某礦坑回填方案研究

褚方平

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 2 00092）

某礦坑回填方案研究

褚方平

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 2 00092）

以海南三亞某礦坑回填為實例，從填方土源、回填方案、回填施工方法、回填土質(zhì)量的控制等多個方面進(jìn)行分析并得出相關(guān)結(jié)論，可為以后類似的深坑回填設(shè)計參考。

礦坑；深坑回填；土方平衡；水下回填；填筑方法

0 引 言

2010年伊始，隨著國際旅游島上升為國家戰(zhàn)略，海南特別是三亞的旅游發(fā)展迎來前所未有的契機(jī)，三亞市城市總體規(guī)劃亦對未來發(fā)展預(yù)期做出了回應(yīng)和調(diào)整。為積極響應(yīng)部隊國防建設(shè)、安置拆遷居民，以及協(xié)助解決村民搬遷安置后的就業(yè)問題，政府特批福海苑安置區(qū)作為田獨(dú)鎮(zhèn)新的居住中心和旅游區(qū)，并承擔(dān)亞龍灣后勤服務(wù)基地的功能。

1 工程概況

三亞福海苑安置區(qū)位于海南省三亞市田獨(dú)鎮(zhèn)東北方，周邊現(xiàn)狀以農(nóng)田、水庫和山體為主，零星點(diǎn)綴有少量村莊。片區(qū)東部與南部地形復(fù)雜，高差較大，整體呈南高北低之勢。基地中央有一解放前開礦遺留下來的廢棄礦坑（見圖1），東西長387 m，南北寬246 m，其面積達(dá)7.4 hm2；礦坑水面標(biāo)高為10.58 m，平均水深20.2 m，最大水深35.75 m；按地面標(biāo)高32.0 m計，礦坑最大深度達(dá)57 m左右。

根據(jù)《三亞市田獨(dú)鎮(zhèn)安置區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》的“土地利用規(guī)劃”和“旅游項目規(guī)劃”可知，廢棄礦坑近期規(guī)劃為公園用地，建成為以“黎族風(fēng)情”為主題、富含黎族風(fēng)格建筑觀賞、黎族文化體驗、黎族特色餐飲等多個項目的民俗風(fēng)情園。同時，礦坑北側(cè)配套有規(guī)劃新建的3號路，南側(cè)為同步新建的1號路，西側(cè)為規(guī)劃新建的6號路，東側(cè)為規(guī)劃新建的5號路，見圖2、圖3。

圖1 廢棄礦坑現(xiàn)狀圖

為形成足夠的規(guī)劃用地，同時為減少廢棄礦坑對規(guī)劃新建道路邊坡穩(wěn)定性的影響，現(xiàn)需對區(qū)域內(nèi)的廢棄礦坑進(jìn)行回填。

2 土方

2.1 土方平衡分析

以1號路、3號路、5號路及6號路為界，廢棄礦坑及地塊地形起伏較大；礦坑回填時綜合考慮自身區(qū)格地塊的場地平整，地塊標(biāo)高與周邊道路標(biāo)高銜接平順?，F(xiàn)按廢棄礦坑地塊周邊標(biāo)高與周邊道路中心線標(biāo)高相一致考慮進(jìn)行場地平整。根據(jù)現(xiàn)狀地形圖及礦坑測量平面圖，地塊區(qū)格內(nèi)自身土方統(tǒng)計見表1。

圖2 現(xiàn)狀礦坑功能規(guī)劃圖

圖3 現(xiàn)狀礦坑周邊道路規(guī)劃圖

表1 礦坑地塊內(nèi)填挖方統(tǒng)計表

同時根據(jù)1號路道路設(shè)計，按道路邊坡坡腳距道路邊線1.5 m，邊坡坡度為1∶1.5考慮，1號路土方填挖方情況見表2。

表2 擬建1號路填挖方統(tǒng)計表

按以上統(tǒng)計，僅考慮1號路與礦坑地塊的土方平衡，總計土方缺口約62萬m3，場地以缺方為主。

2.2 土方補(bǔ)給來源

本工程土方缺口約62萬m3，考慮1號路南側(cè)有一現(xiàn)狀山體以及三亞靠海、海砂資源較為豐富的特點(diǎn)，本工程土方補(bǔ)給可通過以下兩種方式解決：

（1）通過1號路南側(cè)山體的繼續(xù)開挖補(bǔ)給；

（2）外購海砂或土方予以補(bǔ)給。

本工程礦坑地塊總平面積較大、約200畝，同時南北向長度和東西向長度相當(dāng)，地塊整體呈四方之勢，若作為商業(yè)用地或公共住宅用地，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。因此結(jié)合礦坑地塊近期作為綠地的功能、并考慮為后續(xù)商業(yè)開發(fā)發(fā)展預(yù)留空間，擬對以上兩種補(bǔ)給源進(jìn)行比選。

2.2.1 方案一

就地取材，利用地塊自身土方、1號路施工廢棄土方及1號路周邊山體繼續(xù)開挖取材的石方進(jìn)行回填；其中水下部分以石方回填為主，水面以上部分采用土方、石方相結(jié)合的方式，其土方平衡分析見表3。

表3 方案一所需土方量統(tǒng)計表

由表4可知，場地內(nèi)需繼續(xù)開挖山體的土石方為62.14萬m3，其中石方為37.28萬m3、土方為24.86萬m3。該方案的優(yōu)點(diǎn)是填筑性能較為穩(wěn)定、就地取材、工程進(jìn)度易保證，下拋填后無需任何處理即可滿足近期規(guī)劃土地利用的要求。最大的缺點(diǎn)為當(dāng)?shù)貕K遠(yuǎn)期開發(fā)布置一些體量較大、對地基承載力要求較高的高層或多層建筑物、或有抗浮要求的地下空間需設(shè)樁基時，下臥最厚約36 m的拋石層對樁基的施工將造成很大的影響。

表4 方案一地塊土方供給表

2.2.2方案二

考慮礦坑地塊后續(xù)商業(yè)發(fā)展的可能性、減小后續(xù)地塊開發(fā)的施工難度，按礦坑水下部分采用海砂回填，水上部分分區(qū)分塊按每區(qū)塊的利用發(fā)展需要分別采用土方、石方回填。其土方平衡分析見表5。

表5 方案二所需土方量統(tǒng)計表

方案二地塊土方供給見表6。

表6 方案二地塊土方供給表

由表6可知，方案二土方的具體情況有以下特點(diǎn)：

（1）礦坑地塊及1號路挖方量能夠滿足礦坑水面以上填方量需求；

（2）需外購104.4萬m3海砂以滿足礦坑水面以下填方量需求；

（3）礦坑地塊及1號路挖方量在滿足礦坑水面以上填方需求后將產(chǎn)生42.26萬m3多余土石方，該部分土石方需外運(yùn)另作他用。

方案一、方案二的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表7。

表7 土方補(bǔ)給來源對比表

考慮遠(yuǎn)期地塊開發(fā)的可能性并結(jié)合當(dāng)?shù)睾Ｉ暗墓┙o情況，本工程土方補(bǔ)給源采用方案二作為推薦方案，即水下部分采用外購海砂作為填方土源、水上部分采用礦坑本身以及南側(cè)1號路的挖方作為填方土源。

3 回填方案分析[1-6]

3.1 回填方案的確定

按常規(guī)，一般此類深坑采用先抽水、修筑施工便道、干回填的方法進(jìn)行回填；考慮現(xiàn)狀礦坑水深較深，且部分區(qū)域出現(xiàn)土體及巖體滑坡的現(xiàn)象、邊坡整體穩(wěn)定處于極限狀態(tài)，若先抽水必將對邊坡產(chǎn)生更不利的影響。因此擬對水面以下部分采用水下回填、邊抽水邊回填；水面以上部分采用干施工、分層填筑，以維持邊坡的穩(wěn)定、保證施工的安全。

3.2 回填施工方法的選擇

3.2.1 水下回填

現(xiàn)有深坑回填方法多種多樣，對于水下部分，可采用坑頂拋填、開底船拋填、浮橋推移拋填、纜車吊運(yùn)、“筑堤”法、溜槽—浮筒輸送帶施工法等方法。各方法優(yōu)缺點(diǎn)如下所述：

（1）坑頂拋填法：即將集料運(yùn)至坑頂后，直接用挖掘機(jī)、推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備將集料推至湖中。這是最為直接，最為快速，也是最為省資的辦法。但是，由于礦坑湖泊面積很大且礦坑深度較深，此方法不能將集料拋至湖中的任意一點(diǎn)，只能在機(jī)械吊臂所及范圍內(nèi)進(jìn)行拋填；同時現(xiàn)狀邊坡局部處于失穩(wěn)臨界狀態(tài)，為保證施工的安全，施工前需結(jié)合邊坡的實際情況，選取邊坡較為穩(wěn)定處的坡頂設(shè)置投料點(diǎn)。

（2）開底船拋填法：即將集料運(yùn)至水邊碼頭，裝入開底船的船艙，然后在預(yù)定的位置把艙底打開，將集料拋入湖中。

該方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以控制拋填位置，能夠使湖底任意一點(diǎn)得到集料的惠及；問題在于如何將集料從岸上運(yùn)至“碼頭”、再駁運(yùn)至船上。為滿足集料堆放及駁運(yùn)的需求，需預(yù)先建設(shè)若干條從坑口至湖面斜坡的道路，該道路必須具有料場碼頭堆料的功能且還需滿足車輛調(diào)頭的要求；考慮調(diào)頭回車場地是隨著水位的不斷上漲而不斷后退的，故該道路全線須變成一定寬幅的路面，方可滿足交通暢行、集料轉(zhuǎn)運(yùn)雙重功能的要求。同時現(xiàn)狀礦坑為獨(dú)立封閉的湖面、不與外界水系連通，如何將開底船運(yùn)至湖內(nèi)也是一個較大問題。

（3）浮橋推移拋填法：其原理同開底船拋填相似，關(guān)鍵問題也是如何將岸上（坑口）的集料送至浮橋上，同時浮橋必須具有自由轉(zhuǎn)運(yùn)移位的功能。

（4）纜車吊運(yùn)法：沿礦坑南北方向設(shè)置跨湖纜繩吊車，將坑口集料裝入吊斗中，運(yùn)至湖面上空進(jìn)行拋填。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠連續(xù)作業(yè)，一根纜繩上可以懸掛多個吊斗，但是該方案缺點(diǎn)明顯：一是拋填位置受限，只能在纜繩垂線下較窄的寬度內(nèi)進(jìn)行回填；二是一個吊斗最大容量僅1t，考慮礦坑土方回填量巨大，施工時間較長；三是纜繩的裝置安全性能要求高，同時礦坑周邊山體較矮，抗拉“鉚墩”的設(shè)置也有一定困難。

（5）“筑堤”法：沿礦坑南北方向修建一條寬約8 m的輸料便道至湖區(qū)狹窄處，利用狹窄地段距近的優(yōu)越位置，將礦坑南北兩岸填成浮出水面的“陸橋”，然后利用“陸橋”寬闊的作業(yè)區(qū)域，用推土機(jī)、挖掘機(jī)等機(jī)械向“陸橋”左右兩側(cè)進(jìn)行拋填，不斷增寬“陸橋”的范圍。同時，由于湖面標(biāo)高隨著拋填量的增加而逐漸增高，“陸橋”的標(biāo)高也隨之增高，按此進(jìn)行拋填而達(dá)到填湖的目的。

該方法具有簡便、快速、投入設(shè)備較少的優(yōu)點(diǎn)。但是，該方法只能回填“陸橋”兩側(cè)的部分水域，不能惠顧整個湖區(qū)。

（6）溜槽—浮筒輸送帶法：在礦坑四周選擇若干合適位置，安裝溜槽，將已屯在坑口的集料，用挖掘機(jī)將填料送至溜槽，集料在槽內(nèi)自行下滑入浮筒輸送帶，待浮筒輸送帶填裝完畢后將集料運(yùn)至預(yù)定的地點(diǎn)進(jìn)行拋填。

該方法具有快速、安全的特點(diǎn)，能使集料投放到湖中任意一點(diǎn)，且隨著湖面增長，可以連續(xù)施工等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是浮筒輸送帶成本較高，移動較遲緩。

綜合以上各種水下回填方法并結(jié)合礦坑實際情況，對于礦坑水下回填部分?jǐn)M采用坑頂拋填法、“筑堤”法、溜槽—浮筒輸送帶法相結(jié)合的拋填方法進(jìn)行回填。同時，拋填過程中采用大功率揚(yáng)程抽水泵，將坑內(nèi)的積水泵送至周邊湖泊以及水庫中，將水位始終保持在原水位標(biāo)高。

3.2.2 水上回填

水位以上部分回填為干施工，填筑時水下部分已施工完成，相對填筑深度較淺，施工難度較小，按常規(guī)可采用周邊修建臨時便道至坑底，采用土方車運(yùn)送材料至坑底即可。

3.3 回填土質(zhì)量的保證措施

現(xiàn)狀礦坑近期規(guī)劃土地性質(zhì)為公園用地。按近期規(guī)劃的性質(zhì)其土體的回填質(zhì)量要求相對較低，可采用一些施工較為簡單、造價較低的方法即可滿足其要求。具體方法根據(jù)按水下、水上部分予以區(qū)分。

（1）水下部分

本工程水下部分采用海砂填筑，其性能較為穩(wěn)定，后續(xù)地基處理的適應(yīng)性強(qiáng)，回填質(zhì)量取決于顆粒中水的消散；施工時需通過設(shè)一些深井排水固結(jié)以保證水下部分的填筑質(zhì)量。

（2）水上部分

本工程水上部分采用礦坑本身以及南側(cè)1號路的挖方（土方+石方）作為填方土源；為滿足近期規(guī)劃用地性質(zhì)對填土質(zhì)量的要求，可采用強(qiáng)夯法、分層碾壓法等多種回填處理方法選用。

a.強(qiáng)夯法

強(qiáng)夯法是用很大的沖擊能使土中出現(xiàn)沖擊波（壓縮波、剪切波和瑞雷波）和很大的應(yīng)力，迫使土體運(yùn)動、孔隙壓縮、局部液化，在夯點(diǎn)周圍產(chǎn)生裂隙，土體內(nèi)部形成樹枝狀排水道路，使孔隙水順利逸出，從而促使土體迅速固結(jié)達(dá)到設(shè)計要求。處理后近期就能保證土體較好的密實度，但相對造價較高。

b.分層碾壓法

分層碾壓法是將土、石方分成水平層次，逐層向上填筑，填一層碾壓一層，分層壓實。對于較厚填土層，處理后相對效果較差，但造價較低。

考慮地塊近期僅作為綠地使用，對填土質(zhì)量要求較低，水上部分?jǐn)M采用造價相對較低的分層碾壓法進(jìn)行回填處理，以滿足地塊對回填土質(zhì)量的要求。

4 結(jié) 論

本文從礦坑區(qū)域近期功能需求出發(fā)、同時為遠(yuǎn)期商業(yè)開發(fā)預(yù)留空間，通過對填方土源、回填方案、回填施工方法、回填土質(zhì)量的控制等多個方面進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）本工程礦坑回填水下部分采用外購海砂作為填方土源，水上部分采用礦坑本身以及南側(cè)1號路的挖方作為填方土源。

（2）礦坑回填時水面以下部分采用水下回填，邊抽水邊回填；水面以上部分采用干施工，分層填筑。

（3）本工程礦坑水下部分采用坑頂拋填法、“筑堤”法、溜槽—浮筒輸送帶法相結(jié)合的拋填方法進(jìn)行回填；水上部分采用周邊修建臨時便道、土方車運(yùn)送材料至坑底進(jìn)行干施工。

（4）本工程水下部分采用設(shè)深井排水固結(jié)以保證填筑質(zhì)量；水上部分采用造價相對較低的分層碾壓法進(jìn)行處理以滿足地塊近期對回填土質(zhì)量的要求。

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TD163

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1009-7716（2017）01-0170-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.049

2016-11-10

褚方平（1984-），男，江蘇常州人，工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。