阳泉矿区工程地质特征及对策

王 海 祥

(山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000)



阳泉矿区工程地质特征及对策

王 海 祥

(山西国辰建设工程勘察设计有限公司，山西 阳泉 045000)

结合阳泉矿区的地质特征，探讨了适合该矿区的勘察方法，并阐述了斜坡场区、河流阶地场区、填土场区、采空区场区以及河床、河漫滩场区的地基处理措施，以供参考。

矿区，地质特征，地基处理措施，勘察方法

0 引言

阳泉矿区地处太行山中段西侧，以中～中低山地貌为主，区内沟壑纵横，风化剥蚀严重，地形起伏大，海拔标高从650 m到1 100 m不等，除河床、河漫滩、河流阶地较为平坦之外，多为陡峻的坡地，坡率多在20°～70°不等。在部分坡地、山顶、河流阶地分布有厚薄不一的第四系中～晚更新世黄土、冲洪积成因的砂类土及卵石、坡积及残积成因的碎石土覆盖。河床及河漫滩等沟谷则以薄层～中厚层的第四系全新世河流冲洪积成因的卵石、砂砾、砂类土覆盖。坡地、山脊多为石炭纪～二叠纪时期地层的岩石大面积出露。阳泉矿区表现为“多山、多石、少土、少平地”的特点。阳泉矿区煤炭资源丰富，埋藏浅，开采条件优越，交通便利，开采历史十分久远，北宋时已有煤炭开采的记载。特别是从20世纪开始逐步进入煤炭开采的全盛时期，在矿区形成了不同时期、不同规模、不同形式的各类采空区。由于多年的开采结果，使得矿区地质环境遭受到严重的破坏，由此引发的地表沉陷、开裂大范围发生，甚至引起崩塌滑坡等地质灾害发生，“采空区”成为矿区建设中不可回避的主要工程地质问题。

1 矿区工程地质特征

1.1 斜坡场区的工程地质特征

矿区斜坡场区表层多有黄土覆盖，厚度一般在5 m～10 m，达15 m以上者较少，自上而下依次为粉土、粉质粘土、碎石土、基岩。粉土多呈松散～中密状态，偶有湿陷性，多为轻微湿陷等级，中等～严重湿陷偶遇；粉质粘土多呈可塑～硬塑状态，压缩性多为中等；碎石土一般呈稍密～中密状态，中等～低压缩，在斜坡下部坡积裙部位置较厚，向上则逐渐变薄；基岩则以强风化中～厚层的砂岩、泥岩为主，坚硬程度以软岩为主，裂隙发育，岩体质量等级多为Ⅳ级～Ⅴ级，岩层产状多平缓(倾角15°以下)，基岩面多与坡向一致。基岩面坡度多大于10%，部分场区基岩直接出露。

工程地质特征表现为：土岩组合地基、地基不均匀，往往涉及边坡问题，地下水不发育。

1.2 河流阶地场区的工程地质特征

河流阶地分布于桃河、蒙河及义井河两岸，主要分布于市政府～二矿一带的桃河两岸，在三矿赛鱼、沙坪亦有分布，海拔标高670 m～710 m之间。岩土组成以粉土、中～粗砂、砾砂为主，局部有粉质粘土、卵石层，呈中密～密实状态，中～低压缩性为主，多呈直立陡坎，厚度10 m～20 m不等，不整合覆盖于下部地层之上。

工程地质特征：多数场区地基均匀，涉及边坡稳定问题，大多有地下水发育。

1.3 河床、河漫滩场区的工程地质特征

地区内发育的桃河及支流呈狭长带状分布。由冲～洪积成因的卵石、砂土、次生黄土组成，桃河河床及河漫滩河流堆积物厚度多在10 m以上，且以卵石为主。夹含砂粉土、粉质粘土、中～粗砂、砾石。卵石粒径大，多在50 mm～150 mm，含漂石，卵石含量在70%～90%。呈中密～密实状态，低压缩性，地下水发育，为潜水，局部为上层滞水。其他支流的卵石及砂土堆积物厚度较小(3 m～7 m)，多呈松散～稍密状态。

工程地质特征：桃河河床及河漫滩河流堆积物层位稳定，一般具有双层结构，上下层卵石间夹有粉土、粉质粘土或含砂粉土，粉质粘土，愈靠下部愈密实。上层卵石有潜水或上层滞水发育，下层卵石含水则表现为承压水性质。压缩性由上而下表现为中～低压缩性过渡。支流密实程度差，有潜水发育。

1.4 填土场区工程地质特征

矿区由于地形起伏大、地貌变化、土地紧张等原因多存在大挖大填现象，加之早期沟谷填土，矿山废弃矸石堆放等，填土多成片出现。其成分有素填土、含生活和建筑物垃圾、工业废弃物的杂填土，多未经碾压加固，呈松散状态，且依地形起伏形成厚薄不一的填土区段。

工程地质特征：填土成分复杂，多含块石及粒径较大的硬杂质成分，结构松散、厚度变化大、地基不均匀，高压缩性，填土稳定性差，涉及填土边坡治理加固问题，多不含地下水。

1.5 采空区场区工程地质特征

煤矿采空区在阳泉矿区范围普遍存在，由于开采时间、开采方法、顶板管理方法以及埋深不同，使得采空区特征和对地表各类建筑设施的影响亦不同。区内采空区的类型以及危害特征主要有：1)手工采煤阶段形成的采空区，分布于矿区中～东部以及矿区东北周边，埋深浅，一般在20 m～70 m，巷道呈网状不规则分布，巷道多不支护，采空区空洞率高，一般无开采资料可参考，对地表建筑设施危害大。2)地方乡镇煤矿开采形成的采空区，主要分布于矿区东部，开采巷道一般不支护，以掘带采巷道式开采，后期有残柱式、房柱式或个别短壁法开采，采深多在80 m以内，达到100 m以上的较少，20世纪80年代以前多没有采掘资料，80年代以后有简单的采掘图纸资料，但多数有多次复采现象，采场面积增大，回采率增高，地表变形以开裂、沉陷为主，采空空洞率有所减小，危害大。3)现代化走向长壁式采煤方法形成的采空区，主要分布于矿区南、西、北外围范围，有完整的采掘图纸资料，采场面积大，顶板管理采用陷落法放顶工艺，引起地表剧烈变形，经历初始期、活跃期、衰退期，以后地表变形进入残余变形期，逐渐趋于稳定，由于该采煤方法引发地表变形强烈，范围大，多引发地表开裂、沉陷、山体滑移、崩塌等严重地质灾害，对地表建筑设施会造成严重的损坏，但地表变形结束且稳定后，采取合理的建筑及结构措施，并进行可靠的地基处理措施后，仍可进行地面建筑。

2 勘察方法的选择和处理措施

勘察依据设计阶段对工程勘察工作的不同要求，划分为可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察、施工勘察阶段，但在区内多数情况下，由于勘察资料积累丰富、工程规模较小等原因直接进行详细阶段的勘察工作。只有个别大型项目有可行性研究、初步阶段勘察，而施工勘察只有在工程地质条件复杂的场区作为补充手段进行。所以矿区勘察工作多按详细阶段勘察工作深度要求进行。在不同的场区由于工程地质条件不同，勘察方法选择也有针对性，以查明场区主要工程地质问题。

斜坡场区勘察工作方法：钻探、探槽、探井、场区及周边工程地质调查测绘，查明岩土层空间分布、基岩面起伏、下伏基岩赋存状况、边坡岩土构成、岩土工程力学参数。

河流阶地场区勘察工作方法：钻探、探井、出露剖面实测、场区及周边工程地质调查及资料收集，查明岩土层空间分布、基岩面或下伏地层界面起伏、边坡岩土构成、岩土工程力学参数。

河床、河漫滩场区勘察工作方法：钻探为主、动力触探、场区及周边工程地质调查及资料收集，查明岩土层空间分布、软弱夹层分布、地下水赋存，岩土工程力学参数。

填土场区勘察工作方法：钻探、动力触探、场区原始地形资料收集，查明填土层组成成分、空间分布，下伏地层赋存状态、填土的工程力学参数。

采空区场区勘察工作方法：钻探、物探、场区及周边工程地质调查及测绘，开采资料的社会调查收集，已有建筑经验总结。查明岩土组成、覆岩构成状况，采空区埋深、开采厚度、开采方法、顶板管理方法、开采(停采)时间、回采率、复采情况等。

3 地基处理措施

阳泉矿区特有的工程地质条件，决定了其相应的地基处理措施选择亦有本地区特色，国内常用的地基处理办法，在阳泉矿区往往需要方法上的结合、工艺上的改进，必须因地制宜，否则难以达到预期的效果。

3.1 斜坡场区

一般存在不均匀地基、表层土强度低等工程地质问题。常用灰土、毛石混凝土换填，局部基础加深或采用桩基的措施。换填则依具体岩土分布情况挖软换硬或凿硬换软的办法，台阶状开挖分层换填，基础加深一般至下伏强度较高的粘土层或较密实的碎石土层或基岩，桩基则将桩端置于下伏稳定的碎石土或基岩上。当地表粉土或其他强度较低的土层较厚时，采用夯实水泥土桩、挤密桩、桩锤夯扩进行处理也多取得理想效果。而预制桩、搅拌桩、CFG桩由于块石及碎石存在，局部土层较密实等原因采用较少或不能采用。

3.2 河流阶地场区

由于表层具有湿陷性，承载力低等特点，一般采用灰土换填、基础加深措施。对于表层土层较厚、高层建筑以及荷载较大的工业设施，采用挤密桩、夯实水泥土桩、CFG桩复合地基。预制桩、搅拌桩成功的先例很少。

3.3 河床、河漫滩场区

多采用浅基础，当表层土松散或强度较低时采用天然级配的河卵石换填或基础加深，天然级配的河卵石需要注意含泥量的控制，阳泉矿区河床、河漫滩的卵石多符合含泥量标准可直接使用。高层建筑及荷载较大的工业设施则以桩基为主，桩端置于下伏稳定密实的卵石层或基岩之上。

3.4 填土场区

填土多存在松散、厚度变化大，含较多块石或建筑垃圾的特点，一般采用薄层挖除灰土、河卵石、级配碎石等换填，较厚层采用挤密桩(水泥土、灰土等)、DDC桩、柱锤夯扩桩等复合地基，矸石或建筑垃圾为主的填土亦有采用注浆加固措施，强夯加固也有较好的效果，特别是对多年堆积的填土、已燃矸石采用强夯加固解决了大量矿区填土地基处理问题，但需注意强夯加固深度的检验和控制。高层及规模较大的工业市政设施则以桩基为主，桩端置于下伏稳定密实的土层或基岩上。对厚层达15 m以上或者更厚的填土，如果是新填土应采用分层碾压回填，然后分层强夯加固的措施，而厚层老填土为矸石或碎石、块石(含建筑垃圾)为主的填土，当堆积时间足够长，煤矸石已经自燃，采用表层强夯与中～深层注浆结合的处理办法，适宜建筑一些变性要求低的轻型厂房或低层建筑，否则应慎重。

3.5 采空区场区

阳泉矿区采空区普遍分布，地表地形地貌及工程地质条件各异，地表地基处理措施以所在场区的工程地质特征如前所述进行处理。下伏采空区根据采空区特点进行分析评价分别采用不同的地基处理措施，其工程规模或投入往往较大。1)手工采煤阶段形成的采空区，充分结合矿区建筑经验，进行分析评价。一般采深达到45 m以上，开采时间超过20年且回采率低于30%时，可进行低层建筑，不处理采空区，仅采取合理的建筑或结构措施(留设沉降变形缝、加强结构刚度、加强基础整体性)。否则需要进行采空区处理，浅层采空区(多指20 m以内)采用挖除采空、强夯加固、桩基穿越的措施。再深一点的则以注浆充填处理为主。2)地方乡镇煤矿开采形成的采空区，分析方法同第一类，处理措施及对策也相似，但由于个别煤矿开采引起的地表塌陷、开裂，则需要对地表裂缝灌浆、灌砂充填，然后采用褥垫措施。3)现代化走向长壁式采煤方法形成的采空区，该类采空资料准确可靠，当开采结束10年以上，地表变形沉降已经停止，可进行多层住宅或低层房屋的建筑，但仍需要采取针对的建筑结构措施。高层或大规模的工业设施，仍需对残留空洞、覆岩裂隙进行注浆充填加固，采用压力灌浆充填措施，地表裂缝采用灌浆、灌砂充填加固，当基底直接置于开裂基岩之上时，需采用粗砂、砾砂或碎石褥垫层。同样采取相应的抗变形结构或建筑措施。

4 结语

阳泉矿区工程地质条件复杂，不良地质作用发育，地质环境遭受了严重的破坏。将建筑场区根据地形地貌及地质环境进行分类，将各个类型的场区的工程地质特征进行归纳、总结，采取相应的勘察方法，探明或查明场区的主要工作地质问题，依次选择制定合理对症的地基处理方法或措施，避免不必要的投入或处理方法措施不当，对以后矿区勘察及地基处理工作探讨思路是有意义的。

The engineering geology characteristics and countermeasures of Yangquan mining area

Wang Haixiang

(ShanxiGuochenConstructionEngineeringSurvey&DesignLimitedCompany,Yangquan045000,China)

Combining with the geological characteristics of Yangquan mining area, this paper discussed the investigation methods suitable for the coal mine, and elaborated the foundation treatment measures of slope area, river terrace area, filling soil area, goaf area and river, floodplain area, for reference.

mining area, geological characteristic, foundation treatment measure, prospection method

1009-6825(2017)15-0066-03

2017-03-17

王海祥(1962- )，男，工程师

P642

A