强夯法在高填方采矿坑地基处理中的应用

谢 俊 平

(山西机械化建设集团有限公司，山西 太原 030009)

0 引言

随着山西省经济建设的持续发展，晋北大同、阳泉、朔州等地区露天开采造成的采矿坑不断出现，矿山开采占用的面积不断扩大，矿山开采的深度不断加深，局部露天采矿坑深度达到了100 m以上，形成了高填方采矿坑，严重破坏了当地的生态环境并造成了严重的地质灾害，极大影响了当地的生产生活。为了治理高填方采矿坑，最大限度的利用采矿坑回填场地，使回填场地满足建设用地的地质构造要求，本文结合阳泉某采矿坑强夯加固处理项目，采用级配良好的回填土料，利用分层回填强夯的施工技术，达到工后地基承载力以及工后沉降稳定的目的，最终形成完整成熟的强夯法处理高填方采矿坑施工处理技术。

1 工程概述

阳泉某采矿坑强夯处理项目位于阳泉市城北，东西长约840 m，南北宽约510 m，场地占地总面积337 647 m2。由于场地前期已进行回填，北侧部分区域已回填至710 m高程，南侧场地最低处已回填至653 m，场地场平设计标高为726 m～757 m之间，场地最大回填高度约为110 m。场地回填土石混合料主要来源于附近三泉棚户区改造场平项目。场区回填完成后，规划建设阳泉大医院，回填区建设不高于7层的建筑物，不再进行桩基处理。在项目施工过程中，通过坑底原土基处理、坑壁四周边坡反挖及强夯处理、填筑体分层回填强夯处理、回填强夯区与原土基的搭接处理等一系列地基加固处理措施，达到填筑体加固密实的效果。

2 强夯参数设计

2.1 原土基强夯参数设计

根据地勘评价报告：原土基处理必须达到填筑体地基自重所需要的承载力，满足填方地基的工后沉降变形要求。当坑底基本为裸露的岩石，不需要进行处理可以作为基础使用，否则应当进行原地面强夯处理。因此，应根据不同的地质条件和地基处理设计要求，采用不同的处理方法，见表1。

表1 原土基强夯能级与处理深度关系表

综合考虑强夯加固处理深度和原地面处理土层厚度以及试夯成果，坑底原地面强夯施工参数确定为：

坑底原地面采用8 000 kN·m能级强夯进行加固处理，强夯共分4遍进行施工，第1，2遍强夯能级为8 000 kN·m，夯点间距8 m，正方形布置，停锤标准为最后两击夯沉量不大于15 cm且锤击数12击～15击控制；第3遍强夯能级为4 000 kN·m，夯点布置在第1，2遍夯点中心位置，停锤标准为最后两击夯沉量不大于10 cm且锤击数6击～8击控制；第4遍为2 000 kN·m能级满夯，要求夯印搭接1/4，每点5击，满夯结束后整平场地。

2.2 填筑体分层强夯参数及分层回填厚度设计

对于填土高度较大的高填方地基，应将填料分层回填、分层强夯。填方地基的强夯有效加固深度和分层处理厚度应通过强夯试验确定。

强夯处理的分层厚度可按强夯能级的大小确定。一般情况下强夯能级与分层厚度的关系如表2所示。

表2 强夯能级与加固深度对照表

根据现场试夯结果，填筑体分层回填厚度按照6 m一层进行强夯处理。施工中结合填料性质及各能级强夯的加固深度确定强夯能级，选用4 000 kN·m能级的强夯。

主夯采用4 000 kN·m能级强夯，强夯共分两遍进行，夯点间距5.0 m，正三角形布置，收锤标准按最后两击平均沉降量不大于10 cm，且夯击数不少于12击～15击控制。满夯2 000 kN·m能级，要求夯印1/4搭接，每点夯5击，满夯结束后整平场地。

2.3 回填土料技术要求

1)回填土料含水量宜控制在最佳含水量的±3%之间，当回填料含水量较低时，应适当喷淋水，以增加回填材料的含水率，使其达到最优含水率。

2)填料为石料时，其最大粒径控制为不大于50 cm，回填材料不均匀系数Cu≥5，曲率系数Cc=1～3。

3)对超过最大粒径要求的石料，进行二次破碎，填料为石料，其最大粒径控制为不大于50 cm。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

原地面清理→坑底原土基处理→坑壁四周边坡反挖及强夯处理→填筑体分层回填强夯处理→回填强夯区与原土基的搭接处理→夯后检测验收。

3.2 操作要点

3.2.1原地面清理

1)原地面清理主要包括表层淤泥、树木、有机物等以及加固土层厚度超出强夯加固处理深度后的部分。

2)在施工范围内，有积水的洼地应进行排水、清淤。

3)整平场地至起夯面标高，整平后的施工场地平整度、密实度应能承受施工机械的重量，满足施工设备行走、运转和运输的要求。

3.2.2坑底原土基处理

1)原有场地局部前期已经回填，由于处理深度达到了12 m，此处采用12 000 kN·m能级强夯进行处理。第1,2遍主夯能级12 000 kN·m，夯点间距10 m正方形中间插一点布置；第3遍点夯能级10 000 kN·m，夯点间距10 m正方形中间插一点布置；第4遍加固夯能级4 000 kN·m，夯点位于第1～第3遍夯点位置。第5遍满夯能级2 000 kN·m，夯印搭接1/4锤径。

2)原地面自然坡度陡于1∶5时，将自然地面开挖成台阶状，台阶宽度不小于8 m。如果原地面坡度较缓，台阶宽度可以按布置不小于1排～2排强夯夯点的宽度进行开挖，可以用挖出的台阶宽度来控制台阶高度。

3.2.3坑壁四周边坡反挖及强夯处理

坑壁四周由坑底至坡顶形成土质边坡且边坡坡度较陡。如直接回填进行强夯处理，四周坑壁边坡区域原土层不能进行加固处理，容易造成处理效果的不均匀。同时四周坡壁强夯区与原地面不易搭接，原地面密实度不够，造成交接处应力突变。

用挖掘机将坑壁边坡两侧覆土至上而下逐阶反挖成倒台阶形状，台阶宽度不应小于8 m，台阶高度小于3 m，以便进行强夯加固处理。坑壁两侧坡度较陡时，台阶宽度可以适当减少，台阶原地面强夯可随填筑体强夯同时进行施工，坑壁四周反挖台阶后根据台阶区域原土层厚度采用8 000 kN·m或12 000 kN·m能级强夯进行加固处理。

3.2.4填筑体分层回填强夯处理

填筑体采用分层回填、分层强夯的施工方法，填筑体回填强夯按照由下而上的原则分层进行施工，每层厚度按照6 m进行强夯处理。

分层虚填厚度为6 m，可分3次填筑至6 m，每层堆填的厚度为2 m左右，由于回填地基采取强夯加固，故分层填筑的填土层可用推土机简单推平碾压、满足机械正常行走要求即可。

3.2.5回填强夯区与原土基的搭接处理

1)对于原土层厚度较大需要进行原土基强夯的区域按照原土基强夯内容进行强夯处理。

若原土层厚度较薄，不需要直接进行强夯处理的区域，可结合现场原土基处理和实际地形情况，将原土区开挖成倒坡台阶，随填筑体分层回填后再进行强夯处理。

2)不同能级强夯区的搭接处理。

a.对于两种不同能级强夯施工区域的搭接处理，原则上先进行较高能级强夯区域的施工，再进行较低能级区域的强夯施工，后期低能级强夯施工至交界处时，夯点向已完成高能级强夯区域延伸1排～2排夯点，进行两个区域的搭接处理。

b.如果相邻区域先进行低能级强夯施工，则进行高能级强夯施工时，主夯点不需向低能级施工区域延伸，当主夯完成进行满夯施工时，可将满夯施工范围向相邻已完工区域延伸1排～2排，作为两个施工区域的搭接处理。

3.2.6夯后检测验收

夯后检测分为非场平标高回填强夯层检测和场平标高回填强夯检测。采用包括探井取样，钻孔取样等检测方法，确保达到设计承载力特征值和压实度，检测结果见表3。

表3 检测结果

4 结语

该技术在阳泉恒大帝景首期场地地基处理工程、漾泉大道采矿坑强夯处理工程等实施过程中，对于大面积、高填方回填场地，运用不同强夯能级加固组合处理技术可以明显提高地基土的密实度和地基承载力，很好的促进采矿坑的土地循环再利用，恢复露天开采对原地貌形成的破坏，满足矿山不良地质治理过程中的使用要求。该工艺具有成本低、进度快、加固效果好、可以就地使用回填土料，具有良好的经济和社会效益，具有极大的推广应用价值。