強(qiáng)夯法在高填方采礦坑地基處理中的應(yīng)用

謝俊平

(山西機(jī)械化建設(shè)集團(tuán)有限公司,山西 太原 030009)

摘 要:闡述了強(qiáng)夯法在山西地區(qū)高填方采礦坑處理工程中的應(yīng)用,介紹了具體的強(qiáng)夯施工參數(shù)及分層回填厚度設(shè)計(jì),探討了分層分布回填強(qiáng)夯的施工工藝及主要技術(shù)措施,以提高強(qiáng)夯法處理高填方采礦坑施工技術(shù)的水平。

關(guān)鍵詞:強(qiáng)夯,高填方,采礦坑,地基處理

中圖分類(lèi)號(hào):TU472           文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

0  引言

隨著山西省經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)發(fā)展,晉北大同、陽(yáng)泉、朔州等地區(qū)露天開(kāi)采造成的采礦坑不斷出現(xiàn),礦山開(kāi)采占用的面積不斷擴(kuò)大,礦山開(kāi)采的深度不斷加深,局部露天采礦坑深度達(dá)到了100m以上,形成了高填方采礦坑,嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境并造成了嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害,極大影響了當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活。為了治理高填方采礦坑,最大限度的利用采礦坑回填場(chǎng)地,使回填場(chǎng)地滿(mǎn)足建設(shè)用地的地質(zhì)構(gòu)造要求,本文結(jié)合陽(yáng)泉某采礦坑強(qiáng)夯加固處理項(xiàng)目,采用級(jí)配良好的回填土料,利用分層回填強(qiáng)夯的施工技術(shù),達(dá)到工后地基承載力以及工后沉降穩(wěn)定的目的,最終形成完整成熟的強(qiáng)夯法處理高填方采礦坑施工處理技術(shù)。

1  工程概述

陽(yáng)泉某采礦坑強(qiáng)夯處理項(xiàng)目位于陽(yáng)泉市城北,東西長(zhǎng)約840m,南北寬約510m,場(chǎng)地占地總面積337647㎡。由于場(chǎng)地前期已進(jìn)行回填,北側(cè)部分區(qū)域已回填至710m高程,南側(cè)場(chǎng)地最低處已回填至653m,場(chǎng)地場(chǎng)平設(shè)計(jì)標(biāo)高為726m～757m之間,場(chǎng)地最大回填高度約為110m。場(chǎng)地回填土石混合料主要來(lái)源于附近三泉棚戶(hù)區(qū)改造場(chǎng)平項(xiàng)目。場(chǎng)區(qū)回填完成后,規(guī)劃建設(shè)陽(yáng)泉大醫(yī)院，回填區(qū)建設(shè)不高于7層的建筑物,不再進(jìn)行樁基處理。在項(xiàng)目施工過(guò)程中,通過(guò)坑底原土基處理、坑壁四周邊坡反挖及強(qiáng)夯處理、填筑體分層回填強(qiáng)夯處理、回填強(qiáng)夯區(qū)與原土基的搭接處理等一系列地基加固處理措施,達(dá)到填筑體加固密實(shí)的效果。

2  強(qiáng)夯參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 原土基強(qiáng)夯參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘評(píng)價(jià)報(bào)告:原土基處理必須達(dá)到填筑體地基自重所 需要的承載力,滿(mǎn)足填方地基的工后沉降變形要求。當(dāng)坑底基本為裸露的巖石,不需要進(jìn)行處理可以作為基礎(chǔ)使用,否則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行原地面強(qiáng)夯處理。因此,應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)條件和地基處理設(shè)計(jì)要求,采用不同的處理方法,見(jiàn)表1。

表1 原土基強(qiáng)夯能級(jí)與處理深度關(guān)系表

綜合考慮強(qiáng)夯加固處理深度和原地面處理土層厚度以及試夯成果,坑底原地面強(qiáng)夯施工參數(shù)確定為:

坑底原地面采用8000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行加固處理,強(qiáng)夯共分4遍進(jìn)行施工,第1,2遍強(qiáng)夯能級(jí)為8000kN·m,夯點(diǎn)間距8m,正方形布置,停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊夯沉量不大于15cm且錘擊數(shù)12擊～15擊控制;第3遍強(qiáng)夯能級(jí)為4000kN·m,夯點(diǎn)布置在第1,2遍夯點(diǎn)中心位置,停錘標(biāo)準(zhǔn)為最后兩擊夯沉量不大于10cm且錘擊數(shù)6擊～8擊控制;第4遍為2000kN·m能級(jí)滿(mǎn)夯,要求夯印搭接1/4,每點(diǎn)3擊,滿(mǎn)夯結(jié)束后整平場(chǎng)地。

2.2 填筑體分層強(qiáng)夯參數(shù)及分層回填厚度設(shè)計(jì)

對(duì)于填土高度較大的高填方地基,應(yīng)將填料分層回填、分層強(qiáng)夯。填方地基的強(qiáng)夯有效加固深度和分層處理厚度應(yīng)通過(guò)強(qiáng)夯試驗(yàn)確定。

強(qiáng)夯處理的分層厚度可按強(qiáng)夯能級(jí)的大小確定。一般情況下強(qiáng)夯能級(jí)與分層厚度的關(guān)系如表2所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試夯結(jié)果,填筑體分層回填厚度按照6m一層進(jìn)行強(qiáng)夯處理。施工中結(jié)合填料性質(zhì)及各能級(jí)強(qiáng)夯的加固深度確定強(qiáng)夯能級(jí),選用4000kN·m能級(jí)的強(qiáng)夯。

主夯采用4000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯,強(qiáng)夯共分兩遍進(jìn)行,夯點(diǎn)間距5.0m,正方形布置,收錘標(biāo)準(zhǔn)按最后兩擊平均沉降量不大于10cm,且夯擊數(shù)不少于12擊～15擊控制。滿(mǎn)夯2000kN·m能級(jí),要求夯印1/4搭接,每點(diǎn)夯3擊,滿(mǎn)夯結(jié)束后整平場(chǎng)地。

2.3 回填土料技術(shù)要求

1）回填土料含水量宜控制在最佳含水量的±3%之間,當(dāng)回填料含水量較低時(shí),應(yīng)適當(dāng)噴淋水,以增加回填材料的含水率,使其達(dá)到最優(yōu)含水率。

2）填料為石料時(shí),其最大粒徑控制為不大于50cm,回填材料不均勻系數(shù) Cu≥5,曲率系數(shù) Cc =1～3。

3）對(duì)超過(guò)最大粒徑要求的石料,進(jìn)行二次破碎,填料為石料,其最大粒徑控制為不大于50cm。

3  施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

原地面清理?坑底原土基處理?坑壁四周邊坡反挖及強(qiáng)夯處理?填筑體分層回填強(qiáng)夯處理?回填強(qiáng)夯區(qū)與原土基的搭接處理?夯后檢測(cè)驗(yàn)收。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 原地面清理

1）原地面清理主要包括表層淤泥、樹(shù)木、有機(jī)物等以及加固土層厚度超出強(qiáng)夯加固處理深度后的部分。

2）在施工范圍內(nèi),有積水的洼地應(yīng)進(jìn)行排水、清淤。

3）整平場(chǎng)地至起夯面標(biāo)高,整平后的施工場(chǎng)地平整度、密實(shí)度應(yīng)能承受施工機(jī)械的重量,滿(mǎn)足施工設(shè)備行走、運(yùn)轉(zhuǎn)和運(yùn)輸?shù)囊蟆?/span>

3.2.2 坑底原土基處理

1）原有場(chǎng)地局部前期已經(jīng)回填,由于處理深度達(dá)到了12m,此處采用12000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行處理。第1,2遍主夯能級(jí)12000kN·m,夯點(diǎn)間距10m正方形中間插一點(diǎn)布置;第3遍點(diǎn)夯能級(jí)10000kN·m,夯點(diǎn)間距10m正方形中間插一點(diǎn)布置;第4遍加固夯能級(jí)4000kN·m,夯點(diǎn)位于第1～第3遍夯點(diǎn)位置。第5遍滿(mǎn)夯能級(jí)2000kN·m,夯印搭接1/4錘徑。

2）原地面自然坡度陡于1∶5時(shí),將自然地面開(kāi)挖成臺(tái)階狀, 臺(tái)階寬度不小于8m。如果原地面坡度較緩,臺(tái)階寬度可以按布置不小于1排～2排強(qiáng)夯夯點(diǎn)的寬度進(jìn)行開(kāi)挖,可以用挖出的臺(tái)階寬度來(lái)控制臺(tái)階高度。

3.2.3 坑壁四周邊坡反挖及強(qiáng)夯處理

坑壁四周由坑底至坡頂形成土質(zhì)邊坡且邊坡坡度較陡。如直接回填進(jìn)行強(qiáng)夯處理,四周坑壁邊坡區(qū)域原土層不能進(jìn)行加固處理,容易造成處理效果的不均勻。同時(shí)四周坡壁強(qiáng)夯區(qū)與原地面不易搭接,原地面密實(shí)度不夠,造成交接處應(yīng)力突變。用挖掘機(jī)將坑壁邊坡兩側(cè)覆土至上而下逐階反挖成倒臺(tái)階形狀,臺(tái)階寬度不應(yīng)小于8m,臺(tái)階高度小于3m,以便進(jìn)行強(qiáng)夯加固處理。

坑壁兩側(cè)坡度較陡時(shí),臺(tái)階寬度可以適當(dāng)減少,臺(tái)階原地面強(qiáng)夯可隨填筑體強(qiáng)夯同時(shí)進(jìn)行施工,坑壁四周反挖臺(tái)階后根據(jù)臺(tái)階區(qū)域原土層厚度采用8000kN·m或12000kN·m能級(jí)強(qiáng)夯進(jìn)行加固處理。

3.2.4 填筑體分層回填強(qiáng)夯處理

填筑體采用分層回填、分層強(qiáng)夯的施工方法,填筑體回填強(qiáng)夯按照由下而上的原則分層進(jìn)行施工,每層厚度按照6m進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

分層虛填厚度為6m,可分3次填筑至6m,每層堆填的厚度為2m左右,由于回填地基采取強(qiáng)夯加固,故分層填筑的填土層可用推土機(jī)簡(jiǎn)單推平碾壓、滿(mǎn)足機(jī)械正常行走要求即可。

3.2.5 回填強(qiáng)夯區(qū)與原土基的搭接處理

1）對(duì)于原土層厚度較大需要進(jìn)行原土基強(qiáng)夯的區(qū)域按照原土基強(qiáng)夯內(nèi)容進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

若原土層厚度較薄,不需要直接進(jìn)行強(qiáng)夯處理的區(qū)域,可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)原土基處理和實(shí)際地形情況,將原土區(qū)開(kāi)挖成倒坡臺(tái)階, 隨填筑體分層回填后再進(jìn)行強(qiáng)夯處理。

2）不同能級(jí)強(qiáng)夯區(qū)的搭接處理。

a.對(duì)于兩種不同能級(jí)強(qiáng)夯施工區(qū)域的搭接處理,原則上先進(jìn)行較高能級(jí)強(qiáng)夯區(qū)域的施工,再進(jìn)行較低能級(jí)區(qū)域的強(qiáng)夯施工,后期低能級(jí)強(qiáng)夯施工至交界處時(shí),夯點(diǎn)向已完成高能級(jí)強(qiáng)夯區(qū)域延伸1排～2排夯點(diǎn),進(jìn)行兩個(gè)區(qū)域的搭接處理。

b.如果相鄰區(qū)域先進(jìn)行低能級(jí)強(qiáng)夯施工,則進(jìn)行高能級(jí)強(qiáng)夯施工時(shí),主夯點(diǎn)不需向低能級(jí)施工區(qū)域延伸,當(dāng)主夯完成進(jìn)行滿(mǎn)夯施工時(shí),可將滿(mǎn)夯施工范圍向相鄰已完工區(qū)域延伸1排～2排,作為兩個(gè)施工區(qū)域的搭接處理。

3.2.6 夯后檢測(cè)驗(yàn)收

夯后檢測(cè)分為非場(chǎng)平標(biāo)高回填強(qiáng)夯層檢測(cè)和場(chǎng)平標(biāo)高回填強(qiáng)夯檢測(cè)。采用包括探井取樣,鉆孔取樣等檢測(cè)方法,確保達(dá)到設(shè)計(jì)承載力特征值和壓實(shí)度,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 檢測(cè)結(jié)果

4  結(jié)語(yǔ)

該技術(shù)在陽(yáng)泉恒大帝景首期場(chǎng)地地基處理工程、漾泉大道采礦坑強(qiáng)夯處理工程等實(shí)施過(guò)程中,對(duì)于大面積、高填方回填場(chǎng)地運(yùn)用不同強(qiáng)夯能級(jí)加固組合處理技術(shù)可以明顯提高地基土的密實(shí)度和地基承載力,很好的促進(jìn)采礦坑的土地循環(huán)再利用,恢復(fù)露天開(kāi)采對(duì)原地貌形成的破壞,滿(mǎn)足礦山不良地質(zhì)治理過(guò)程中的使用要求。該工藝具有成本低、進(jìn)度快、加固效果好、可以就地使用 回填土料,具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。