強(qiáng)夯法在高填方采礦坑地基處理中的應(yīng)用

謝 俊 平

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

隨著山西省經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展，晉北大同、陽泉、朔州等地區(qū)露天開采造成的采礦坑不斷出現(xiàn)，礦山開采占用的面積不斷擴(kuò)大，礦山開采的深度不斷加深，局部露天采礦坑深度達(dá)到了100 m以上，形成了高填方采礦坑，嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境并造成了嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，極大影響了當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活。為了治理高填方采礦坑，最大限度的利用采礦坑回填場地，使回填場地滿足建設(shè)用地的地質(zhì)構(gòu)造要求，本文結(jié)合陽泉某采礦坑強(qiáng)夯加固處理項(xiàng)目，采用級配良好的回填土料，利用分層回填強(qiáng)夯的施工技術(shù)，達(dá)到工后地基承載力以及工后沉降穩(wěn)定的目的，最終形成完整成熟的強(qiáng)夯法處理高填方采礦坑施工處理技術(shù)。

1 工程概述

陽泉某采礦坑強(qiáng)夯處理項(xiàng)目位于陽泉市城北，東西長約840 m，南北寬約510 m，場地占地總面積337 647 m2。由于場地前期已進(jìn)行回填，北側(cè)部分區(qū)域已回填至710 m高程，南側(cè)場地最低處已回填至653 m，場地場平設(shè)計(jì)標(biāo)高為726 m～757 m之間，場地最大回填高度約為110 m。場地回填土石混合料主要來源于附近三泉棚戶區(qū)改造場平項(xiàng)目。場區(qū)回填完成后，規(guī)劃建設(shè)陽泉大醫(yī)院，回填區(qū)建設(shè)不高于7層的建筑物，不再進(jìn)行樁基處理。在項(xiàng)目施工過程中，通過坑底原土基處理、坑壁四周邊坡反挖及強(qiáng)夯處理、填筑體分層回填強(qiáng)夯處理、回填強(qiáng)夯區(qū)與原土基的搭接處理等一系列地基加固處理措施，達(dá)到填筑體加固密實(shí)的效果。

2 強(qiáng)夯參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 原土基強(qiáng)夯參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘評價(jià)報(bào)告：原土基處理必須達(dá)到填筑體地基自重所需要的承載力，滿足填方地基的工后沉降變形要求。當(dāng)坑底基本為裸露的巖石，不需要進(jìn)行處理可以作為基礎(chǔ)使用，否則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行原地面強(qiáng)夯處理。因此，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件和地基處理設(shè)計(jì)要求，采用不同的處理方法，見表1。

表1 原土基強(qiáng)夯能級與處理深度關(guān)系表

綜合考慮強(qiáng)夯加固處理深度和原地面處理土層厚度以及試夯成果，坑底原地面強(qiáng)夯施工參數(shù)確定為：

坑底原地面采用8 000 kN·m能級強(qiáng)夯進(jìn)行加固處理，強(qiáng)夯共分4遍進(jìn)行施工，第1，2遍強(qiáng)夯能級為8 000 kN·m，夯點(diǎn)間距8 m，正方形布置，停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊夯沉量不大于15 cm且錘擊數(shù)12擊～15擊控制；第3遍強(qiáng)夯能級為4 000 kN·m，夯點(diǎn)布置在第1，2遍夯點(diǎn)中心位置，停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊夯沉量不大于10 cm且錘擊數(shù)6擊～8擊控制；第4遍為2 000 kN·m能級滿夯，要求夯印搭接1/4，每點(diǎn)5擊，滿夯結(jié)束后整平場地。

2.2 填筑體分層強(qiáng)夯參數(shù)及分層回填厚度設(shè)計(jì)

對于填土高度較大的高填方地基，應(yīng)將填料分層回填、分層強(qiáng)夯。填方地基的強(qiáng)夯有效加固深度和分層處理厚度應(yīng)通過強(qiáng)夯試驗(yàn)確定。

強(qiáng)夯處理的分層厚度可按強(qiáng)夯能級的大小確定。一般情況下強(qiáng)夯能級與分層厚度的關(guān)系如表2所示。

表2 強(qiáng)夯能級與加固深度對照表

根據(jù)現(xiàn)場試夯結(jié)果，填筑體分層回填厚度按照6 m一層進(jìn)行強(qiáng)夯處理。施工中結(jié)合填料性質(zhì)及各能級強(qiáng)夯的加固深度確定強(qiáng)夯能級，選用4 000 kN·m能級的強(qiáng)夯。

主夯采用4 000 kN·m能級強(qiáng)夯，強(qiáng)夯共分兩遍進(jìn)行，夯點(diǎn)間距5.0 m，正三角形布置，收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均沉降量不大于10 cm，且夯擊數(shù)不少于12擊～15擊控制。滿夯2 000 kN·m能級，要求夯印1/4搭接，每點(diǎn)夯5擊，滿夯結(jié)束后整平場地。

2.3 回填土料技術(shù)要求

1)回填土料含水量宜控制在最佳含水量的±3%之間，當(dāng)回填料含水量較低時(shí)，應(yīng)適當(dāng)噴淋水，以增加回填材料的含水率，使其達(dá)到最優(yōu)含水率。

2)填料為石料時(shí)，其最大粒徑控制為不大于50 cm，回填材料不均勻系數(shù)Cu≥5，曲率系數(shù)Cc=1～3。

3)對超過最大粒徑要求的石料，進(jìn)行二次破碎，填料為石料，其最大粒徑控制為不大于50 cm。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

原地面清理→坑底原土基處理→坑壁四周邊坡反挖及強(qiáng)夯處理→填筑體分層回填強(qiáng)夯處理→回填強(qiáng)夯區(qū)與原土基的搭接處理→夯后檢測驗(yàn)收。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1原地面清理

1)原地面清理主要包括表層淤泥、樹木、有機(jī)物等以及加固土層厚度超出強(qiáng)夯加固處理深度后的部分。

2)在施工范圍內(nèi)，有積水的洼地應(yīng)進(jìn)行排水、清淤。

3)整平場地至起夯面標(biāo)高，整平后的施工場地平整度、密實(shí)度應(yīng)能承受施工機(jī)械的重量，滿足施工設(shè)備行走、運(yùn)轉(zhuǎn)和運(yùn)輸?shù)囊蟆?/p>

3.2.2坑底原土基處理

1)原有場地局部前期已經(jīng)回填，由于處理深度達(dá)到了12 m，此處采用12 000 kN·m能級強(qiáng)夯進(jìn)行處理。第1,2遍主夯能級12 000 kN·m，夯點(diǎn)間距10 m正方形中間插一點(diǎn)布置；第3遍點(diǎn)夯能級10 000 kN·m，夯點(diǎn)間距10 m正方形中間插一點(diǎn)布置；第4遍加固夯能級4 000 kN·m，夯點(diǎn)位于第1～第3遍夯點(diǎn)位置。第5遍滿夯能級2 000 kN·m，夯印搭接1/4錘徑。

2)原地面自然坡度陡于1∶5時(shí)，將自然地面開挖成臺階狀，臺階寬度不小于8 m。如果原地面坡度較緩，臺階寬度可以按布置不小于1排～2排強(qiáng)夯夯點(diǎn)的寬度進(jìn)行開挖，可以用挖出的臺階寬度來控制臺階高度。

3.2.3坑壁四周邊坡反挖及強(qiáng)夯處理

坑壁四周由坑底至坡頂形成土質(zhì)邊坡且邊坡坡度較陡。如直接回填進(jìn)行強(qiáng)夯處理，四周坑壁邊坡區(qū)域原土層不能進(jìn)行加固處理，容易造成處理效果的不均勻。同時(shí)四周坡壁強(qiáng)夯區(qū)與原地面不易搭接，原地面密實(shí)度不夠，造成交接處應(yīng)力突變。

用挖掘機(jī)將坑壁邊坡兩側(cè)覆土至上而下逐階反挖成倒臺階形狀，臺階寬度不應(yīng)小于8 m，臺階高度小于3 m，以便進(jìn)行強(qiáng)夯加固處理。坑壁兩側(cè)坡度較陡時(shí)，臺階寬度可以適當(dāng)減少，臺階原地面強(qiáng)夯可隨填筑體強(qiáng)夯同時(shí)進(jìn)行施工，坑壁四周反挖臺階后根據(jù)臺階區(qū)域原土層厚度采用8 000 kN·m或12 000 kN·m能級強(qiáng)夯進(jìn)行加固處理。

3.2.4填筑體分層回填強(qiáng)夯處理

填筑體采用分層回填、分層強(qiáng)夯的施工方法，填筑體回填強(qiáng)夯按照由下而上的原則分層進(jìn)行施工，每層厚度按照6 m進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

分層虛填厚度為6 m，可分3次填筑至6 m，每層堆填的厚度為2 m左右，由于回填地基采取強(qiáng)夯加固，故分層填筑的填土層可用推土機(jī)簡單推平碾壓、滿足機(jī)械正常行走要求即可。

3.2.5回填強(qiáng)夯區(qū)與原土基的搭接處理

1)對于原土層厚度較大需要進(jìn)行原土基強(qiáng)夯的區(qū)域按照原土基強(qiáng)夯內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

若原土層厚度較薄，不需要直接進(jìn)行強(qiáng)夯處理的區(qū)域，可結(jié)合現(xiàn)場原土基處理和實(shí)際地形情況，將原土區(qū)開挖成倒坡臺階，隨填筑體分層回填后再進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

2)不同能級強(qiáng)夯區(qū)的搭接處理。

a.對于兩種不同能級強(qiáng)夯施工區(qū)域的搭接處理，原則上先進(jìn)行較高能級強(qiáng)夯區(qū)域的施工，再進(jìn)行較低能級區(qū)域的強(qiáng)夯施工，后期低能級強(qiáng)夯施工至交界處時(shí)，夯點(diǎn)向已完成高能級強(qiáng)夯區(qū)域延伸1排～2排夯點(diǎn)，進(jìn)行兩個區(qū)域的搭接處理。

b.如果相鄰區(qū)域先進(jìn)行低能級強(qiáng)夯施工，則進(jìn)行高能級強(qiáng)夯施工時(shí)，主夯點(diǎn)不需向低能級施工區(qū)域延伸，當(dāng)主夯完成進(jìn)行滿夯施工時(shí)，可將滿夯施工范圍向相鄰已完工區(qū)域延伸1排～2排，作為兩個施工區(qū)域的搭接處理。

3.2.6夯后檢測驗(yàn)收

夯后檢測分為非場平標(biāo)高回填強(qiáng)夯層檢測和場平標(biāo)高回填強(qiáng)夯檢測。采用包括探井取樣，鉆孔取樣等檢測方法，確保達(dá)到設(shè)計(jì)承載力特征值和壓實(shí)度，檢測結(jié)果見表3。

表3 檢測結(jié)果

4 結(jié)語

該技術(shù)在陽泉恒大帝景首期場地地基處理工程、漾泉大道采礦坑強(qiáng)夯處理工程等實(shí)施過程中，對于大面積、高填方回填場地，運(yùn)用不同強(qiáng)夯能級加固組合處理技術(shù)可以明顯提高地基土的密實(shí)度和地基承載力，很好的促進(jìn)采礦坑的土地循環(huán)再利用，恢復(fù)露天開采對原地貌形成的破壞，滿足礦山不良地質(zhì)治理過程中的使用要求。該工藝具有成本低、進(jìn)度快、加固效果好、可以就地使用回填土料，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。