阳泉矿区采煤沉陷区综合治理勘探实践

　　摘 要：以阳泉矿区拟开发的古城小区项目场区为研究试验对象，针对该区域受采煤影响发生沉陷的现状，进行现场实地勘探，利用工程地质调查、岩土工程勘探、物探、原位测试等技术手段对拟建场区的岩土工程条件进行了评价，根据勘探结果，确定了地基的处理手段与基坑支护方法，该勘探成果为施工作业的安全性提供了有效的保障。

　　关键词：沉陷区 ;地质勘探 ;波速测试 ;基坑支护

　　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。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。 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。

　　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。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。

　　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大于等于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。

　　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。

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　　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。

　　参考文献：

　　[1] 张烨. 山西采煤沉陷区治理研究 [D]. 太原理工大学, 2014.

　　[2] 张俊英,王翰锋,张彬,李宏杰,陈清通,李文.煤矿采空区 勘查与安全隐患综合治理技术 [J]. 煤炭科学技术, 2013,41(10):76-80.

　　[3] 王森,王春辉,查恩来,翁爱华.阳泉矿区煤田采空区综合 地球物理探测模式应用 [J]. 世界地质,2020,39(02): 415-421.

　　[4] 王东会,马孝春,付宇.地基处理优化技术的发展与应用 [J].探矿工程(岩土钻掘工程),2014,41(06):66-71.

　　[5] 阮虹,石长元,王晓峰,唐丹,郭娇,钱俊豪.复杂地质条件 下综合地基处理技术的研究与应用[J].天然气与石油, 2018,36(04):105-111.

　　作者：曹 阳