高密度电法结合勘察在矿坑回填区调查中的应用

2022-03-02袁峰

山西建筑 2022年5期

袁峰

(江苏科泰岩土工程有限公司，江苏泰州 225009)

0 引言

近年来，我国城市建设规模不断增加，城市边界不断扩张，土地利用日趋紧张。因此，原有城市外围的各种可用土地均不断地被开发使用，其中采石场回填和再利用是一种新型的土地使用方式。关于采石场或矿坑治理的相关研究，已有学者进行了不少工作，其中何昌杰等[1]，分析了生态修复矿坑工程边坡加固的稳定性；姜小明[2]分析了污水顶管穿过回填采石坑的地基处理方法；桂露[3]研究了秦岭太平河废弃采石场生态修复技术；吴承明等[4]介绍了合肥市樊洼路采石坑杂填土强夯置换法地基处理方案；蓝达群[5]研究了花岗岩采石坑卫生填埋场的工程设计；余松霖[6]分析了建筑渣土的相关工程特性和矿坑填埋场的沉降。采石场回填后再进行工程建设，则需要查明采石坑回填区边界及底界面埋深情况，便于工程规划设计和修复。祁伏成等[7]在采石坑环境修复过程，采用无人测绘技术进行调查；卢治萍[8]给出了辽宁本溪县的下堡山城和采石遗址相关调查报告。

基于上述分析，本文以南京市雨花台区某拟建工程为例，通过采用高密度电法物探方法结合工程勘察钻孔进行综合勘查作业，旨在基本查明采石坑回填区边界及底界面埋深情况，并提出有效的处理建议，以期对类似的工程建设提供经验参考。

1 工程背景

1.1 项目位置

项目位于南京市雨花台区，北侧起于华新路，东侧止于规划的机场二通道，西侧为正在建设的工地，南侧止于龙西路。探测区地形较为平缓，近地表以杂填土、淤泥质填土为主，局部基岩出露。探测区内见多处建筑垃圾、生活垃圾、碎石和水坑等。

根据工程勘察资料，探测区东侧基岩为较软～较硬安山岩，西侧基岩为极软凝灰岩，土层主要为粉质黏土、淤泥质粉质黏土，原状土最大埋深约10.0 m。在探测区中部，工勘钻孔揭示了最大埋深达28.0 m的杂填土层，据调查，该区域为采石坑回填区，范围约120 m×90 m，调查现场详见图1。

1.2 工程地质概况

场地地形起伏较大，地面高程为21.82 m～30.94 m，高差最大约为9.12 m。场地内自上而下岩土层分为：①-1杂填土，填龄小于10 a，松散，由无规则建筑垃圾、风化碎石块、碎砖混少量黏性土组成；①-1a层淤泥质填土，填龄小于10 a，流塑，主要分布于填坑底部，混少量碎砖、碎石及植物根茎；①-2层素填土，填龄约17 a～20 a，流塑,采石坑范围以粉质黏土混碎石、碎砖等建筑垃圾、其他场地基坑弃土、桩基施工残留的泥浆和沉渣等回填，粗颗粒粒不均匀，质量分数约5%～20%，坑底粗颗粒含量稍多，成分为采石残留的碎岩块，坑外主要为粉质黏土混碎砖、夹植物根茎；②-1层粉质黏土，可塑；③层粉质黏土、黏土，硬塑；④层粉质黏土混卵砾石，软～可塑，卵砾石质量分数10%～25%，粒径3 cm～6 cm，局部大于10 cm；⑤-1层强风化凝灰岩、安山岩，上部岩芯呈密实砂土状，夹少量风化岩块，下部岩芯碎块状为主，混少量砂土状风化物，岩石碎块较坚硬，锤击易碎；⑤-2层中风化凝灰岩，岩芯采取率75%～90%，RQD为60%～75%，块状构造，泥质胶结，岩芯呈长柱状，岩石坚硬程度分类为极软岩，岩体完整程度分类为较完整，基本质量等级为Ⅴ级；⑤-2a中风化安山岩，采芯率75%～90%，RQD为60%～75%，块状构造，硅钙质胶结，岩芯呈长柱状。岩石坚硬程度分类属较软～较硬岩，岩体完整程度分类为较完整，基本质量等级为Ⅳ级。

1.3 水文地质概况

填土密实度差，其间的大孔隙成为地下水赋存空间，连通性较好，富水性及透水性较好，尤其采石坑内填土厚度大，填料杂，渗透性好。②1层粉质黏土层透水性弱，给水性差，属微透水地层；③层粉质黏土、黏土，透水性弱，给水性差，属微～不透水地层；④层粉质黏土混卵砾石，因卵砾石含量较少，且较分散，渗透性与粉质黏土相近，其透水性较弱，给水性较差，属微透水地层。场地下伏基岩为凝灰岩和安山岩，强风化凝灰岩厚度较大，基岩裂隙水主要赋存于强风化岩层中，因强风化岩层分别呈土状、砂状、碎块状，岩层的富水性、透水性不均匀，呈各向异性，无统一水位。

2 工程勘察调查分析

2.1 工程勘察工作

场地北部有采石坑，分布范围较广，有3幢住宅位于坑内。采石坑深度较大，最大深度近30 m。坑内以碎石、碎砖等建筑垃圾、基坑施工挖出的弃土、桩基施工残留的泥浆和沉渣等回填。经与业主沟通协商，为查明采石坑范围及深度变化，共增布勘探点110个，其中取土钻孔41个，标贯钻孔69个，深度进入中风化岩层3 m～5 m。外业勘探使用10台GXY-1型钻机进行野外施工。钻孔开孔孔径130 mm，终孔孔径110 mm，地下水位以上采用麻花钻干钻成孔，地下水位以下采用泥浆护壁旋转钻进。

2.2 工程勘察成果分析

本次勘察调查进行了大量钻孔、取样和土工试验，经过各项统计指标的最大值、最小值、统计样本数、平均值、标准差和变异系数进行统计分析，其中调查范围内主要土层性质参数详见表1。

表1 土层性质参数

由表1统计结果可以看出，各层地基岩土主要物理力学性指标变异性较低。场地除填土层外，覆盖层主要为可塑、可塑～硬塑黏性土，覆盖层起伏变化较大，土层分布不均匀。

从整个场地分析，场地范围覆盖层除填土层外主要为黏性土，但土层埋深、厚度、压缩性、强度存在一定差异，部分区域岩面起伏较大，属不均匀地基。因人工采石在场地北部形成一采石坑，采石坑填土层最大厚度近30 m。坑内地基土与坑外地基土强度、压缩性差异极大，导致地基更不均匀。为了后期工程建设使用，需要进一步查明下层岩体强度等性质，其中调查范围内主要岩石性质参数详见表2。

表2 岩石性质参数

由表2岩石性质参数统计结果可以看出，下层岩体强度不均匀，其中中风化凝灰岩强度很低，作为建筑物基础持力层，提供的承载力较小；中风化安山岩强度较高是建筑物基础持力层的较好选择。

为了结合高密度电法探测，场地范围内每栋建筑进行了1个波速共15个钻孔的实测波速。根据《波速检测报告》，场地岩土层剪切波速值详见表3。

表3 岩土层剪切波速值

由表3岩土层剪切波速值可以看出，上覆土层剪切波速很小，表明土层密实度较差，承载力较低；下层岩体剪切波速较大，表明岩体强度较高，承载性能较好，可作为建筑物的持力层。

3 高密度电法调查分析

3.1 高密度电法工作

本次高密度电法勘察采用重庆奔腾物探仪器厂生产的WDA-1型超级数字直流电法仪主机，配以WDZJ-120多路电极转换器，构成高密度电阻率测量系统。测区共布置高密度电法测线15条，累积完成测线长度3 390 m，总有效观测点数14 080，测线覆盖面积约30 800 m2。

3.2 高密度电法测线布置

场地内建有东西向围墙和南北向的水塘，高密度电法测线均布置为近东西向的平行测线。同时，考虑到设计方案和施工实际，兼顾采石坑规模，确定相邻测线间距约10.0 m。测线布置时，测线方向利用RTK实时定向，电极位置利用测线量测，测线布设完成后，使用RTK对每个电极定位，确定其位置及高程。测量采用的坐标系统为南京08坐标系，高程为1985国家基准高程，其中高密度电法测线详见图2。

3.3 高密度电法技术参数

每条测线一次性布设电极数60根～90根，电极极距均为3 m，观测层数19层～25层，观测装置采用温纳装置，供电采用144 V直流电，具体参数设置见表4。

表4 高密度电法技术参数表

3.4 高密度电法探测成果分析

数据处理分析采用瑞典Res2dinv软件，基本流程为：数据编辑→程序设置→资料反演→地形改正→显示→输出，再利用surfer和AutoCAD软件绘制视电阻率和解释剖面图，最后在剖面图中每间隔10 m读取采石头宕口底界面的高程，在测线平面图中读出坐标，坐标和底界面高程数据经网格化后，生成采石宕口底界面等高线图。

探测资料显示基岩和回填介质的视电阻率阻值差异明显，回填介质表现为低阻，视电阻率值一般小于80 Ω·m，且回填区形态基本呈中间凹两头翘起的特征；原状土也表现为相对低阻，土层底界面相对较平坦，当近地表存在松散堆积碎石时，电阻率相对较高；基岩(凝灰岩或安山岩)为高阻，视电阻率值一般大于100 Ω·m，最大可达数百欧米，当基岩裂隙发育，存在地表水下渗时，电阻率相对完整的基岩较低。限于篇幅，本文仅选取具有代表的5条测线，给出测试解释结果剖面图。本次高密度电法测试解释详见图3。

从图3可看出，5条高密度电法测线中，1～12测线推断存在采石坑异常，物探推断成果与工程勘察资料基本吻合。综合各视电阻率剖面推断数据，将采石坑底界面高程绘成等值线图。在有效探测区内，采石坑基本呈近似圆状，东西宽约125.0 m，南北长约130.0 m，面积约12 500 m2。采石坑整体形态呈中间平、边界陡，其中底界面东侧相对较陡，西侧相对较缓，西侧具阶梯状特征。采石坑底界面标高约0 m～25 m，最深处位于6测线约90.0 m处。