張 少 軍

(山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì),山西 長(zhǎng)治 046000)

礦區(qū)沉陷巖土勘察方法與工程處置措施研究

張 少 軍

(山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì),山西 長(zhǎng)治 046000)

以山西省某礦區(qū)塌陷區(qū)地質(zhì)勘察工程為例，對(duì)沉陷區(qū)概況進(jìn)行了描述，分析了地陷區(qū)巖土環(huán)境裂縫的危害，并研究了地陷勘察要點(diǎn)及工程處置措施，提出采用靜力觸探法進(jìn)行巖土工程勘察，確保了礦區(qū)沉陷巖土勘察與工程的順利進(jìn)行。

礦區(qū)，地陷區(qū)，靜力觸探，巖土勘察

山西省產(chǎn)煤多年，后遺癥逐漸顯現(xiàn)。全面掌握采煤區(qū)周邊土地塌陷和地裂縫破壞現(xiàn)狀，才能對(duì)礦區(qū)生態(tài)重建進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目勘察的目的，就是要通過(guò)勘察提供礦區(qū)地陷建筑物場(chǎng)地詳細(xì)的巖土工程資料和設(shè)計(jì)、施工所需要的巖土參數(shù)，對(duì)建筑物地基做出巖土工程評(píng)價(jià)，并提出地基處理、不良地質(zhì)作用防治等方面的建議，以保證處置措施的有效性。

1 沉陷區(qū)概況

該工程位于山西省西部山區(qū)，由于煤礦開(kāi)采造成礦山地面塌陷、地裂縫、滑坡、崩塌等，導(dǎo)致房屋沉陷、水塘水井干枯、水渠斷流、公路坍塌、橋梁斷陷等災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。山西省地質(zhì)勘查局地質(zhì)隊(duì)用了一年多的時(shí)間，通過(guò)大量數(shù)據(jù)比對(duì)、對(duì)長(zhǎng)治等產(chǎn)煤地實(shí)地勘察，發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)的地裂縫成因除煤礦開(kāi)采之外，地震的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)同樣產(chǎn)生強(qiáng)大的破壞力，兩種因素相互作業(yè)，影響著地裂縫的發(fā)展形成[1]。塌陷區(qū)可見(jiàn)局部巖溶管道，巖土界面處發(fā)現(xiàn)隱伏型、開(kāi)口型溶洞、溶槽，在地下水徑流排泄強(qiáng)烈區(qū)，地面塌陷土地形變明顯。地質(zhì)隊(duì)在勘察區(qū)發(fā)現(xiàn)沉陷裂縫70多條，單條最長(zhǎng)230 m。根據(jù)對(duì)該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘察評(píng)估，勘察數(shù)據(jù)結(jié)合礦區(qū)沉陷災(zāi)害現(xiàn)狀，制定地質(zhì)災(zāi)害綜合防治方案，對(duì)該工程沉陷區(qū)地質(zhì)災(zāi)害實(shí)施綜合治理，恢復(fù)生態(tài)環(huán)境。

2 地陷區(qū)巖土環(huán)境裂縫問(wèn)題的危害

2.1 水資源漏失量大

地下采煤過(guò)程中的疏干排水常導(dǎo)致礦區(qū)及相鄰區(qū)地下水位大幅下降，水資源枯竭。導(dǎo)致礦區(qū)存在嚴(yán)重地裂縫問(wèn)題的原因，與地下煤炭過(guò)度開(kāi)采有著很大的關(guān)系。地下采煤產(chǎn)生的固體廢棄物污染水源，以及與采煤業(yè)很密切的煉焦、電力等工業(yè)大量排放污水，也是造成水資源破壞的一個(gè)重要方面。

2.2 矸石山存在自燃、爆炸垮塌的風(fēng)險(xiǎn)

經(jīng)過(guò)大量的資料收集與分析發(fā)現(xiàn)，地裂縫的產(chǎn)生原因除了地質(zhì)作用之外，與地下水也有著明顯的聯(lián)系。該礦區(qū)巖土裂縫彼此平行，但間隔距離不等，相鄰裂縫的最小間距為0.6 km、最大間距為2 km。地裂縫嚴(yán)重破壞了周?chē)耐恋?、水域和大氣，矸石中的有害成分通過(guò)徑流、淋溶和大氣飄塵，不少地方的矸石山存在自燃、爆炸垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 地裂縫問(wèn)題呈現(xiàn)上升趨勢(shì)

采空區(qū)塌陷和地裂縫破壞了原來(lái)平整的土地，使其高低起伏裂縫最長(zhǎng)可達(dá)幾十千米，活動(dòng)方式以緩慢運(yùn)動(dòng)為主，由此導(dǎo)致上盤(pán)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)、下盤(pán)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。針對(duì)該礦區(qū)展開(kāi)的調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，近年來(lái)當(dāng)?shù)爻袎核倪^(guò)度開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為了地裂縫問(wèn)題出現(xiàn)的一大誘因[2]，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)可知，承壓水位明顯下降能夠?qū)Φ亓芽p的發(fā)展與延伸產(chǎn)生推動(dòng)作用，使其加速惡化。

總之，地陷區(qū)巖土材料的特點(diǎn)在于不確定性高，對(duì)勘察結(jié)果的影響較大，因此，在實(shí)際的勘察環(huán)節(jié)中，必須重視地陷特性，通過(guò)對(duì)工程地質(zhì)的診斷，來(lái)獲取所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為后續(xù)復(fù)墾治理工作提供指導(dǎo)。

3 地陷勘探方法及勘察要點(diǎn)

山西省地質(zhì)勘查局地質(zhì)隊(duì)通過(guò)地陷勘察和綜合分析，查明了地面塌陷造成的損失和災(zāi)害特征，對(duì)礦區(qū)及周邊地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性進(jìn)行了預(yù)測(cè)評(píng)估，并提出了工程勘探方法及勘察要點(diǎn)建議。根據(jù)該工程的特點(diǎn)和地層情況，本次勘察主要采用鉆探、原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在具體實(shí)施中，須重視對(duì)勘察方法的合理確定，提升勘察工作的嚴(yán)謹(jǐn)性。

在樣品處理過(guò)程中，本實(shí)驗(yàn)對(duì)枸杞子的引濕性、動(dòng)態(tài)水分吸附曲線(xiàn)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)此品種極易吸潮。當(dāng)環(huán)境濕度大于40%時(shí)，干燥后的樣品在粉碎過(guò)程中再次吸潮，粉碎后的粉末黏附，嚴(yán)重影響工作進(jìn)度。因此，在實(shí)際工作中，應(yīng)嚴(yán)格控制粉碎環(huán)境的濕度，將濕度范圍控制在20%～30%，樣品不易吸潮，粉碎效果佳。

1)勘察方案按樁基考慮。

勘探點(diǎn)平面布置按詳勘階段要求，根據(jù)GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)中4.9.2條及JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范中3.2.2條規(guī)定，本次勘察以建筑物布局和場(chǎng)地條件按角點(diǎn)、周邊線(xiàn)進(jìn)行布置，平面間距20 m～35 m。另外由于基坑開(kāi)挖深度較大，勘探范圍應(yīng)滿(mǎn)足基坑邊界外開(kāi)挖深度2倍～3倍的要求，由于A(yíng)6地塊周邊即為企業(yè)總部園區(qū)道路，故本次勘察基坑外土的抗剪指標(biāo)依據(jù)山西省第四地質(zhì)工程勘察院《長(zhǎng)治市企業(yè)總部園區(qū)道路及地下管網(wǎng)巖土工程勘察報(bào)告》中結(jié)果。

2)控制孔深度按預(yù)計(jì)樁端平面以下1.5b的深度并滿(mǎn)足抗震評(píng)價(jià)要求為50 m[3]。

一般孔深度按預(yù)計(jì)樁端持力層或最大樁端入土深度為40 m，裙樓勘探孔深度為20 m。

3)考慮到目前國(guó)內(nèi)勘察現(xiàn)狀，靜力觸探受人為因素的影響最小，可靠性較高。

如果和鉆探配合能達(dá)到很好的效果。根據(jù)場(chǎng)地土質(zhì)條件，本次勘察地基評(píng)價(jià)原則上以原位測(cè)試為主，有助于縮短勘察周期，提高勘察質(zhì)量。

4 勘察實(shí)驗(yàn)和工程處置措施

經(jīng)過(guò)全面分析與綜合考量，該礦區(qū)的巖土勘察采用靜力觸探法進(jìn)行。

此種方法適用于特殊工程，能夠通過(guò)原位測(cè)量，幫助獲得工程所需的原始數(shù)據(jù)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。結(jié)合塌陷工程應(yīng)用實(shí)踐來(lái)講，合理運(yùn)用靜力觸探法進(jìn)行工程勘察，不僅有助于減小數(shù)據(jù)誤差、保證勘探結(jié)果的有效性，還能夠在多種實(shí)驗(yàn)條件下獲得較為有價(jià)值的資料[3]。

1)鉆探采用XY-1型工程鉆機(jī)2臺(tái)，水位以上薄壁鉆頭錘擊鉆進(jìn)，水位以下清水回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。

取樣鉆孔中用厚壁敞口取土器，用重錘少擊法采取，土樣等級(jí)為Ⅱ級(jí)；土樣采取后現(xiàn)場(chǎng)膠帶密封，貼標(biāo)簽封存。

2)室內(nèi)試驗(yàn)。

剪切試驗(yàn)采用三軸剪切試驗(yàn)；液限由錐式液限儀測(cè)定；具體試驗(yàn)方法詳見(jiàn)表1。

表1 室內(nèi)試驗(yàn)項(xiàng)目

3)原位測(cè)試試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)采用機(jī)械式自由落錘裝置，先貫入15 cm，然后開(kāi)始計(jì)數(shù)，貫入30 cm的錘擊數(shù)作為該次標(biāo)貫的原始擊數(shù)。靜力觸探采用浙江省寧波勘測(cè)機(jī)械廠(chǎng)生產(chǎn)的KYJ-15型靜力觸探車(chē)，JTWJ-2全自動(dòng)數(shù)字采集儀，放大器采用FD-P204型全程式浮點(diǎn)動(dòng)測(cè)儀，記錄儀采用IBM筆記本電腦。礦區(qū)巖土勘察中借助此種方法可以獲得多項(xiàng)有用數(shù)據(jù)，來(lái)明確巖土性質(zhì)，獲得所需的參數(shù)，確定巖土勘察對(duì)象的物理性質(zhì)。

4)考慮到土樣在地下深處處于三向應(yīng)力狀態(tài)，取樣后由于應(yīng)力狀態(tài)變化，某些指標(biāo)離散性較大且會(huì)失真。原位測(cè)試基本上是在原位應(yīng)力條件下對(duì)巖土體進(jìn)行試驗(yàn)，其測(cè)試結(jié)果有較高的可靠性和代表性[4]。勘察是確定處置措施的基礎(chǔ)，只有保障勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，才能保證處置措施的針對(duì)性和有效性。

5 結(jié)語(yǔ)

為了提高勘察質(zhì)量，本次勘察對(duì)靜力觸探深度內(nèi)土層的評(píng)價(jià)以原位測(cè)試為主。礦區(qū)巖土勘察具有一定的挑戰(zhàn)性，需要相關(guān)人員在工作中嚴(yán)格履行職責(zé)，保持細(xì)致、負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，以保證勘察結(jié)果的有效性和參照價(jià)值。礦區(qū)土地勘察涵蓋水文、巖土工程等多個(gè)行業(yè)，而且每個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題不一樣，設(shè)計(jì)難度很大，這需要在勘察設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步的探索。鑒于礦區(qū)環(huán)境各不相同，在具體項(xiàng)目中還需要具體問(wèn)題具體分析，以保證方法與需要相適應(yīng)。

[1] 黃河古賢水利樞紐工程規(guī)劃簡(jiǎn)述[Z].2015.

[2] DL/T 5107—1999,水電水利工程沉沙池設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 佘詩(shī)剛,林 鵬.中國(guó)巖石工程若干進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014(3):433-457.

[4] 劉永霞.礦區(qū)工業(yè)建筑工程的巖土勘察及地基處理技術(shù)[J].民營(yíng)科技,2015(12):37-38.

Abstract: Taking geotechnical investigation engineering of subsidence area of the mining area in Shanxi province as an example, the paper discusses the subsidence area conditions, analyzes geotechnical environment cracking hazards of subsidence area, studies ground subsidence investigation points and engineering processing measures, and finally suggests to apply static sounding method for carrying out geotechnical engineering survey, which guarantees geotechnical investigation and engineering smooth of subsidence area of mining area.

Key words: mining area, ground subsidence, static sounding, geotechnical investigation

Study on subsidence geotechnical investigation methods and engineering processing measures in mining area

Zhang Shaojun

(ShanxiGeologySurveyBureau212thGeologyDepartment,Changzhi046000,China)

2016-03-13

張少軍(1979- )，男，助理工程師

1009-6825(2016)15-0082-03

TU412

A