露天采矿坑作为建筑用地的综合治理关键技术浅析

孙 建 民

(山西机械化建设集团有限公司，山西 太原 030009)

1 概述

据统计，全国仅煤炭行业，由于采煤引起的塌陷区已达到了11.5万ha。山西省位居全国矿业大省之首，采矿区内因塌陷、坍塌、水土流失、岩石裸露形成的地质灾害现象时有发生；因露天开采形成的巨大深坑，更是占据大量土地，严重影响了当地的生产和生活，城市周围建设用地受此限制，土地资源越来越少。

本项目通过项目实例，针对露天采矿坑进行综合有效治理，提出达到可用于建筑用地标准的综合技术，实现了城市可持续发展，满足市场的需求。

2 工程概况

2.1 工程简况

阳泉某房地产项目，选址于废弃的私企露天采矿坑区域，选址区域采矿坑最大深度53 m，面积约5万m2，大部分区域为采矿后无规划倾倒回填杂填土、岩块等，堆积时间短，业主方拟采取挖除杂填土至基岩后再回填方式进行治理，形成建筑用地。

本采矿坑治理后，将作为33层住宅的人工地基，施工中结合上部建筑，对地基承载力的要求、造价要求、工期要求均要求处治方式必须达到安全可靠和最高性价比。

2.2 地质条件

根据勘察报告揭露，勘察深度范围内，未揭露地下水。场地地基土自上而下分为4层，分述如下：

第①层填土：杂色，含泥岩块、砂岩块、页岩块、灰岩块、煤矸石块、粉土、碎石等，稍湿、松散～密实、欠固结。回填时是以倾倒未经处理，回填时间约2年。

第②层泥岩：灰黑色，破碎，主要矿物为石英、云母等，主要粘结物为粘土矿物，属软岩，具层理结构，岩芯成短柱状，岩石质量等级为Ⅴ。

第③层泥岩：灰黑色，较完整，主要矿物为石英、云母等，主要粘结物为粘土矿物，属软岩，具层理结构，岩芯成短柱状，岩石质量等级为Ⅳ。

第④层灰岩：灰色，中风化，隐晶质结构，主要为化学沉积物碳酸钙，层状构造或块状构造，岩芯成柱状，为较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

3 处治方式选择和设计

3.1 总体设计思路

1)根据现有采矿坑地貌条件、作业面积，必须采用挖除上部杂填土至基岩后再回填方式；那么深填矿坑工后沉降稳定要求如何保证。根据以往在高填深挖类似项目中的施工经验，设计采用了强夯法进行分层回填、分层加固。

2)填料选择。

综合考虑高填方填坑易于发生雨水下渗、地下水汇集等影响，第一：采矿坑下部，至少在底部，必须采用较大料径、水稳性较好、渗透性较好的填料；考虑填方量大、经济性的要求，矿坑底部填料因地制宜首先采用现场挖方区粒径不大于30 cm的碎石类土作为回填料，上部填料可采用土石混合料；第二，在填方接近设计标高时，设置粘土隔水层。

3.2 原地基处理设计

首期场地上部土层主要为露天采煤所弃岩块，堆积时间短，地基强度及变形不能满足建设要求。针对这种情况，考虑可靠性和经济性要求，分建筑物区域和非建筑物区域两种方式进行处理。

3.2.1建筑物区域

1)对原有杂填土挖掘至基岩面后，再按每层2 m左右厚度分层堆填碎石类土，进行强夯处理，强夯能级拟采用5 000 kN·m。

2)楼座地段若基岩起伏小于5%时，整平至统一标高；基岩面变化较大且大于5%时，开挖设置台阶，对台阶分层回填后，与填筑体同步进行强夯地基处理。

3)待检验合格后，再进行上部土层的分层回填、分层强夯。

3.2.2非建筑物区域

1)采用挖除杂填土厚度不大于6 m(预留一层)，进行强夯处理。

2)检测合格后，分层回填并进行强夯处理。

3.3 回填层强夯加固参数设计

因采用回填方式进行露天采矿坑处理，并最终作为建筑用地，尚无先例，故必须采用试夯方式确定其可行性和可靠性。

4 试夯设计及试夯结论

4.1 试夯目的

1)确定地基以及加固填土层有效加固深度；检测处理后地基土的强度、承载力和变形指标。

2)通过试夯确定适宜于地基土质或填料的夯击能及强夯各项参数。

3)校核采用设计能级、设计参数施工后，场地的平均沉降量。

4)校核强夯施工停夯标准等施工质量控制指标。

5)根据试夯后检测结果，修正强夯参数，保证处理效果满足设计要求。

4.2 试夯区参数确定

试夯区1∶5 000 kN·m强夯正方形布点，面积为60 m×40 m共2 400 m2。

试夯区2：

2-1试夯区，5 000 kN·m强夯三角形布点，面积为30 m×40 m共1 200 m2。

2-2试夯区，3 000 kN·m强夯三角形布点，面积为30 m×40 m，共1 200 m2。

4.3 强夯施工参数设计

强夯施工参数设计见表1～表3，布实图见图1～图3。

表1 试夯区1强夯地基处理参数设计

表3 试夯区2-2强夯地基处理参数设计

4.4 试夯施工技术要求

1)强夯分三遍进行，点夯分两遍隔行施工，满夯一遍完成。每遍夯完，整平场地，进行下一道工序。

2)在填土与原土的搭接面开挖成阶梯状搭接，每3 m高设置不小于3 m的卸荷平台，边坡整体坡度不小于1∶1。

4.5 试夯分析及试夯结论

4.5.1试夯分析

1)夯击数—夯沉量关系曲线。根据强夯现场施工记录中数据，计算出每击夯沉量平均值，并以此绘制出夯击数—夯沉量关系曲线，见图4～图6。2)试夯前后地面高程变化数据对比分析见表4。

表4 试夯前后地面高程变化数据对比分析

4.5.2试夯结论

通过本次试夯成果综合分析，试夯段土的物理力学性质已有明显改善，试夯均满足、且测试结果大于设计要求，试夯处理后的地基土复合承载力均达到180 kPa以上。

针对5 000 kN·m能级强夯正方形和正三角形两种布点形式，正三角形5.5 m布点形式夯沉量大，效果好，且更经济，故最终选用两种强夯参数：

1)5 000 kN·m能级强夯正三角形布点强夯。

回填厚度按虚铺厚度6.5 m一层控制，铺料时按每层约2 m分层堆填摊铺，点夯夯击能为5 000 kN·m，夯点间距5.5 m，呈正三角形布置；每点夯击14击，且最后两击的夯沉量不大于100 mm；满夯能级为2 000 kN·m，满夯4击，锤印搭接不小于1/4d。

2)3 000 kN·m能级强夯正三角形两种强夯。

回填厚度按虚铺厚度4 m一层进行分层强夯加固，铺料按每层约2 m厚度分层堆填，点夯夯击能为3 000 kN·m，夯点间距4.5 m，呈正三角形布置；每点夯击12击，且最后两击的夯沉量不大于50 mm；满夯能级为2 000 kN·m，满夯3击，锤印搭接不小于1/4d。

4.6 大面积回填加固施工

4.6.1采矿坑处理前开挖

1)场地处理区挖除杂填土厚度不大于6 m，楼座处理区挖至基岩面处。

2)施工区搭接面开挖成阶梯状搭接，每3 m高设置不小于3 m的卸荷平台，边坡整体坡度不小于1∶1。

根据地形、地势作好防洪及排水(截水)系统。利用场区永久或临时排水系统，排除场地水流或洼地积水。

4.6.2采矿坑分层回填、分层强夯

采矿坑分层回填按每层厚度不大于6 m，采用5 000 kN·m强夯加固。

上部接计隔水层标高时，混合土填料每层厚度不大于4 m，采用3 000 kN·m强夯加固。

4.6.3隔水层施工

场地回填至设计标高下2 m时，回填粘性土，作为顶层封闭层，起隔水作用。

粘性土采用振动式压路机分层碾压，根据现场试验，每层摊铺厚度30 cm，碾压遍数不小于8遍，压实度不小于95%。

5 露天采矿坑治理结论

本项目已按照GB 50202—2002建筑地基基础工程施工质量验收规范和JGJ 79—2012建筑地基处理技术规范及国家相关规范条文进行验收。

经由业主委托具有国家相关资格证书的第三方测量单位进行监测、2015年开始监测，每月观测1次，未见明显异常情况，沉降稳定满足要求。

6 结语

本露天采矿坑采用的分层回填、强夯加固治理方法，可充分利用矿区废弃堆积的非煤岩石，通过治理形成满足要求的建设用地，可靠、环保，具有明显的环保和节地效益，可供同类工程借鉴采用。