阳泉矿区采煤沉陷区综合治理勘探实践

曹 阳

（阳泉新宇岩土工程有限责任公司，山西 阳泉 045000）

1 工程概况

阳泉矿区采煤沉陷区位于阳泉市矿区原平坦垴村，区域东部为北山中路，西部紧邻洪城河路，西部为郊区职业中学，北部为巨兴小区，区域地质构造较为均匀，稳定。为恢复地面基础建设，提高场地利用率，现拟对该采煤沉陷区进行综合治理，开发古城小区工程项目场区，为保证道路地基的稳定性，确保施工安全，现对古城小区工程项目场区进行岩土工程详细勘察。

拟建项目场区区域构造简单，基本构造形态为单斜结构，在此基础上又发育次一级的宽缓褶曲，地层倾角在5°～25°之间，场区地下伏基岩为二叠系山西组和石炭系太原组地层，区域内无全新世活动断裂构造。该区域属暖温带半湿润气候。年均气温在11.3℃左右；年均气压为931.3hPa；年均降水量为515.8mm，冻结期主要集中于每年的11 月至次年的3月，标准冻土深度为0.68m，古城小区工程项目场区无地表水分布，根据钻探揭露，确定该区域地下水为基岩面表层风化裂隙水，水量较小，水源补给主要为大气降水，水位埋深在10.80～16.00m 之间，静止水位标高为692.85 ～707.68m，水位变化幅度小于1.0m。

2 勘察方案

2.1 勘探点布置

根据野外勘探资料，确定古城小区工程项目场区的地基复杂程度等级为二级，设计勘探点按建筑物周边线和角点布置，各勘探点的间距为15～30m。根据项目场区地形特点以及周边地层揭露情况显示，拟建高层住宅楼控制孔深度在25～37m 之间，一般孔深度在20～32m 之间，多层住宅楼控制孔深度为18m，一般孔深度为15m，古城小区工程项目场区探井深度为10.0m，为探明拟建场区下伏可采煤层的埋藏深度及开采情况，根据前期勘探揭露情况，确定本次勘探煤层孔深度范围在80～100m 之间。

2.2 取样孔、原位测试孔的布置

根据该区域工程地质条件（区域地质构造简单、稳定）及建筑施工情况，拟对取样孔以及原位测试孔进行均匀布置，考虑到测试数据具有较强的离散性，设置每组数据的设计数量应达到统计数据的3 倍以上[1]。

2.3 物探勘察

为探明拟建场区下伏可采煤层的埋藏深度及开采情况，拟通过瞬变电磁法对场区区域的地质情况进行物探勘查，根据物探圈定的异常区，确定在该区域布置3 个物探验证孔，钻孔深度至15#煤层底板以下0.5m 位置处。物探勘察采用的技术手段主要包括：工程地质调查、岩土工程勘探、物探、原位测试等。

3 勘察工程量

对古城小区工程项目场区的勘察工程分阶段进行，整个勘察过程历经5 个月零12 天，勘探共施工勘探点70 个，总进尺2350.63m：其中施工钻孔62个，钻探进尺2003.78m；施工物探验证孔3 个，物探进尺316.15m，施工探井5 个，探井总延米30.70mm，勘探作业共实施标准贯入试验161 次、重型动力触探4.1m，观测稳定地下水位8 次，探测瞬变电磁物理点497 个，分别对原状土样（90 个）、扰动样（8个）、腐蚀性土样（2 个）以及地下水水样（1 个）选取并进行室内试验，室内各岩样试验统计见表1。

表1 室内岩样试验情况统计表

地质勘察期间，由中国兵器工业北方勘察设计研究院对拟建区域进行了的波速测试工作。测试仪器为规格为RS-1616K（s）型工程检测仪及三分量检波器，波速测试采用单孔检层法，震源采用叩板法[2-3]，测试共布置ZK10#、ZK22#、ZK32#、ZK49#4 个钻孔，各钻孔的间距为1m，深度为20m，累计进行波速测试试验77m。各钻孔波速测试成果情况如图1～图4 所示。

由波速测试可知，古城小区工程项目场区ZK10#孔9m 深度范围内等效剪切波速为195m/s，ZK22#孔10m 深度范围内等效剪切波速为233m/s，ZK32# 孔20m 深度范围内等效剪切波速为198m/s，ZK49# 孔20m 深度范围内等效剪切波速为222m/s。

图1 钻孔ZK10#孔波速测试成果图

图2 钻孔ZK22#孔波速测试成果图

图3 钻孔ZK32#孔波速测试成果图

图4 钻孔ZK49#孔波速测试成果图

4 岩土工程条件评价

4.1 地下水、土的腐蚀性评价

本次勘探工作对古城小区工程项目场区ZK9#钻孔的地下水水样进行腐蚀性检测，水质检测成果如表2 所示。

表2 水质检测成果表

根据水质检测成果可以得出：古城小区所属区域为Ⅰ类环境场地，无干湿交替作用，通过对水样中各元素的浓度以及PH 值的分析可知，地下水对混凝土结构存在一定的腐蚀性，但程度较弱。

本次勘探工作分别对古城小区工程项目场区ZK12#、ZK37#钻孔的土样进行腐蚀性检测，土质检测成果如表3 所示。

表3 土质检测成果表

根据土检测成果可以得出：古城小区所属区域为Ⅰ类环境场地，通过对水土样中各元素的浓度以及PH 值的分析可知，地基土对混凝土结构具有一定的微腐蚀性。

4.2 湿陷性评价

本次勘探分别选取T1、T2、T3、T4、T6 这5 个探井中的原状土样进行湿陷性试验，确定得出：拟建场地2# 层粉土为湿陷性粉土，其湿陷系数δs 在0.017～0.032 之间，湿陷性程度为轻微～中等，预计对区域埋设的管路会造成一定影响。各探井土样湿陷量计算成果如表4 所示。

表4 湿陷量计算成果表

根据湿陷量计算成果可以看出：古城小区所属区域为非自重湿陷性场地，地基湿陷程度轻微湿陷等级为Ⅰ级。

4.3 采空区评价

通过对勘探区域的探煤层孔和物探验证孔的测试数据进行综合分析，确定出：拟建场地区域地下赋存的主要煤层为石炭系太原组的12#、13#、14#以及15#煤，其中，12#煤赋存深度在676.79～691.44m 之间，煤层厚度为0.8 ～1.4m；13# 煤赋存深度在648.99～661.04m 之间，煤层厚度为0.2～0.7m；14#煤赋存深度在638.24～638.94m 之间，煤层厚度为0.7m；15#煤赋存深度在604.35～626.44m 之间，煤层厚度为5.6～6.55m。利用瞬变电磁法对勘探区域进行探查，共确定有7 处高阻异常区与5 处低阻异常区，其中，高阻异常区为不充水的岩溶裂隙发育区，低阻异常区为充水的岩溶裂隙发育区，场地下伏无采空区。

4.4 承载力的确定

本次勘探分别对③-1 层砾砂、③-2 层碎石土层进行现场重型动力触探试验，各土层重型动力触探试验数据如表5 所示。

表5 重型动力触探试验统计表

5 地基方案分析

5.1 场地稳定性及适宜性评价

通过对古城小区工程项目场区的地质勘探结果可知：该拟建场区总体结构稳定，部分建筑基段不均匀，场区周围未出现有影响场地稳定性的活动断裂、滑坡、泥石流等不良地质特征的存在，适宜作为开发基地，实施建筑工程。

5.2 基处理技术手段

1）局部换填法。对于拟建场区地层由土岩组合、土层厚度≦3m 的地段，通过局部换填法对地基进行处理，换填材料可选用毛石砼，通过与基岩面错台搭接，作为地基持力层。

2）夯扩混凝土灌注桩复合地基法。对于拟建场区地层基岩面坡度较小的地段，通过夯扩混凝土灌注桩对地基进行处理，桩端持力层选用中等风化基岩，桩端采用正方形或梅花形布置，桩顶与基础之间设置150～300mm 的褥垫层，形成复合地基[4]，桩径选择规格在350～600mm 之间。

3）钢筋混凝土灌注桩。对于拟建场区地层基岩面坡度较大的地段，可通过钢筋混凝土灌注桩对地基进行处理[5]，桩端持力层选用中等风化基岩，桩型可采用嵌岩桩或端承桩，保证桩端进入中等风化基岩深度≧2m，桩径选择规格在800～1200mm 之间。

6 基坑支护技术手段

对于基坑标高为700m、基坑深度为11.5m 的拟建区域，对其西侧、北侧的地段宜采用自然放坡法进行开挖，坡率确定于1∶0.5～1∶0.75 之间，东侧宜采用分级自然放坡法进行开挖，土层部分坡率确定在1∶0.5～1∶0.75 之间，基岩部分坡率确定在1∶0.3～1∶0.5 之间，同时在地层土岩结合部位留设1.5～2.5m 的平台。

对于基坑标高为703.7m、基坑深度为14.4m 的拟建区域，其北侧的地段宜采用排桩+锚索支护法进行开挖，其南侧的地段宜采用分级放坡+土钉墙支护法进行开挖。

对于基坑标高为695.9m、基坑深度为15.5m 的拟建区域，其东侧的地段宜采用分级自然放坡法+土钉墙+锚杆支护法进行开挖，土层部分坡率确定在1∶0.3～1∶0.5 之间，基岩部分坡率确定在1∶0.25～1∶0.3 之间，同时在地层土岩结合部位留设1～2m 的平台，通过土钉墙对土层进行支护，利用锚杆对基岩层段进行支护。

对于基坑标高为695.5m、基坑深度为16m 的拟建区域，其北侧的地段宜采用自然放坡法进行开挖，土层部分坡率确定在1∶0.3～1∶0.5 之间，同时在地层土岩结合部位留设2～3m 的平台。其西侧宜沿挡墙背后直接开挖至基底标高。

基坑开挖过程中，考虑到区域地下局部赋存裂隙水，因此，为确保地基的稳定性与地下管路、管线的安全性，需要在坑底布置集水坑，对出现的积水进行及时排出，以保证建筑施工的安全性。

7 结 论

针对阳泉矿区采煤沉陷区区域地质构造情况，进行现场实地勘测，勘探成果如下：

1）勘探所属区域为Ⅰ类环境场地，无干湿交替作用，地下水对混凝土结构存在一定的腐蚀性，但程度较弱，地基土对混凝土结构具有一定的微腐蚀性，该区域为非自重湿陷性场地，地基湿陷程度轻微湿陷等级为Ⅰ级；

2）拟建场地区域地下赋存的主要煤层为石炭系太原组的12#、13#、14#以及15#煤，区域共确定有7处高阻异常区与5 处低阻异常区，其中，高阻异常区为不充水的岩溶裂隙发育区，低阻异常区为充水的岩溶裂隙发育区，场地下伏无采空区；

3）拟建场区总体结构稳定，适宜作为开发基地，实施建筑工程；

4）针对拟建场区的地层特征，提出通过局部换填法、夯扩混凝土灌注桩复合地基法以及钢筋混凝土灌注桩的地基处理方法以及基坑支护技术手段。