陽泉礦區(qū)采煤沉陷區(qū)綜合治理勘探實踐

曹 陽

（陽泉新宇巖土工程有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

陽泉礦區(qū)采煤沉陷區(qū)位于陽泉市礦區(qū)原平坦垴村，區(qū)域東部為北山中路，西部緊鄰洪城河路，西部為郊區(qū)職業(yè)中學，北部為巨興小區(qū)，區(qū)域地質(zhì)構造較為均勻，穩(wěn)定。為恢復地面基礎建設，提高場地利用率，現(xiàn)擬對該采煤沉陷區(qū)進行綜合治理，開發(fā)古城小區(qū)工程項目場區(qū)，為保證道路地基的穩(wěn)定性，確保施工安全，現(xiàn)對古城小區(qū)工程項目場區(qū)進行巖土工程詳細勘察。

擬建項目場區(qū)區(qū)域構造簡單，基本構造形態(tài)為單斜結構，在此基礎上又發(fā)育次一級的寬緩褶曲，地層傾角在5°～25°之間，場區(qū)地下伏基巖為二疊系山西組和石炭系太原組地層，區(qū)域內(nèi)無全新世活動斷裂構造。該區(qū)域屬暖溫帶半濕潤氣候。年均氣溫在11.3℃左右；年均氣壓為931.3hPa；年均降水量為515.8mm，凍結期主要集中于每年的11 月至次年的3月，標準凍土深度為0.68m，古城小區(qū)工程項目場區(qū)無地表水分布，根據(jù)鉆探揭露，確定該區(qū)域地下水為基巖面表層風化裂隙水，水量較小，水源補給主要為大氣降水，水位埋深在10.80～16.00m 之間，靜止水位標高為692.85 ～707.68m，水位變化幅度小于1.0m。

2 勘察方案

2.1 勘探點布置

根據(jù)野外勘探資料，確定古城小區(qū)工程項目場區(qū)的地基復雜程度等級為二級，設計勘探點按建筑物周邊線和角點布置，各勘探點的間距為15～30m。根據(jù)項目場區(qū)地形特點以及周邊地層揭露情況顯示，擬建高層住宅樓控制孔深度在25～37m 之間，一般孔深度在20～32m 之間，多層住宅樓控制孔深度為18m，一般孔深度為15m，古城小區(qū)工程項目場區(qū)探井深度為10.0m，為探明擬建場區(qū)下伏可采煤層的埋藏深度及開采情況，根據(jù)前期勘探揭露情況，確定本次勘探煤層孔深度范圍在80～100m 之間。

2.2 取樣孔、原位測試孔的布置

根據(jù)該區(qū)域工程地質(zhì)條件（區(qū)域地質(zhì)構造簡單、穩(wěn)定）及建筑施工情況，擬對取樣孔以及原位測試孔進行均勻布置，考慮到測試數(shù)據(jù)具有較強的離散性，設置每組數(shù)據(jù)的設計數(shù)量應達到統(tǒng)計數(shù)據(jù)的3 倍以上[1]。

2.3 物探勘察

為探明擬建場區(qū)下伏可采煤層的埋藏深度及開采情況，擬通過瞬變電磁法對場區(qū)區(qū)域的地質(zhì)情況進行物探勘查，根據(jù)物探圈定的異常區(qū)，確定在該區(qū)域布置3 個物探驗證孔，鉆孔深度至15#煤層底板以下0.5m 位置處。物探勘察采用的技術手段主要包括：工程地質(zhì)調(diào)查、巖土工程勘探、物探、原位測試等。

3 勘察工程量

對古城小區(qū)工程項目場區(qū)的勘察工程分階段進行，整個勘察過程歷經(jīng)5 個月零12 天，勘探共施工勘探點70 個，總進尺2350.63m：其中施工鉆孔62個，鉆探進尺2003.78m；施工物探驗證孔3 個，物探進尺316.15m，施工探井5 個，探井總延米30.70mm，勘探作業(yè)共實施標準貫入試驗161 次、重型動力觸探4.1m，觀測穩(wěn)定地下水位8 次，探測瞬變電磁物理點497 個，分別對原狀土樣（90 個）、擾動樣（8個）、腐蝕性土樣（2 個）以及地下水水樣（1 個）選取并進行室內(nèi)試驗，室內(nèi)各巖樣試驗統(tǒng)計見表1。

表1 室內(nèi)巖樣試驗情況統(tǒng)計表

地質(zhì)勘察期間，由中國兵器工業(yè)北方勘察設計研究院對擬建區(qū)域進行了的波速測試工作。測試儀器為規(guī)格為RS-1616K（s）型工程檢測儀及三分量檢波器，波速測試采用單孔檢層法，震源采用叩板法[2-3]，測試共布置ZK10#、ZK22#、ZK32#、ZK49#4 個鉆孔，各鉆孔的間距為1m，深度為20m，累計進行波速測試試驗77m。各鉆孔波速測試成果情況如圖1～圖4 所示。

由波速測試可知，古城小區(qū)工程項目場區(qū)ZK10#孔9m 深度范圍內(nèi)等效剪切波速為195m/s，ZK22#孔10m 深度范圍內(nèi)等效剪切波速為233m/s，ZK32# 孔20m 深度范圍內(nèi)等效剪切波速為198m/s，ZK49# 孔20m 深度范圍內(nèi)等效剪切波速為222m/s。

圖1 鉆孔ZK10#孔波速測試成果圖

圖2 鉆孔ZK22#孔波速測試成果圖

圖3 鉆孔ZK32#孔波速測試成果圖

圖4 鉆孔ZK49#孔波速測試成果圖

4 巖土工程條件評價

4.1 地下水、土的腐蝕性評價

本次勘探工作對古城小區(qū)工程項目場區(qū)ZK9#鉆孔的地下水水樣進行腐蝕性檢測，水質(zhì)檢測成果如表2 所示。

表2 水質(zhì)檢測成果表

根據(jù)水質(zhì)檢測成果可以得出：古城小區(qū)所屬區(qū)域為Ⅰ類環(huán)境場地，無干濕交替作用，通過對水樣中各元素的濃度以及PH 值的分析可知，地下水對混凝土結構存在一定的腐蝕性，但程度較弱。

本次勘探工作分別對古城小區(qū)工程項目場區(qū)ZK12#、ZK37#鉆孔的土樣進行腐蝕性檢測，土質(zhì)檢測成果如表3 所示。

表3 土質(zhì)檢測成果表

根據(jù)土檢測成果可以得出：古城小區(qū)所屬區(qū)域為Ⅰ類環(huán)境場地，通過對水土樣中各元素的濃度以及PH 值的分析可知，地基土對混凝土結構具有一定的微腐蝕性。

4.2 濕陷性評價

本次勘探分別選取T1、T2、T3、T4、T6 這5 個探井中的原狀土樣進行濕陷性試驗，確定得出：擬建場地2# 層粉土為濕陷性粉土，其濕陷系數(shù)δs 在0.017～0.032 之間，濕陷性程度為輕微～中等，預計對區(qū)域埋設的管路會造成一定影響。各探井土樣濕陷量計算成果如表4 所示。

表4 濕陷量計算成果表

根據(jù)濕陷量計算成果可以看出：古城小區(qū)所屬區(qū)域為非自重濕陷性場地，地基濕陷程度輕微濕陷等級為Ⅰ級。

4.3 采空區(qū)評價

通過對勘探區(qū)域的探煤層孔和物探驗證孔的測試數(shù)據(jù)進行綜合分析，確定出：擬建場地區(qū)域地下賦存的主要煤層為石炭系太原組的12#、13#、14#以及15#煤，其中，12#煤賦存深度在676.79～691.44m 之間，煤層厚度為0.8 ～1.4m；13# 煤賦存深度在648.99～661.04m 之間，煤層厚度為0.2～0.7m；14#煤賦存深度在638.24～638.94m 之間，煤層厚度為0.7m；15#煤賦存深度在604.35～626.44m 之間，煤層厚度為5.6～6.55m。利用瞬變電磁法對勘探區(qū)域進行探查，共確定有7 處高阻異常區(qū)與5 處低阻異常區(qū)，其中，高阻異常區(qū)為不充水的巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，低阻異常區(qū)為充水的巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，場地下伏無采空區(qū)。

4.4 承載力的確定

本次勘探分別對③-1 層礫砂、③-2 層碎石土層進行現(xiàn)場重型動力觸探試驗，各土層重型動力觸探試驗數(shù)據(jù)如表5 所示。

表5 重型動力觸探試驗統(tǒng)計表

5 地基方案分析

5.1 場地穩(wěn)定性及適宜性評價

通過對古城小區(qū)工程項目場區(qū)的地質(zhì)勘探結果可知：該擬建場區(qū)總體結構穩(wěn)定，部分建筑基段不均勻，場區(qū)周圍未出現(xiàn)有影響場地穩(wěn)定性的活動斷裂、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)特征的存在，適宜作為開發(fā)基地，實施建筑工程。

5.2 基處理技術手段

1）局部換填法。對于擬建場區(qū)地層由土巖組合、土層厚度≦3m 的地段，通過局部換填法對地基進行處理，換填材料可選用毛石砼，通過與基巖面錯臺搭接，作為地基持力層。

2）夯擴混凝土灌注樁復合地基法。對于擬建場區(qū)地層基巖面坡度較小的地段，通過夯擴混凝土灌注樁對地基進行處理，樁端持力層選用中等風化基巖，樁端采用正方形或梅花形布置，樁頂與基礎之間設置150～300mm 的褥墊層，形成復合地基[4]，樁徑選擇規(guī)格在350～600mm 之間。

3）鋼筋混凝土灌注樁。對于擬建場區(qū)地層基巖面坡度較大的地段，可通過鋼筋混凝土灌注樁對地基進行處理[5]，樁端持力層選用中等風化基巖，樁型可采用嵌巖樁或端承樁，保證樁端進入中等風化基巖深度≧2m，樁徑選擇規(guī)格在800～1200mm 之間。

6 基坑支護技術手段

對于基坑標高為700m、基坑深度為11.5m 的擬建區(qū)域，對其西側、北側的地段宜采用自然放坡法進行開挖，坡率確定于1∶0.5～1∶0.75 之間，東側宜采用分級自然放坡法進行開挖，土層部分坡率確定在1∶0.5～1∶0.75 之間，基巖部分坡率確定在1∶0.3～1∶0.5 之間，同時在地層土巖結合部位留設1.5～2.5m 的平臺。

對于基坑標高為703.7m、基坑深度為14.4m 的擬建區(qū)域，其北側的地段宜采用排樁+錨索支護法進行開挖，其南側的地段宜采用分級放坡+土釘墻支護法進行開挖。

對于基坑標高為695.9m、基坑深度為15.5m 的擬建區(qū)域，其東側的地段宜采用分級自然放坡法+土釘墻+錨桿支護法進行開挖，土層部分坡率確定在1∶0.3～1∶0.5 之間，基巖部分坡率確定在1∶0.25～1∶0.3 之間，同時在地層土巖結合部位留設1～2m 的平臺，通過土釘墻對土層進行支護，利用錨桿對基巖層段進行支護。

對于基坑標高為695.5m、基坑深度為16m 的擬建區(qū)域，其北側的地段宜采用自然放坡法進行開挖，土層部分坡率確定在1∶0.3～1∶0.5 之間，同時在地層土巖結合部位留設2～3m 的平臺。其西側宜沿擋墻背后直接開挖至基底標高。

基坑開挖過程中，考慮到區(qū)域地下局部賦存裂隙水，因此，為確保地基的穩(wěn)定性與地下管路、管線的安全性，需要在坑底布置集水坑，對出現(xiàn)的積水進行及時排出，以保證建筑施工的安全性。

7 結 論

針對陽泉礦區(qū)采煤沉陷區(qū)區(qū)域地質(zhì)構造情況，進行現(xiàn)場實地勘測，勘探成果如下：

1）勘探所屬區(qū)域為Ⅰ類環(huán)境場地，無干濕交替作用，地下水對混凝土結構存在一定的腐蝕性，但程度較弱，地基土對混凝土結構具有一定的微腐蝕性，該區(qū)域為非自重濕陷性場地，地基濕陷程度輕微濕陷等級為Ⅰ級；

2）擬建場地區(qū)域地下賦存的主要煤層為石炭系太原組的12#、13#、14#以及15#煤，區(qū)域共確定有7處高阻異常區(qū)與5 處低阻異常區(qū)，其中，高阻異常區(qū)為不充水的巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，低阻異常區(qū)為充水的巖溶裂隙發(fā)育區(qū)，場地下伏無采空區(qū)；

3）擬建場區(qū)總體結構穩(wěn)定，適宜作為開發(fā)基地，實施建筑工程；

4）針對擬建場區(qū)的地層特征，提出通過局部換填法、夯擴混凝土灌注樁復合地基法以及鋼筋混凝土灌注樁的地基處理方法以及基坑支護技術手段。