shanxi province as an example, the paper discusses the subsidence area conditions, analyzes geotechnical environment cracking hazards of subsidence area, studies ground subsidence investigation points and engineering processing measures, and finally suggests to apply static sounding method for carrying out geotechnical engineering survey, which guarantees geotechnical investigation and engineering smooth of subsidence area of mining area.

Key words: mining area, ground subsidence, static sounding, geotechnical investigation

Study on subsidence geotechnical investigation methods and engineering processing measures in mining area

Zhang Shaojun

(ShanxiGeologySurveyBureau212thGeologyDepartment,Changzhi046000,China)

2016-03-13

張少軍(1979- )，男，助理工程師

1009-6825(2016)15-0082-03

TU412

A