某矿坑回填方案研究

褚方平

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 2 00092）

某矿坑回填方案研究

褚方平

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 2 00092）

以海南三亚某矿坑回填为实例，从填方土源、回填方案、回填施工方法、回填土质量的控制等多个方面进行分析并得出相关结论，可为以后类似的深坑回填设计参考。

矿坑；深坑回填；土方平衡；水下回填；填筑方法

0 引 言

2010年伊始，随着国际旅游岛上升为国家战略，海南特别是三亚的旅游发展迎来前所未有的契机，三亚市城市总体规划亦对未来发展预期做出了回应和调整。为积极响应部队国防建设、安置拆迁居民，以及协助解决村民搬迁安置后的就业问题，政府特批福海苑安置区作为田独镇新的居住中心和旅游区，并承担亚龙湾后勤服务基地的功能。

1 工程概况

三亚福海苑安置区位于海南省三亚市田独镇东北方，周边现状以农田、水库和山体为主，零星点缀有少量村庄。片区东部与南部地形复杂，高差较大，整体呈南高北低之势。基地中央有一解放前开矿遗留下来的废弃矿坑（见图1），东西长387 m，南北宽246 m，其面积达7.4 hm2；矿坑水面标高为10.58 m，平均水深20.2 m，最大水深35.75 m；按地面标高32.0 m计，矿坑最大深度达57 m左右。

根据《三亚市田独镇安置区控制性详细规划》的“土地利用规划”和“旅游项目规划”可知，废弃矿坑近期规划为公园用地，建成为以“黎族风情”为主题、富含黎族风格建筑观赏、黎族文化体验、黎族特色餐饮等多个项目的民俗风情园。同时，矿坑北侧配套有规划新建的3号路，南侧为同步新建的1号路，西侧为规划新建的6号路，东侧为规划新建的5号路，见图2、图3。

图1 废弃矿坑现状图

为形成足够的规划用地，同时为减少废弃矿坑对规划新建道路边坡稳定性的影响，现需对区域内的废弃矿坑进行回填。

2 土方

2.1 土方平衡分析

以1号路、3号路、5号路及6号路为界，废弃矿坑及地块地形起伏较大；矿坑回填时综合考虑自身区格地块的场地平整，地块标高与周边道路标高衔接平顺。现按废弃矿坑地块周边标高与周边道路中心线标高相一致考虑进行场地平整。根据现状地形图及矿坑测量平面图，地块区格内自身土方统计见表1。

图2 现状矿坑功能规划图

图3 现状矿坑周边道路规划图

表1 矿坑地块内填挖方统计表

同时根据1号路道路设计，按道路边坡坡脚距道路边线1.5 m，边坡坡度为1∶1.5考虑，1号路土方填挖方情况见表2。

表2 拟建1号路填挖方统计表

按以上统计，仅考虑1号路与矿坑地块的土方平衡，总计土方缺口约62万m3，场地以缺方为主。

2.2 土方补给来源

本工程土方缺口约62万m3，考虑1号路南侧有一现状山体以及三亚靠海、海砂资源较为丰富的特点，本工程土方补给可通过以下两种方式解决：

（1）通过1号路南侧山体的继续开挖补给；

（2）外购海砂或土方予以补给。

本工程矿坑地块总平面积较大、约200亩，同时南北向长度和东西向长度相当，地块整体呈四方之势，若作为商业用地或公共住宅用地，能产生较大的经济效益。因此结合矿坑地块近期作为绿地的功能、并考虑为后续商业开发发展预留空间，拟对以上两种补给源进行比选。

2.2.1 方案一

就地取材，利用地块自身土方、1号路施工废弃土方及1号路周边山体继续开挖取材的石方进行回填；其中水下部分以石方回填为主，水面以上部分采用土方、石方相结合的方式，其土方平衡分析见表3。

表3 方案一所需土方量统计表

由表4可知，场地内需继续开挖山体的土石方为62.14万m3，其中石方为37.28万m3、土方为24.86万m3。该方案的优点是填筑性能较为稳定、就地取材、工程进度易保证，下抛填后无需任何处理即可满足近期规划土地利用的要求。最大的缺点为当地块远期开发布置一些体量较大、对地基承载力要求较高的高层或多层建筑物、或有抗浮要求的地下空间需设桩基时，下卧最厚约36 m的抛石层对桩基的施工将造成很大的影响。

表4 方案一地块土方供给表

2.2.2方案二

考虑矿坑地块后续商业发展的可能性、减小后续地块开发的施工难度，按矿坑水下部分采用海砂回填，水上部分分区分块按每区块的利用发展需要分别采用土方、石方回填。其土方平衡分析见表5。

表5 方案二所需土方量统计表

方案二地块土方供给见表6。

表6 方案二地块土方供给表

由表6可知，方案二土方的具体情况有以下特点：

（1）矿坑地块及1号路挖方量能够满足矿坑水面以上填方量需求；

（2）需外购104.4万m3海砂以满足矿坑水面以下填方量需求；

（3）矿坑地块及1号路挖方量在满足矿坑水面以上填方需求后将产生42.26万m3多余土石方，该部分土石方需外运另作他用。

方案一、方案二的优缺点比较见表7。

表7 土方补给来源对比表

考虑远期地块开发的可能性并结合当地海砂的供给情况，本工程土方补给源采用方案二作为推荐方案，即水下部分采用外购海砂作为填方土源、水上部分采用矿坑本身以及南侧1号路的挖方作为填方土源。

3 回填方案分析[1-6]

3.1 回填方案的确定

按常规，一般此类深坑采用先抽水、修筑施工便道、干回填的方法进行回填；考虑现状矿坑水深较深，且部分区域出现土体及岩体滑坡的现象、边坡整体稳定处于极限状态，若先抽水必将对边坡产生更不利的影响。因此拟对水面以下部分采用水下回填、边抽水边回填；水面以上部分采用干施工、分层填筑，以维持边坡的稳定、保证施工的安全。

3.2 回填施工方法的选择

3.2.1 水下回填

现有深坑回填方法多种多样，对于水下部分，可采用坑顶抛填、开底船抛填、浮桥推移抛填、缆车吊运、“筑堤”法、溜槽—浮筒输送带施工法等方法。各方法优缺点如下所述：

（1）坑顶抛填法：即将集料运至坑顶后，直接用挖掘机、推土机等机械设备将集料推至湖中。这是最为直接，最为快速，也是最为省资的办法。但是，由于矿坑湖泊面积很大且矿坑深度较深，此方法不能将集料抛至湖中的任意一点，只能在机械吊臂所及范围内进行抛填；同时现状边坡局部处于失稳临界状态，为保证施工的安全，施工前需结合边坡的实际情况，选取边坡较为稳定处的坡顶设置投料点。

（2）开底船抛填法：即将集料运至水边码头，装入开底船的船舱，然后在预定的位置把舱底打开，将集料抛入湖中。

该方法的优点在于可以控制抛填位置，能够使湖底任意一点得到集料的惠及；问题在于如何将集料从岸上运至“码头”、再驳运至船上。为满足集料堆放及驳运的需求，需预先建设若干条从坑口至湖面斜坡的道路，该道路必须具有料场码头堆料的功能且还需满足车辆调头的要求；考虑调头回车场地是随着水位的不断上涨而不断后退的，故该道路全线须变成一定宽幅的路面，方可满足交通畅行、集料转运双重功能的要求。同时现状矿坑为独立封闭的湖面、不与外界水系连通，如何将开底船运至湖内也是一个较大问题。

（3）浮桥推移抛填法：其原理同开底船抛填相似，关键问题也是如何将岸上（坑口）的集料送至浮桥上，同时浮桥必须具有自由转运移位的功能。

（4）缆车吊运法：沿矿坑南北方向设置跨湖缆绳吊车，将坑口集料装入吊斗中，运至湖面上空进行抛填。该方法的优点是能够连续作业，一根缆绳上可以悬挂多个吊斗，但是该方案缺点明显：一是抛填位置受限，只能在缆绳垂线下较窄的宽度内进行回填；二是一个吊斗最大容量仅1t，考虑矿坑土方回填量巨大，施工时间较长；三是缆绳的装置安全性能要求高，同时矿坑周边山体较矮，抗拉“铆墩”的设置也有一定困难。

（5）“筑堤”法：沿矿坑南北方向修建一条宽约8 m的输料便道至湖区狭窄处，利用狭窄地段距近的优越位置，将矿坑南北两岸填成浮出水面的“陆桥”，然后利用“陆桥”宽阔的作业区域，用推土机、挖掘机等机械向“陆桥”左右两侧进行抛填，不断增宽“陆桥”的范围。同时，由于湖面标高随着抛填量的增加而逐渐增高，“陆桥”的标高也随之增高，按此进行抛填而达到填湖的目的。

该方法具有简便、快速、投入设备较少的优点。但是，该方法只能回填“陆桥”两侧的部分水域，不能惠顾整个湖区。

（6）溜槽—浮筒输送带法：在矿坑四周选择若干合适位置，安装溜槽，将已屯在坑口的集料，用挖掘机将填料送至溜槽，集料在槽内自行下滑入浮筒输送带，待浮筒输送带填装完毕后将集料运至预定的地点进行抛填。

该方法具有快速、安全的特点，能使集料投放到湖中任意一点，且随着湖面增长，可以连续施工等优点；其缺点是浮筒输送带成本较高，移动较迟缓。

综合以上各种水下回填方法并结合矿坑实际情况，对于矿坑水下回填部分拟采用坑顶抛填法、“筑堤”法、溜槽—浮筒输送带法相结合的抛填方法进行回填。同时，抛填过程中采用大功率扬程抽水泵，将坑内的积水泵送至周边湖泊以及水库中，将水位始终保持在原水位标高。

3.2.2 水上回填

水位以上部分回填为干施工，填筑时水下部分已施工完成，相对填筑深度较浅，施工难度较小，按常规可采用周边修建临时便道至坑底，采用土方车运送材料至坑底即可。

3.3 回填土质量的保证措施

现状矿坑近期规划土地性质为公园用地。按近期规划的性质其土体的回填质量要求相对较低，可采用一些施工较为简单、造价较低的方法即可满足其要求。具体方法根据按水下、水上部分予以区分。

（1）水下部分

本工程水下部分采用海砂填筑，其性能较为稳定，后续地基处理的适应性强，回填质量取决于颗粒中水的消散；施工时需通过设一些深井排水固结以保证水下部分的填筑质量。

（2）水上部分

本工程水上部分采用矿坑本身以及南侧1号路的挖方（土方+石方）作为填方土源；为满足近期规划用地性质对填土质量的要求，可采用强夯法、分层碾压法等多种回填处理方法选用。

a.强夯法

强夯法是用很大的冲击能使土中出现冲击波（压缩波、剪切波和瑞雷波）和很大的应力，迫使土体运动、孔隙压缩、局部液化，在夯点周围产生裂隙，土体内部形成树枝状排水道路，使孔隙水顺利逸出，从而促使土体迅速固结达到设计要求。处理后近期就能保证土体较好的密实度，但相对造价较高。

b.分层碾压法

分层碾压法是将土、石方分成水平层次，逐层向上填筑，填一层碾压一层，分层压实。对于较厚填土层，处理后相对效果较差，但造价较低。

考虑地块近期仅作为绿地使用，对填土质量要求较低，水上部分拟采用造价相对较低的分层碾压法进行回填处理，以满足地块对回填土质量的要求。

4 结 论

本文从矿坑区域近期功能需求出发、同时为远期商业开发预留空间，通过对填方土源、回填方案、回填施工方法、回填土质量的控制等多个方面进行分析，得出以下结论：

（1）本工程矿坑回填水下部分采用外购海砂作为填方土源，水上部分采用矿坑本身以及南侧1号路的挖方作为填方土源。

（2）矿坑回填时水面以下部分采用水下回填，边抽水边回填；水面以上部分采用干施工，分层填筑。

（3）本工程矿坑水下部分采用坑顶抛填法、“筑堤”法、溜槽—浮筒输送带法相结合的抛填方法进行回填；水上部分采用周边修建临时便道、土方车运送材料至坑底进行干施工。

（4）本工程水下部分采用设深井排水固结以保证填筑质量；水上部分采用造价相对较低的分层碾压法进行处理以满足地块近期对回填土质量的要求。

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TD163

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1009-7716（2017）01-0170-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.01.049

2016-11-10

褚方平（1984-），男，江苏常州人，工程师，从事结构设计工作。