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(xù)強化填土處置能力，科學應(yīng)對填土固有屬性，構(gòu)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(shù)團隊突出填土特征，采取有效性舉措，結(jié)合技術(shù)要素、管理要素，改進創(chuàng)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(jù)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(zhì)，論證填土施工可行性，完善施工體系。旨在通過技術(shù)要素合理化應(yīng)用，實現(xiàn)對填土有效處置，為后續(xù)施工活動穩(wěn)步有序開展奠定堅實基礎(chǔ)。

1 填土的分類及性質(zhì)

填土系指人類活動而堆填形成的無規(guī)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(jù)其物質(zhì)組成及堆填方式分為素填土、雜填土和沖填土三類。根據(jù)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(nèi)。

從土壤性質(zhì)來看，填土濕陷性較為明顯，結(jié)構(gòu)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(zhì)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(qū)域分布、土層厚度、滲透屬性等屬性表現(xiàn)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(nèi)部之間的空隙較大，孔隙發(fā)育明顯，沒有達到自然狀態(tài)下的固結(jié)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(xiàn)出較強的壓縮性。如果未經(jīng)人工干預(yù)（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(jié)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(jié)狀態(tài)，土層強度較低，在水體作用下，容易引發(fā)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(zhì)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(xù)性消解，使得土壤中會形成一定規(guī)模的孔洞，影響整個填土層結(jié)構(gòu)強度。

2 填土的勘察內(nèi)容及重點

填土勘察過程中，礦山巖土工程技術(shù)人員應(yīng)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(jié)構(gòu)密實度以及濕陷性等參數(shù)。同時在部分場景下，還需要根據(jù)任務(wù)要求，測定填土排水能力與固結(jié)水平?？紤]到實際施工要求，填土勘察環(huán)節(jié)，需要采取更為靈活、更為多元的手段，確?？辈烊蝿?wù)順利完成。

2.1 地基與樁基礎(chǔ)工程

在組織開展地基與樁基礎(chǔ)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(jù)勘察結(jié)果，定向調(diào)整礦山巖土工程施工結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)形態(tài)、標高、變形體量等，實現(xiàn)設(shè)計方案的有效調(diào)整。地基勘察環(huán)節(jié)，要探測填土區(qū)域是否存在古河道、滲井等，對于填土的物質(zhì)組成、土壤粒徑，也需要開展做好勘察分析，尤其注重做好區(qū)域填土層內(nèi)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(tài)，為地基、樁基礎(chǔ)施工提供方向性引導(dǎo)，確保施工方案選擇有效性與施工技術(shù)應(yīng)用精準性。例如當?shù)V山巖土工程施工基底所處區(qū)域的標高低于填土層底面，技術(shù)團隊可以采取地基土換填等方式，將標高保持在合理區(qū)間范圍。在這一過程中，需要綜合評估填土空間分布、物質(zhì)構(gòu)成以及地下水文特征。

2.2 基坑邊坡工程

當基礎(chǔ)開挖深度范圍內(nèi)存在較厚填土，對基坑邊坡穩(wěn)定有影響時，勘察前應(yīng)掌握或了解基坑開挖深度、基坑周邊管線、建（構(gòu)）筑物等環(huán)境條件?？辈鞎r應(yīng)主要查明基坑開挖深度影響范圍內(nèi)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(zhì)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(lián)系等。

3 填土的勘察方法

3.1 調(diào)查搜集

對填土的勘察應(yīng)從填土的形成過程開始，通過調(diào)查訪問、搜集資料，調(diào)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(shù)的不斷發(fā)展，遙感解譯在工程建設(shè)中應(yīng)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(nèi)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(guān)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(jù)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(zhì)。

3.2 勘探與測試

填土的勘探方法應(yīng)根據(jù)填土性質(zhì)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(jié)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(nèi)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(fā)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(yīng)用較為廣泛和全面。

填土的壓縮性可采用室內(nèi)固結(jié)試驗、浸水固結(jié)試驗或載荷試驗、浸水載荷試驗確定。對細粒土可采用室內(nèi)試驗而對于粗粒土可采用礦山施工現(xiàn)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(yīng)按厚度、強度和變形特征分層或分區(qū)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(jù)經(jīng)驗判斷其特性?，F(xiàn)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(yīng)在充分調(diào)查、現(xiàn)場勘察、現(xiàn)場測試并結(jié)合試驗成果的基礎(chǔ)上進行。評價的內(nèi)容要結(jié)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(shè)計的需要，主要內(nèi)容如下：

（1）物質(zhì)組成：物質(zhì)成分與其物理力學性質(zhì)直接相關(guān)，也直接影響到礦山巖土工程設(shè)計、處理方法的選擇；應(yīng)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(yīng)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(yīng)分析和評價填土物質(zhì)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(yīng)根據(jù)室內(nèi)和現(xiàn)場試驗結(jié)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(jù)壓縮試驗或載荷試驗結(jié)果，結(jié)合工程經(jīng)驗，分析和評價填土的壓縮特性，提出填土的壓縮系數(shù)、壓縮模量或變形模量等參數(shù)。

（6）地基承載能力：為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計、地基處理、樁基礎(chǔ)設(shè)計提供參考依據(jù)。

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

（8）地基與基礎(chǔ)方案：根據(jù)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(chǔ)設(shè)計與施工應(yīng)注意的問題和建議措施。

（9）地下水：應(yīng)分析評價對基礎(chǔ)材料的腐蝕性，對地基處理、樁基礎(chǔ)施工及基坑開挖的影響?？紤]到填土的變異性大，填土特性應(yīng)盡可能分層、分區(qū)評價。

5 礦山巖土工程項目填土的勘察與評價實例

5.1 調(diào)查及搜集資料

根據(jù)某地區(qū)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(jù)調(diào)查、搜集資料，并結(jié)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(qū)域近15 年的地形地貌及地物變遷相關(guān)的影像資料，可還原場地原始地貌形態(tài)，了解開挖回填的大致時間節(jié)點，其中部分區(qū)域影像中顯示為紅色的區(qū)域，后經(jīng)調(diào)查了解，該區(qū)域回填土為褐紅色含砂黏土，而影像中顯示為深灰色的區(qū)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(yù)處理范圍分布圖，以此劃分出場地勘察范圍內(nèi)填、挖方區(qū)的界限，對下一步勘察方案的編寫和勘察方法的優(yōu)化提供了有利依據(jù)和指導(dǎo)。

（3）搜集到了本礦山場地地基檢測報告，經(jīng)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(shè)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(jù)回填材料和厚度的不同采用2000KN·m ～8000KN·m 能級。預(yù)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(qū)域場地內(nèi)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(guān)資料，由此分析得知本場地某些范圍內(nèi)填土采用每米回填并分層碾壓，經(jīng)密實度檢測，壓實系數(shù)達設(shè)計要求后回填上層，直至設(shè)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(shù)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(shù)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(xiàn)有場地地形地貌的不同，對現(xiàn)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(diào)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(zhì)等有了初步的了解和認識，結(jié)合設(shè)計提供的勘察技術(shù)要求，本次勘察對場地填土的勘察方法進行了針對性的優(yōu)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(zhuǎn)鉆進，全孔取芯進行地質(zhì)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(xù)測試土層力學性質(zhì)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(jié)、不存在場地穩(wěn)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(jié)合擬建建構(gòu)筑物特點及設(shè)計要求，建議在可能采用填土作為基礎(chǔ)持力層的場地或區(qū)域進行。本次勘察經(jīng)初步分析，某礦山區(qū)域擬建建（構(gòu)）筑物具以填土作為基礎(chǔ)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(jīng)過地基預(yù)處理，且地基檢測結(jié)果反映地基承載力及壓縮模量均滿足設(shè)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(qū)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(nèi)，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(qū)域，試圖建立與靜力觸探指標的對應(yīng)關(guān)系，綜合分析和評價填土的力學性質(zhì)及均勻性。

（7）對礦山區(qū)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(qū)布置一定數(shù)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(zhì)及巖土工程條件。

采用以上勘察方法獲取相關(guān)測試數(shù)據(jù)，對填土進行評價，需保證測試點布置的均勻性，測試點數(shù)量具有一定的密度，可根據(jù)規(guī)范規(guī)定、設(shè)計要求及地貌單元等分區(qū)進行布置。

5.3 數(shù)據(jù)分析與評價

（1）地層劃分：以填土的物質(zhì)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(guī)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(jù)原位測試成果，重點從力學性質(zhì)方面對已劃分的土層進行細化。

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

（3）填土分析評價相關(guān)的圖表：一般需繪制填土的平面分布圖、等厚度圖、分區(qū)圖（一般包含處理及未處理分區(qū)、填料分區(qū)等）、原位測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表等。

（4）填土的評價：根據(jù)分層編號，可分別按已完成相關(guān)地基處理和未經(jīng)地基處理、均勻性好壞、密實度好壞等方面進行分區(qū)評價。評價時首先判定是否存在場地穩(wěn)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(chǔ)持力層（天然或換填后）的可能性，給出基坑開挖相關(guān)巖土參數(shù)，并提出相關(guān)地基處理建議。本礦山巖土工程勘察場地某裝置分區(qū)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(qū)域以砂土為主，局部夾有鐵質(zhì)淋濾塊（鐵皮塊），回填時間約5 年，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，填料及工程性質(zhì)均勻性均差。

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

經(jīng)預(yù)處理的素填土，在預(yù)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(qū)域素填土經(jīng)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(shù)N=3.0 擊～21.0 擊，平均值為8.4 擊。根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以判斷，該層素填土目前均勻性較差，同時又根據(jù)靜探和標貫最小值，本次經(jīng)預(yù)處理后的素填土可不考慮欠固結(jié)對工程的影響。

未經(jīng)地基預(yù)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(shè)計豎向標高。經(jīng)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(shù)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(jié)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(yīng)進行沉降監(jiān)測。

綜上所述，對場地素填土，可根據(jù)擬建建（構(gòu)）筑物具體特性，并結(jié)合該層素填土厚度，合理采取換填、低能級強夯或采用復(fù)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(yù)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(jié)語

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

（2）填土的勘察應(yīng)以調(diào)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(zhì)，為分析、評價和利用填土提供可靠的依據(jù)。